什么是油漆？

油漆可以描述为一种施工于物体表面的液体，在干燥/固化后形成一层有内聚力和附着力而使物体表面产生新的性能。油漆由粘合剂、溶剂、颜料、填充剂和添加剂组成，粘合剂和溶剂组成油漆的液体部分。一些粘合剂很稀，因此不需要添加溶剂。颜料和填充剂是以固体颗粒的状态存在于干/湿漆膜中。

 

1 粘合剂

粘合剂，或树脂在油漆中是不挥发部分，它确保与底材之间的附着力以及漆膜本身的内聚力。

漆膜形成由粘合剂决定，油漆中所使用的粘合剂种类直接决定油漆最基本的性能，如抗化学品、耐磨性、防锈性等。

 

2 溶剂

溶剂是低粘度透明液体，使油漆有适度的粘度，令油漆能够进行生产和施工。所有的溶剂都能够在空气中挥发。溶剂的种类决定着湿油漆的施工性能、干燥时间和闪点。

 

3 颜料

颜料给予油漆色彩和覆盖力（或者说不透明性，即遮盖底面的作用）。值得一提的是防腐颜料和用在防污漆中生物活性颜料（防污漆用在船壳的水下部位）。

 

4 填充剂

填充剂有时叫透明颜料，因为它们对油漆的覆盖力不起作用。填充剂是白色和浅灰色粉末，在干燥/固化漆膜中几乎是无色的。添加填充剂主要是降低油漆的原料成本。此外，填充剂可以增加如机械强度和／或改进施工性能。

 

5 添加剂

在油漆生产中使用品种繁多的添加剂，目的是为了使生产便利，改善储存的稳定性，缩短干燥时间，改进漆膜结构等。

 

油漆的生产

1 生产的目的

油漆的生产主要是原料的物理（机械）混合，但是油漆生产不仅仅是原料简单的混合过程。颜料和填充剂通常含有少量的颗粒，在干漆膜中不能含有这些小颗粒。

这些小颗粒在边角上粘合在一起组成更微小的颗粒，被称为凝结块。

生产过程的目的就是把这些凝结块粉碎而能被干漆膜接受，这个过程叫做分散和研磨。 

为了改进分散/研磨，用粘结剂去除和代替颗粒周围可能产生的空气或湿气。有种说法是粘合剂将颗粒浸湿。

 

表面有空气和湿气的未被浸湿的大凝结块令空气、湿气和盐类很容易渗透漆层到达钢材表面。

被分散的颜料/填充剂中，粘合剂代替了空气和湿气，也就是颜料、填充剂已被浸湿。

干漆膜形成一层密封层，防止空气、湿气及盐类的渗透。

 

这说明了油漆生产的主要目的是：

浸湿和分散/研磨油漆中的颜料和填充剂。

 

第二个目的是着色 － 调节准确的颜色 － 调稀油漆以便预定其粘度。

 

2 预混合

 

油漆开始生产通常先将称好的粘合剂和溶剂放进分散机里，然后加入颜料和填充机不断地搅拌，可能会加入少量添加剂。通常情况下，预混合物在分散机中进行充分的研磨以能直接进行最后混合。

其它分散过程要求在特殊的磨砂机中进行，如立式砂磨机和DYNO（卧式）砂磨机。

 

3 分散机/研磨机

3．1 立式砂磨机

 

立式砂磨机是由立式的水冷却带有垂直搅拌旋转轴的圆柱容器组成。旋转轴上装有砂盘，当砂盘旋转时，研磨料和玻璃珠产生离心运动，研磨的中介物最初是均匀的0.5-1mm的粗砂。

现在通用的是2-3mm的玻璃珠。

 

预先混合物被泵进砂磨机的底部，在砂磨机上面研磨过的油漆流经过滤网后，玻璃珠被留下来。这就是说生产是个连续的过程。冷却水量的调节使预先混合物适度升温和低粘度。

 

3.2 “DYNO”（卧式）砂磨机

 

 

理论上“DYNO”砂磨机是冷凝卧式砂磨机，液压缸一般的容量为15-60公升，还可用溶积更大的。DYNO砂磨机装有85％的玻璃珠、陶瓷珠或钢丸，（为了撞击和摩擦）以增加接触表面和加速分散。DYNO砂磨机也使用水冷却。

 

此两种砂磨机的研磨细度由泵速决定，即由油漆在研磨缸中停留的时间和混合速度而定。如果有特别要求较高的研磨细度，必须重复研磨程序。

 

4 最后混合（配漆），过滤和填料

 

当达到研磨细度规格时，应立即填加其它原料，然后调整颜色和粘度。

在质控室验证后, 油漆经过虑后装入罐和桶中。

 

5 质量控制和质量保证

 

优质的油漆是根据具体精心测试的配方而生产。

 

油漆的总分类

油漆漆膜的性能主要由漆膜形成方式决定，换言之，油漆是以粘合剂的类型为基础（参阅第3.1章）。

 

所以的粘合剂是由微粒组成，而微粒由“分子单位”的单体构成以改变类型和合并单体的方式生产出粘合剂所需求的特别性能的聚合物。

 

如果微粒由相同的单体组成的话，就形成同聚物。如果聚合物由两种或以上不同的单体组成，就形成共聚物。

   三种不同微粒的单体

 

   相应的三种单体（不同）同聚物，每个同聚物的单体是一致的。

 

   两种不同的共聚物，每组份由两种不同类型的单体构成。

 

根据聚合物的型号，粘合剂可以是液体（带有短聚合物链的小微粒），或是固体（带有长聚合物链的大微粒）。

 

通常我们把油漆分为红漆或蓝漆，或者按它们的用途分为天花板漆或地板漆。但是在油漆行业中，是根据所使用的粘合剂来区别各种油漆类型。

 

所使用的粘合剂可标明和分类油漆，同时可说明油漆的主要性能，粘合剂微粒的组合（指所使用的单体类型）及长度（在粘合剂聚合物中的单体数量）影响油漆的性能；但漆膜形成的方式对油漆的性能来说也是很重要的。

 

漆膜的形成，即产品从液体转化为具有内聚力和附着力的漆膜固体，可以通过蒸发或化学反应两种方式来完成。因此，油漆主要分成两大类：

● 物理干燥型油漆

● 化学固化型油漆

物理干燥型油漆漆膜的形成过程几乎是通过溶剂的挥发来完成的，即物理过程。干漆膜和湿漆膜中粘合剂的微粒有相同的成分、性能和型号。随着溶剂的挥发，微粒的长链会越来越密集地汇聚在一起，最后形成具有内聚力的“塑性膜”－漆膜。

 

在化学固化型油漆中，如果含有溶剂的话，通常也会发生溶剂挥发的现象。同时，粘合剂的微粒之间也发生化学反应。这就是说，一旦油漆产生固化，湿油漆中的粘合剂完全不同于干油漆膜中的粘合剂，“干”微粒很大并且在微粒之间产生高度的交联。

 

为了清楚地描述油漆粘合剂的组成群体，它们可列为以下族谱：

 

Physically Drying:: 物理干燥                     Chemically Curing: 化学固化

Emulsion: 乳胶漆                               Zinc Silicate: 硅酸锌

Chlorinated: 氯化橡胶                           Silicone: 硅铜

Acrylic: 丙烯酸                                Epoxy: 环氧

Vinyl: 乙烯基                                 Polyurethane: 聚氨脂

Dispersions:水溶型                             Drying Oils: 干燥油脂

Tar and Bitumens: 焦油和沥青                   Alkyd: 醇酸

Modified Alkyd: 改良性醇酸

 

1 物理干燥型油漆

物理干燥型油漆的主要性能：

－ 可转换性，即物理干燥型油漆可以被其成膜前的粘合剂的溶剂所重溶；

－ 溶剂敏感性是由于粘合剂能溶解于自身溶剂或跟强的溶剂；

－ 热塑性，即随温度升高而变柔软；

－ 成膜过程与温度无关 － 分散型油漆，为达到良好漆膜，要求至少达到5℃。

－ 每度油漆之间良好的附着力 － 尽管油漆重涂间隔过长。

根据油漆的使用的稀释剂，物理干燥型油漆可分为两类型：

● 溶剂型（用溶剂稀释）

● 分散型（用水稀释）

 

1．1 溶剂型

 

1．1．1 焦油和沥青

焦油和沥青都是天然产品。焦油是从焦煤里蒸馏出来，沥青通常是从原油的蒸馏残余物中提取，其结构是从液体变成固体物质，因为焦油和沥青是根据它们的熔点来区别。使用这些粘合剂的油漆有以下特性：

 

Binder molecule: 粘合剂颗粒

Evaporation of solvent: 溶剂挥发

Wet film: 湿膜

Dry film: 干膜 

 

● 防水性强

● 渗透力强（即使清洁不彻底的表面它们也有很好的附着力）

● 不防晒（低分子油挥发慢，最终导致表面龟裂）

● 颜色黑（含有炭微粒）

 

HEMPEL典型产品为：

                          HEMPIINOL 10220

该产品指定用于空舱及没有机械的集装箱底部。

 

1．1．2 氯化橡胶

 

氯化橡胶是通过来自石油工业的异戊二烯聚合物中添加约65％的氯而形成。氯化橡胶型油漆在干燥后形成一层较坚硬而易脆的漆膜。因此，在粘合剂中通常添加增塑剂。

 

氯化橡胶型油漆有以下特征：

● 防水性能强

● 耐化学品性能良好

● 易返黄（由于含有氯）

● 易粉化，即表面最上面一薄层会分解，而降低表面的光泽度。

 

HEMPEL典型的产品：

                   HEMPATEX ALUMINUM (铝粉漆)      16300

                   HEMPATEX HI-BUILD (厚浆漆)        46330

该产品可用于水线以上及水线以下的底漆。

通常，氯化橡胶在油漆分类中已被淘汰，由于它们含氯而造成环境污染并逐渐被丙烯酸或其它类型油漆而取代。

 

1．1．3 丙烯酸

 

丙烯酸是由各种丙烯酸单体组成的共聚物，不同的结构令粘合剂有不同的性能，它通常含有增塑剂。

丙烯酸油漆有以下特征：

● 防水性能强

● 颜色稳定

● 光泽稳定

● 浸湿性相对较差

 

HEMPEL典型的产品为：          HEMPATEX HI-BUILD 46410

                                 HEMPATEX ENAMEL 56360

此类产品被制定用于货柜和船舶水线干舷的面漆，或相应的其它钢结构。丙烯酸油漆，正如在此所说明的，不能用于长期浸水的表面(在往后的章节中会阐述自抛光油漆的粘合剂，这些粘合剂是上述所提及的丙烯酸粘合剂的有机锡混合物)。

 

1．1．4 乙烯基

 

油漆所用的乙烯基粘合剂是氯乙烯－醋酸乙烯共聚物。但是会产生其它聚合单体。所有乙烯基共聚物都需要增塑剂才能用在油漆中。

 

乙烯基油漆的特征：

● 耐化学品性良好

● 耐弱溶剂

● 可能返黄（因为含有氯）

● 固体含量低，因此含有许多（强的）溶剂

● 浸湿性较差

 

溶剂型乙烯基油漆使用越来越少，主要是因为固体含量低和价格较高。

 

HEMPEL典型的产品，主要在德国市场销售：

HEMPANYL HI-BUILD 46640

可用于镀锌表面的底漆和面漆。

 

1．2 水溶性漆

 

水溶性漆由分布在水和少量溶剂中的微小塑性颗粒（0.1-1mm）组成。

 

水溶性油漆是随水的挥发而干燥，并为其形成适当的漆膜而添加凝结剂。这些凝结剂具有不同挥发性，和具有强溶剂性，但是比水的挥发慢。生产过程中的湿油漆添加最高5％的凝结剂。

 

当水溶性油漆被施工后，由于水的挥发，液体阶段有相关数量的凝结剂会增加，最后，凝结剂达到漆膜所需求的浓度而开始融合粘合剂颗粒，形成一个凝聚漆膜：颗粒相互融合。

 

Binder particles: 粘合剂颗粒                 Evaporation of water: 水挥发

Wet film: 湿膜                             Dry film: 干膜

 

以下HEMPEL产品系列中含有水性粘合剂：

乙酸乙烯聚合物的特征：

● 防水性能较好

● 颜色比较稳定

● 价格低

 

HEMPEL装饰产品系列中用于墙壁合天花板油漆典型的产品有：

HEMPEL’S SILK EMULSION 58330

 

丙烯酸聚合物的特征：

● 防水性能好

● 颜色稳定

● 光泽稳定

 

HEMPEL产品中主要用于钢材防腐的有：

                 HEMUCRYL PRIMER HI-BUILD 18030

                 HEMUCRYL ENAMEL HI-BUILD 58030

用于墙壁和天花板油漆的有：

                 HEMPEL’S FLAT EMULSION 58710

                 HEMPATONE 58280

 

2 化学固化油漆

 

化学固化油漆的一般性能：

● 不可逆反性，即油漆固化后不可重新被溶解

● 抗溶剂

● 由于交联锁定了已硬化的微粒，使微粒不能在自由移动，因此没有热塑性。

● 由于在低温下，完成化学反应过程受到严重阻碍，因此成膜过程依赖于温度。

● 最大的重涂间隔很重要。由于重涂必须在表面完全“封闭”（即百分之百固化）之前进行，如果超过重涂间隔，在重涂前施工表面必须进行拉毛。

 

根据油漆成膜固化的化学程序，化学固化油漆可分为三组：

● 氧化干燥

● 双组份油漆

● 其它固化原理

 

2．1 氧化干燥

 

当脂肪酸的双链与空气中的氧气起反应时，氧化干燥油漆就干燥/固化。

 

2．1．1 干性油：

干性油是天然产品，如亚麻油、大豆油、鱼油和其它多种油类，就化学而言，是脂肪酸和丙三醇的化合物。它是一种干燥较慢的旧式粘合剂，标准的HEMPEL产品中不再使用干性油为基料的油漆。

 

2．1．2 醇酸

 

当干性油与有机二酸和其它颗粒结合在一起时，会产生干燥较快的醇酸粘合剂。根据脂肪酸的含量，醇酸可分为三个主要组成部分：短、中、长油度醇酸。脂肪酸含量高的醇酸对基料的湿润效果最好，但是干燥较慢。

 

Binder molecule with reactive groups: 带有活性组份粘合剂的颗粒

Evaporation of solvent: 溶剂的挥发

Oxygen penetrating into the paint film: 氧气渗透到漆层里面

Wet film: 湿膜                Dry, cured film: 干燥，固化的漆膜

 

醇酸类油漆的特征：

● 颜色和光泽稳定性能好

● 渗透力强

● 不耐碱（因此，不能用于混凝土和镀锌钢板表面）

● 不能长时间浸泡于水里。（因此，不可用于水线以下）

 

HEMPEL老人牌典型产品：

HEMPALIN ENAMEL 52140

 

一般用在轻微到中等腐蚀环境下作面漆。

 

2．1．3 改良性醇酸

 

通过与以下成份起反应后会得到更多的特性：

 

● 苯乙烯： 快速干燥

HEMPEL典型产品为：

                 HMEPALIN DECK PAINT 53240

主要用于甲板面漆，其优点是快速干燥。

 

● 氨基甲酸脂：可改善干燥和硬度

HEMPEL老人牌典型产品为：

HEMPALIN PRIMER HI-BUILD 13200

目前被指定用于船舶的上层建筑、机舱和其它不浸水钢板表面醇酸配套的底漆。

 

● 环氧脂是环氧和干性油起反应的产品，与普通的醇酸相比，环氧脂干燥快和耐磨性强；但是易返黄和粉化（因含有环氧树脂）。

HEMPEL老人牌典型的产品为：

                   HEMPEL’S UNI-PRIMER 13140

主要用于甲板和干舷的底漆，新造船/修船其它不浸水钢板部位。

 

2．1．4 分散型醇酸类

可以分为水性醇酸或分散型醇酸，当水挥发以后，将氧化固化和形成传统型醇酸。

 

目前在HEMPEL产品种类里已没有水性醇酸。

 

2．2 双组份油漆

 

Base molecule with two reactive groups: 有两组活性微粒的基料

Curing agent molecule with three reactive groups: 有三组活性的固化剂微粒

Evaporation of solvent: 溶剂的挥发    Wet film: 湿膜      Dry, cured film: 干燥，固化漆膜

2．2．1 环氧

 

环氧树脂与固化剂（如聚胺或聚酰胺）起反应，在成膜过程中形成一个立体网。标准的环氧系列要求最低温度在3－5℃而到达良好的反应率。然而，在环氧加成物系列中，固化剂已被预先催化并允许固化温度低至－10℃。

 

环氧类油漆有以下特征：

－ 耐化学品

－ 耐磨（特别是无溶剂型）

－ 粉化

－ 混合后使用期

 

两用型环氧类型油漆如：

HEMPADUR PRIMER 45141/45143

 

目前作底漆、中间漆、和/或面漆用于船舶、桥梁、发电厂等。

 

一些环氧的浸润性能已被改进，因此而被特别推荐作为环氧底漆用于干净但处理不是很理想的钢板表面，此类产品为环氧厚浆，主要是用在修船配套，例如：

HEMPADUR MASTIC 45880

 

环氧树脂可与物理干燥的粘合剂结合而成，如：

HEMPADUR 15130

是环氧和焦油*的组合物，结合了焦油的良好耐水性和环氧的特性，多用于船壳水线以下部位的防腐底漆，或港口浸水的建筑。

 

*一些国家严禁使用含焦油产品，由于他们认为焦油可致癌。

 

2．2．2 聚氨脂

 

本章所述的聚氨脂，由多元醇（分布于其它化学组份中的共聚物叫乙醇）和乙氰酸盐（由碳、氮和氧组成反应的共聚物）复合组成。乙氰酸盐固化剂能与环境中的湿气和水起反应，因此在混合和施工聚氨脂油漆时要特别小心。然而，聚氨脂油漆在完全固化后能抗湿气，固化过程温度可低至在－10℃进行。

 

聚氨脂类油漆有以下特征：

－ 光泽稳定性良好

－ 色泽稳定性极佳

－ 如同环氧类有良好的耐化学品及耐磨性

－ 在生产、施工和固化过程中易受潮

－ 混合后使用期

 

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