清漆的主要組分及其功能
清漆是一種塗料,塗料中含有固體成分和揮發成分兩大部分。當將其塗敷在物體的表面後,揮發成分即開始吸收周圍熱能而迅速揮發,從塗膜中逸出,固體則留在固體表面,通過物理的、化學的變化,固化乾燥形成堅韌的塗膜,能形成塗膜的固體物質稱成膜物質或稱作“基料”。聚合油脂、天然樹脂、合成樹脂,以及無機高分子材料等都是形成塗膜的主要物質,沒有這些成膜物的存在,塗膜就無法形成。還有些成膜物質,其本身不能單獨成膜,在成膜時只起到次要的作用,如各種助劑、功能成等,成為次要成膜物質。揮發成分有各種有機溶劑、稀釋劑、水等。
(1)主要成膜物質:在人工合成樹脂用於塗料前,塗料的成膜物質主要採用諸如松香、生漆等天然樹脂,動物的魚油、蟲膠、乾酪素等。還有取自植物的植物油,如桐油、亞麻油、樟油等。這些天然物經過脫水、精製、熬煉、聚合、氧化等處理製成塗料。
人工合成的高分子化合物作為主要成膜物用於塗料生產始於20世紀,如酚醛樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、聚氨酯、聚丙烯酸、聚酯、環氧樹脂等是常用的品種。
(2)次要成膜物質:對於清漆而言次要成膜物質是有利於改進生產工藝和塗料性能,賦予塗料特殊功能的各種助劑和功能性物質。塗料用助劑繁多,屬於改善塗料表面活性方面的有分散劑、濕潤劑、乳化劑、破乳劑、消泡劑、發泡劑抗靜電劑等。屬於有催化作用的有引發劑、催乾劑、固化劑、偶聯劑、阻聚劑、光引發劑、防結皮劑、抗氧劑、防菌劑、防霉劑等。功能性物質如導電塗料需加入的金屬粉末、石墨粉、碳纖維等。防輻射塗料採用的鈦、鋁、鉻等能吸收和消散γ射線的材料。其他要求塗料具備特殊功能的物質還有發光材料、示溫材料、防火材料、防雷達波偵察材料等。
對於需要著色的塗料,各種顏料也是一種次要成膜物。
(3)非成膜物質水和有機溶劑也是塗料的一個重要組分。雖然溶劑不參與成膜,但是溶劑在塗膜結構和耐久性等質量上起著重要的作用。水則要求是蒸餾水或去離子水,有機溶劑多種多樣,例如石油烴醇、萜烯、酯、酮、醚、醇醚等有機物,可以單獨使用,也可以是復配的幾種溶劑混合物。
清漆的分類
清漆的用途廣、種類繁多,分類方法多種多樣。有按成膜物質分類,有按使用先後分類,有按成膜乾燥的機理分類等。商業上常用的主要是以主要成膜物質分成以下品種:
(1) 油脂漆類:以天然動植物油為主要成膜物質,不加任何合成樹脂,如清油、厚漆、防鏽漆、膩子、油灰等。其性能幹燥緩慢、附著力一般,乾燥時塗膜容易起皺,是趨於淘汰的品種。
(2) 天然樹脂漆類:以松香、蟲膠、生漆及其衍生物、動物膠等天然樹脂為主要成膜物質的清漆,其中酯膠漆乾燥快、光澤較好,但耐水、耐酸鹼,耐候性好,因價廉易得,使用方便,成為天然樹脂的主要品種。蟲膠能溶於乙醇,其溶液就是蟲膠清漆,俗稱泡立水(paolish),又叫洋乾漆、漆片。
(3) 酚醛樹脂漆:以酚醛樹脂為主要成膜物質的塗料,其耐水性、耐化學腐蝕性、耐候性、絕緣性都非常好,多用於船舶、機電產品的塗料。醇溶性酚醛樹脂能溶於乙醇,可製成醇溶性酚醛清漆,這種清漆能自乾、漆膜能耐汽油、酸,絕緣,常用於發電機線圈的浸塗,經改性可以製成水溶性的清漆。
(4) 瀝青漆:單獨用瀝青,或用瀝青、植物油和其他樹脂作為成膜物質的塗料都屬於瀝青清漆,品種有底漆、絕緣漆、船底漆、防污漆抗酸漆等。
(5) 醇酸樹脂漆:醇酸樹脂是由多元醇、多元酸和脂肪酸經縮聚而得到的聚酯樹脂,以其為成膜物質製成的塗料品種多,我國使用最廣,產量最大。其塗膜有良好的柔韌性、附著力和機械強度,但耐水性較差。
(6) 氨基樹脂漆:由脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂等作為成膜物質的塗料,單獨使用氨基樹脂,塗膜較脆,必需與其他諸如醇酸樹脂等混用,使其性能得到改善。製成的清漆色澤淺、光澤高、硬度高,電絕緣性好。
(7) 硝基漆:以硝化纖維素為主要成膜物質製成的塗料,溶於有機溶劑配製成噴漆,可用於汽車修補漆、飛機蒙皮漆等。
(8) 纖維素漆:除硝化纖維素以外的其他纖維素化學加工產品,諸如乙基纖維素、苄基纖維素、醋酸丁酸纖維素等為成膜物質製成的漆,具有優良的耐潮濕穩定性,主要品種有醋酸丁酸纖維素清漆、木材用漆等。
(9) 過氯乙烯漆:以氯化聚氯乙烯為成膜物質的塗料,屬於熱塑性塗料,具有耐油、耐海水、奶多種有機化合物、防霉、耐大氣爆曬、耐低溫等優良性能,但其附著力差、不耐熱,乾的也慢。
(10)乙烯漆類:由醋酸乙烯、氯乙烯、偏二氯乙烯、苯乙烯等均聚或共聚所得的樹脂為成膜物質的塗料。品種有氯醋共聚樹脂塗料,偏二氯乙烯共聚樹脂塗料、氯化聚烯烴塗料等。
(11)丙烯酸漆類:以丙烯酸、甲基丙烯酸及其酯或其衍生物均聚或共聚樹脂為主要成膜材料,有熱塑性和熱固性兩類,塗膜色淺、高光澤、奶子外向照射、不泛黃、暴曬不開裂、能長期保光保色,在170℃溫度下不變色、不分解,對酸、鹼、鹽、油脂、洗滌劑等化學品有抵抗能力。和耐玷污能力,是很有發展潛力的塗料品種。
(12)聚酯漆類:聚酯是由多元醇和多遠酸縮聚而成,分為不飽和和飽和樹脂兩類。不飽和聚酯塗料使用不飽和二元酸(如順丁烯二酸)和二元醇製造的高聚物,以苯乙烯為活性溶劑配製而成。苯乙烯參與成膜反應,也成為成膜物而不揮發逸去,所以不敗和聚酯塗料也成為無溶劑塗料,其塗膜豐滿、透明色淺、硬度高、耐磨、耐熱、耐寒、耐化學品,絕緣性好。缺點是固化過程收縮較大,主要做木器的裝潢。
(13)環氧樹脂漆:主要採用雙酚A型環氧樹脂,分子量在300~7000,用胺類、有機酸、酸酐、聚醯胺或其他合成樹脂交聯固話成膜,這種塗料附著力強,抗化學品性能優良,保色性好,但塗膜不夠豐滿,耐候性差。
(14)聚氨基甲酸酯塗料(也稱聚氨酯塗料):以聚氨基甲酸酯為主要成膜物質的塗料,其優異性有塗膜堅硬耐腐,附著力強,有良好的物理機械性能,柔韌、光亮、豐滿,耐油奶化學腐蝕性良好,譽為塗料之王。不足之處是價格昂貴,生產和塗裝工藝要求高。
(15)元素有機漆:主要成膜物質是元素有機聚合物,包括有機矽、有機氟、有機鈦聚合物等,具有特殊的性能,用於國防、宇宙等高科技領域。
(16)橡膠漆類:以天然橡膠、合成橡膠及其衍生物為成膜物質,如氯丁橡膠、丁苯橡膠等,具有良好的耐化學品、抗水、抗氧化、抗熱老化、彈性等性能,對鋼鐵、玻璃、水泥等附著力好是很好的建築塗料。
(17) 其他漆類:能構成塗膜的物質還有很多,如無機高分子材料、聚亞醯胺等同樣可以作為塗膜材料,構成其他新品種漆。
清漆的製造過程
正如上述,塗料的品種繁多,製造工藝各異,總的來分有漆料(成膜物質)的製備,色漿的製備和調漿三個工序。對於清漆無需加色,只包括漆料製備和調漿兩個工序。
(1) 漆料的製備:在上述17類品種中,油脂漆、天然樹脂漆、瀝青漆、酚醛樹脂漆、醇酸樹脂漆等的配方中都含有植物油。在製備這些漆料前要對植物油進行漂煉,按油脂酸值的高低,鹼漂煉採用鹼液除去油脂中游離酸和雜質,使油脂酸價降低,得到初步淨化。採用酸性白土等吸附力強的物質處理油脂,叫土漂,達到除臭、脫色。經漂煉後的油脂在280℃溫度下單獨熬煉一段時間,通過氧化和聚合,分子變大,粘度增加,冷卻後成為定油或熟油,可以加入其他樹脂配製清漆。
其他品種清漆依據成膜樹脂的特性和對塗料的要求都有各自的製造工藝,需要配製溶劑型的就要在適合的工藝過程加入有機溶劑。水溶漆有兩種,即水溶性塗料和水乳膠塗料,製備前者首先要合成水溶性合成樹脂,例如電泳漆。水乳性漆樹脂是藉助乳化劑在強烈攪拌下形成穩定的乳液。
(2)調漆:調漆是將漆料和輔助成分(色漆需要加色漿)按配方規定配製成粘度、細度等指標達到要求的指標,經過濾達到成品清漆質量要求。
5清漆性能主要要求
(1)外觀:漆液必須是均勻透明的液體,不得渾濁,也不能有乳光,不含機械雜質,漆膜光滑平整。
(2)粘度:清漆必須調配至適宜的粘度,以保證達到最佳附著力、滲透性和掛漆量。
(3)固體分含量:清漆中不揮發的組分統稱固體分,品種不同,固體分不同,一般含30~60%,固體分高的清漆塗膜厚。
(4)乾燥時間:從粘稠的液體轉化成固態塗膜的時間。為了節約能源,提高功效,要大力推廣使用乾燥速度快,固化溫度低的漆料。
(5)厚層固化能力:要求厚層乾燥要固化均勻,無氣泡,不開裂,軟如橡膠。
(6)彈性:清漆必須具備很好的柔韌性(即彈性)以及良好的附著力,不能太脆,更不能酥,漆膜不應開裂,更不能起層脫落。
(7)抗腐蝕性:清漆必須具備有良好的耐水、耐油、耐化學品的抗腐蝕能力,防潮性,防霉,防鹽霧性以及耐冷熱衝擊性。
(8)良好的機械強度:清漆必須具備高的機械強度,也就是說要附著力好,粘度強度高,耐機械衝擊性好。
(9)貯存穩定性:清漆在貯存過程穩定性要好,粘度增長不能太快。一般有溶劑清漆密閉室溫貯存期應為6個月。無溶劑漆一般是分裝供貨,單組份包裝供貨的無溶劑期一般要低溫貯存,在20℃以下的貯存期也不超過3個月,室溫貯存期大約為一個月左右,配好後為3-5天。
(10)耐熱性:根據使用環境確定清漆的耐溫要求,例如根據絕緣浸漬漆在套用中允許長期工作的溫度可將其劃分成若干不同的耐熱等級,按IEC標準劃分為:
耐熱等級: Y、 A 、E、 B、 F 、H 、200℃級 220℃級 240℃級
允許工作溫度分別為: 90℃、105℃、120℃、130℃、155℃、180℃、200℃、220℃、240℃。
按UL標準劃分為:
耐熱等級: Y、 A、 E、 B、 F、 H、 N、 R、 S、 C
允許工作溫度分別:90℃、105℃、120℃、130℃、155℃、 180℃、200℃、220℃、240℃、240℃以上
Y級基本不用,A、E級用量也不大,用量較大的是B~F級。特種電機,電器,如礦山,冶金,電動工具等主要採用F~H級,而電力機車用牽引電機則需要H級以上等級的絕緣油漆。中南地區家用電器用絕緣漆,用量大的上是B級。
清漆的毒性、安全、勞動保護和環境影響
(1)毒性:製造清漆的原料有些是有毒的的物質,有些甚至是劇毒品,有溶劑清漆使用的有機溶劑大多也是有毒的,例如苯、甲苯、二甲苯等芳烴溶劑長期接觸會發生慢性中毒,出現血小板和白血球減少等症狀。還能發生急性中毒,甚至休克。因此在清漆及其原料物質及的搬運、貯存、使用、製造過程中都會有引起中毒的危險及可能,必需注意,小心,謹慎。
(2)引發火災及爆炸:清漆本身及製造清漆的樹脂及溶劑等都是易燃化學品,其蒸汽及粉塵與空氣易形成爆炸混合物,遇高溫及明火會引發火災及爆炸,這種災難在國內外清漆製造與使用現場多有發生,因此必須加以預防和重視。
(3)安全與勞動保護:貯存、運輸、生產、使用清漆的部門、場所、設備和接觸人員等必需按照國家標準及有關規定要求採取安全、勞動保護措施,設定防護設備及用品用具,對相關人員進行有關物料性能、安全知識等培訓及教育,防患於未然。
(4)環境保護:塗料(包括清漆和色漆等塗料在內)是VOC(易揮發的有機化合物)的主要生成者,VOC是大氣污染物中最主要的污染物之一,我國2012年各種塗料的產能已達1200多萬噸/年,生產廠家有9000多加,全球第一。以VOC為代表的特徵和毒性污染物已經成為我國大氣污染防治的重點。自身毒性強而且直接導致光化學煙霧和霧霾二次污染,是我國近年來大氣區域性複合型污染的重要前體物和參與物。為此,政府《關於推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣品質指導意見的通知》要求“開展揮發性有機物污染防治”;《大氣污染防治行動計畫》要求“從生產、運輸、使用等環節對VOC進行排放控制”。
清漆的包裝、貯存和運輸
清漆屬於有毒,易燃易爆危險性化學品,採用鐵桶、襯塑鐵桶、塑膠桶密封包裝,貯存於乾燥、通風良好,防雨防曬產所,按危險品運輸,遠離熱源和明火。