涂料的构成
无 机 浆 料 “ 广 义 胶 体 ” 颜填料 单体 乳 液 “ 高 分 子 胶 体”
A
助剂
水
+
有机无机 颜料
助剂
B
水
（乳化剂等）
色浆 水
助剂
Chart 1
涂膜的构成
颜填料
水
助剂
聚合 物
助溶剂
Chart 2
表面活性剂对水性涂料的影响
• 离子型表面活性剂的溶解度随温度升高而增大，温度 上升到某一温度后（某一表面活性剂所特定），溶解 度增加很快。也即在较低的一段范围内无大变化，达 到一定温度以后溶解度急剧增加，有一个明显的突变 点。这一点的突变温度称为克拉夫特点(Krafftpoint)。 所谓克拉夫特点是离子型表面活性剂在水中溶解度剧 增时的温度，如低于此点温度时，在溶液中的结晶或 凝胶物能与单一离子共有。而高于此点时，则由于已 经溶解的表面活性离子形成胶束，出现胶束效应而使 溶解度急剧上升。正好在此点温度时，表面活性剂的 溶解度亦即该点时的临界胶束浓度。一般离子型表面 活性剂应用在克拉夫特点以上时使用。
•
Chart 3
表面活性剂对水性涂料的影响
对聚氧乙烯链的非离子型表面活性剂而言，则完全相 反，它们一般在温度较低时易溶解于水中成为澄清的 溶液，温度升高到一定程度后（对每一个表面活性剂 不同），表面活性剂将在水中混浊、析出、分层。 离子型表面活性剂在水溶液中的CMC比非离子型表面 活性剂大得多。疏水基相同时，离子型表面活性剂的 CMC大约为非离子型表面活性剂的100倍，两性型表 面活性剂的CMC则与同碳原子数疏水基的离子型表面 活性剂相近。
Chart 4
表面活性剂对水性涂料的影响
现用的HLB值均以石蜡的HLB=0，油酸的HLB=1，油酸 钾的HLB=20，十二烷基硫酸酯钠盐的HLB=40，作为标 准。 阴、阳离子表面活性剂的HLB值在1-40之间； 非离子表面活性剂的HLB值在1-20之间。
•
• •
Chart 5
表面活性剂对水性涂料的影响
HLB值的范围 1.5-3.0 3.0-6.0 7.0-9.0 8.0-18 13-15 15-18
应用 消泡 W/O型乳化 润湿渗透 O/W型乳化 净洗 增溶
Chart 6
表面活性剂对水性涂料的影响
抑制胶束形成（增加临界胶束浓度）的结构因素有： • • • • • • • 缩短整个疏水基团的链长。 疏水基团的支链化。 疏水集团的不饱和。 亲水基团向疏水基团中央移动。 两个短链的疏水基团取代一个碳原子数相同的长链疏 水基团。 离子型亲水基团。
Chart 7
表面活性剂对水性涂料的影响
上述都是阻碍疏水基团紧密排列的结构因素因此长 链表面活性剂在降低水的表面张力中，比短链的同 系物及支链的同系物之有效值低（效率高），是前 者增加胶束形成倾向的反映，浓度很低就达到 CMC，而界面吸附的表面活性剂单
分子就没有后者 多了。
Chart 8
表面活性剂对水性涂料的影响
若以碳氟链取代表面活性剂疏水基的碳氢链，则降低表面 张力的效率和有效值均大为增加，疏水基中含有硅氧烷基 的表面活性剂也有类似的情况。其原因大致可归诸于这类 疏水基自身之间的内聚力较弱，抑制胶束的形成。 疏水基链长不变时，非离子表面活性剂的降低表面张力的 有效值明显地随聚氧乙烯链长增加而下降。
Chart 9
表面活性剂对水性涂料的影响
疏水基主体虽为烃类，但按实际应用可分为以下六种： • 脂肪族烃基：十二烷基、十八烷基、十八烯基等。 • 芳香族烃基：萘、苯基、酚等。 • 芳香族烃链：脂肪烃、十二烷基苯、二丁基萘基、壬烷基苯酚等。 • 疏水基中有弱亲水基：蓖麻醇酸（-OH基）、油酸丁酯 （-COO-基）、 聚丙二醇（-O-）等。 • 环烃基：松香酸皂中的环烃基和环烷酸皂类中的环烷烃基。 • 其他特殊疏水基：全氟烷基、部分氟烷基、硅氧烷基等。 按经验可将疏水基强弱次序排列如下： 全氟烷烃 > 硅氧烷烃 > 脂肪烃（烷烃>环烷烃>烯烃）> 连有脂肪烃 基的芳烃 > 芳烃 > 弱亲水基的烃
Chart 10
表面活性剂对水性涂料的影响
进行乳化操作时，在为被乳化物选择合适的表面活性剂时，应首先 考虑其HLB值，其次考虑被乳化物与表面性剂疏水基之间的亲和力。 如果两者亲和力不好，则表面活性剂就会脱离乳化粒子，自己形成 胶束而溶于水中。这时，被乳化物容易失去保护膜，发生聚集，而 使乳状液破坏，使被乳化物分离出来。 两者结构越相近，其亲和力就越大，因此，可以这样想象，乳化矿 物油时，以带有脂肪烃或带有脂肪烃链的芳香烃为疏水基的为宜对 于染料及颜料的分散，以带芳香烃的最为适宜。
Chart 11
表面活性剂对水性涂料的影响
表面活性剂的分子量的大小对其性质的影响是显著的。在同一类 型的表面活性剂中，随疏水基中碳原子数的增加，其溶解度及 CMC均有规律的减小，但在水溶液中，降低表面张力却有明显增 长。 这种影响表现在润湿、乳化、分散、洗涤等作用的性质上，一般 经验是：表面活性剂分子量较小的，润湿及渗透作用较好；分子 量较大的，乳化、分散和洗涤作用较好。
Chart 12
表面活性剂对水性涂料的影响
聚氧乙烯类非离子型表面活性剂的浊点 醚键中的氧原子与水分子中的氢以微弱的化学力结合形成氢 键，因而增大在水中的溶解度。每个表面活性剂分子随疏水基 团的不同，至少需要4到6个氧乙烯单位才能生成水溶性的表面 活性剂。 然而，醚键氧原子与水分子的结合并不很牢固，因为氢键结合 是松弛的，氢
键的键能约29260 J/mol。将聚乙二醇型非离子表 面活性剂的水溶液加热时，随温度的升高，结合的水分子则逐 渐脱离，因此，其亲水性也逐渐减弱。接着，急转为不溶于 水，以至使开始的透明溶液变成白色混浊的乳状液，而冷却时 又恢复透明而溶解。当处于或刚刚低于发生这种现象的温度， 溶解度明显降低时，即溶液呈现混浊时的温度称之为“浊点”。
Chart 13
表面活性剂对水性涂料的影响
氧乙烯数对浊点的影响： 表面活性剂浊点℃ • 7-氧乙烯基十二醇 69 • 9-氧乙烯基十二醇 75 • 10-氧乙烯基十二醇 88 • 11-氧乙烯基十二醇 100 疏水基对浊点的影响：表面活性剂浊点℃ • 10-氧乙烯基十二醇 88 • 10-氧乙烯基十四醇 75 • 10-氧乙烯基十六醇 71 • 10-氧乙烯基十八醇 57
Chart 14
表面活性剂对水性涂料的影响
在非离子表面活性剂的水溶液内，溶入电解质以后，与升高温度一 样，由于电解质对水的亲和力大于水对表面活性剂的氢键结合，而使 水逐渐有脱离的倾向，结果是浊点下降。 电解质对壬基酚氧乙烯加成物浊点的影响 非离子表面活性剂 浊点 ℃ 纯水 3%NaCl 3%Na3PO4 3%NaOH • • • 9-氧乙烯基壬基酚 10.5-氧乙烯基壬基酚 20-氧乙烯基壬基酚 50 70 100 45 61 95 43 60 92 31 45.5 73
Chart 15
表面活性剂对水性涂料的影响
离子型表面活性剂的影响 在非离子表面活性剂溶液中，加入离子表面活性剂后，将 使浊点升高。由于离子表面活性剂在表面吸附层及胶束插 入非离子表面活性剂部分，使其坚实。但是这种混合物的 浊点不清楚，界限不够分明，实际上常有一段较宽的温度 范围。
Chart 16
表面活性剂对水性涂料的影响
影响润湿作用的因素 疏水基的影响：在直链烷烃表面活性剂中，如果亲水基 在疏水基的末端，从8个碳原子开始，其表面活性随碳原 子的增加而增加，碳原子为8-12时表现出较佳的润湿性 能，碳原子为12-16时具有较好的胶体性能，但润湿性能 下降。对于相同亲水基的表面活性剂，随着疏水碳链的 增加，它的HLB值将下降。润湿作用最适宜HLB值为715，如果下降到
Chart 17
表面活性剂对水性涂料的影响
乳液转相条件 乳化剂的变化。若在用肥皂制成的油/水型乳液中加入氯化钙溶 液，就容易转为水/油型的钙皂。油相与水相的容积比发生变化。 温度的变化。过高的温度会增加分子运动的能量，促使被分散 体粒子的聚集而转相，甚至产生破乳，特别是非离子表面活性 剂，如烷基酚聚氧乙烯（EO）6的3%-5%水溶液，乳液在1520℃时呈油/水型，而30℃时呈水/油型。 乳化剂浓度的变化。许多非离子乳化剂在浓度较低时，呈油/水 型
，浓度较高时，呈水/油型乳液。
Chart 18
颜填料密度和比容
堆积 密度 真实 密度
互为倒数
堆积 比容 真实 比容
互为倒数
同一颜填料成分的堆积比容 随着粒子的形态而变
Chart 19
PVC 与C-PVC
PVC是代表颜料体积浓度。 这里所讲的的体积是由真密度求出的。 但事实上涂料所使用的粉料体积是由堆积密度构成的。也就是说C-PVC更 能准确的 描述涂膜的结构。 颜料体积浓度 • • PVC=100 VP /(VP+VB ) 单一品种颜料临界颜料体系浓度CPVC CPVC=100ρ B/(ρB+0.01OA×ρp） 混合颜料CPVC计算 CPVC=100ρ B/[ρB+0.01（n1OA1×ρp1 + n2OA2×ρp2）
注：ρB基料密度，ρp颜料密度；n1 第一种颜料体系分数，OA1第一种颜料 吸油量，ρp1第一种颜料密度。 PVC 与C-PVC均不谈水!
Chart 20
PVC(颜料体积浓度） PVC(颜料体积浓度）= 颜料体积浓度 颜料体积+ 颜料体积+填料体积 颜料体积+填料体积+ 颜料体积+填料体积+固体基料体积
Chart 21
PVC与NVV、NVW关系比较 PVC与NVV、NVW关系比较
PVC 80% 59% 40% 20%
质量份 体积分 质量份 体积分 质量份 体积分 质量份 体积分 乳液 1 0 . 0% 颜料 5 . 0% 填料 5 0 . 0% 助剂 5 . 0%
1 5 . 5% 2 0 . 0% 3 1 . 1% 3 5 . 0% 4 7 . 6% 5 0 . 0% 6 3 .1 % 1.8% 7.7% 3 0 . 0% 1 0 . 8% 1 8 . 0% 5.0% 7 . 8% 5 . 0% 5 . 7% 6 . 8% 2 7 . 0% 0 . 0% 5 . 0% 7 . 9% 0 . 0% 6 . 3% 2 8 . 6% 2 0 . 0% 1 1 . 5% 2 0 . 0% 1 0 . 1%
水 3 0 . 0% 4 6 . 4% 2 5 . 0% 3 8 . 8% 2 2 . 0% 2 9 . 9% 1 8 . 0% 2 2 .7 % 共计 1 0 0 kg 64.7L 1 0 0 kg 64.4L 1 0 0 kg 73.59L 1 0 0 kg 79.28L NVV NVW
4 2 . 0% 6 2 . 5% 6 2 . 5% 4 1 . 8% 5 8 . 0% 4 2 . 9% 5 4 . 5% 4 2 .6 %
Chart 22
PVC与不挥发体积分NVV、不挥发重量分NVW的关系比较 PVC与不挥发体积分NVV、不挥发重量分NVW的关系比较 与不挥发体积分NVV NVW
项目 PVC(%) 乳液(%) 颜料(%) 填料(%) 颜填料(%)
颜填料V(ml/Kg)
(1) 78 10 5.0 45 50 23 68 55 34
(2) 64 16 19 29 47 23 68 55 34
(3) 64 18 20 31 51 25 65 60 39
(4) 34 35 23 10 33 27 77 50 35
(5) 34 42 27 12 39 32 72 60 44
(6) 25 42 29 0 29 28 78 50 36
(7) 25 50 35 0 35 33 73 60 46
总V（ml/kg）
NVW(%) NVV(%)
Chart 23
涂料重量份与体积份比较
乳液含量30%（中档涂料） （中档涂料） 乳液含量
重量份比较（ 公斤） 重量份比较（1000公斤） 公斤
不挥发重量份530公斤 公斤 不挥发重量份
体积份比较
1000公斤 总体积份 公斤=总体积份 公斤 总体积份762升 升 272升/762升=36% 升 升 272升/1000公斤 公斤=0.272升/公斤比容 升 公斤 升 公斤比容
填料140
填料52 钛白200 钛白50 助剂+助溶剂 60 水 300 乳液 300 粉料 102 助剂+助溶剂 60
水 300
乳液 300
粉料 340
Chart 24
涂料重量份与体积份比较
乳液含量10%（低档涂料）
重量份比较（1000公斤）
不挥发重量份575公斤
体积份比较(1000公斤）
=体积份660升 235升/660升=38% 235
升/1000公斤=0.235升/公斤比容
填料300 填料140
填料110 立德200
立德50 助剂+助溶剂 50 水 350 乳液 100 粉料 160 助剂+助溶剂 50
水 350
乳液 100
粉料 500
Chart 25
涂料固体份对涂膜性能的影响
原材料 水 丙二醇 H-100 氨水 FoamStar A-34 颜、填料 高速分散、砂磨 Filmer C40 FoamStar A-10 纯丙2800 氨水/水 合计 重量 6.0 3.0 1.2 0.1 0.15 见下表 细度
分散剂 消泡剂
成膜助剂 消泡剂 国民淀粉
Chart 26
涂料固体份对涂膜性能的影响
性能 PVC% NVV% 颜/填料% 添加量% 乳液添加量% KU/TI 对比率
1# 25.5 45.6
钛白/硫酸钡
2# 25.3 36
钛白/硫酸钡
3# 26.8 45.9
钛白/重钙
4# 26.8 36.5
钛白/重钙
30/5 50 84/3.9 0.976
24/5 42 86/3.66 0.958 41.2
30/5 50 83/3.92 0.976 42
24/5 42 85/3.08 0.957 22.1
光泽度（60°） 59.1
Chart 27
水的特点
高表面张力 低粘度 借助表面活性剂或表面活性剂性质的 其他助剂制备涂料
Chart 28
乳胶漆是由浆料（广义胶体） 和乳液（所谓高分子胶体）混合而成
Chart 29
什么是胶体？ 什么是胶体？
• 除了典型的固、液、气三种物质状态外，还有一些材料是由两种 状态的物质组成的：如胶体。胶体是由具有物质三态（固、液、 气）中的高分散的粒子作为分散相，分散于另一相（分散介质） 中形成的系统。 高度分散性和多相性是胶体物质系统的特点，从而导致胶体具有 聚结不稳定性和流变性特征。胶体的表面能很大，是热力学上不 稳定的体系。 乳胶漆所用的分散浆实际上是一种广义上的胶体，其不同于物理 化学严格意义上的胶体。
•
•
Chart 30
液、固两相胶体分为溶胶和凝胶
溶胶： 平均粒径小于100nm的极细固体颗粒分散于液体中的 胶态 悬浮体。 凝胶： 溶胶中的胶态微粒连接在一起，形成固体网络，而液体包含 在微粒之间的极细毛细管内，或包含在骨架中的极小空洞内。
•
•
Chart 31
胶体的触变性
• 如果凝胶内颗粒间的连接键很少或很弱，单个颗粒有很大 的自由度在接触点附近运动，凝胶就容易变形，表现出类 似液体的性质。 如果凝胶以很弱的键力连接，可以通过搅拌使之破坏，使 凝胶恢复成液态；搅拌停止后，微粒重新键合，凝胶再次 变稠，恢复到原始的凝聚状态。这种在外力增大时材料呈 流动性的性质称为触变性。
•
Chart 32
料制浆备的分散机理
Chart 33
剪切线速度
颜填料
1400m/min
水的表面张力
72.7
Chart 34
小 高
粒径 表面能
大 低
剪切线速度 1400m/min
Chart 35
润湿剂： 润湿剂： HYDROPALAT 1080 HYDROPALAT 3065 HYDROPALAT 436 HYDROPALAT SL45 HYDROPALAT 875
剪切线速度 1400m/min
表面张力
28-40mN/m
Chart 36
剪切线速度1400m/min 剪切线速度14
00m/min
颗粒被润湿
细 度 降 低
润湿剂
Chart 37