涂料基础与新产品设计

本书力求在系统介绍涂料相关基础理论和生产技术的基础上，提出新产品、新配方的设计理念，内容具有以下特点： (1)基础理论简明扼要，读者易理解；(2)体现全新的研究成果；(3)使读者理解针对产品需求设计产品，通过技术原创获得高质量指标；(4)适用性强，阅读后可以快速做到融会贯通。预计会达到较好的应用效果。

涂料属于知识密集度高的精细化工行业。涂料化工是多学科的交叉，四大化学“有机、无机、物化、分析”是其基础，还有胶体、界面、高分子等。物理、机械、电子、计算机以及包括纳米材料在内的新材料等学科都涉及。正因为如此，任何一个学科的新进展，都会影响涂料技术的进步，任何一种新材料、新技术的出现，多数可在涂料中开发其用途。
涂料新产品的设计受“上游”产业技术创新的影响。涂料行业具有加工产业的性质，所用原料有树脂、颜(填)料、助剂和溶剂四大类，都可由专业生产企业提供。任何一种原料的质量提高、品种更新换代，都直接影响涂料技术进步。如任何一种低毒高性能颜料、低毒或无毒的高效助剂、低污染高溶解性的溶剂问世，特别是低污染、高性能树脂开发成功，都直接影响低污染涂料新品的产业化发展,都会给涂料行业带来新的技术进步,创造更多经济效益与社会效益。而涂料技术进步需要对“上游”产业提出新要求，需要更密切的合作、共同创新。
涂料新产品的设计受下游产业创新的影响。涂料是半成品，施涂于物体表面成膜后才是成品。“三分涂料, 七分施工”，涂装质量对涂料性能正确发挥影响很大，而涂装对涂料品种与质量要求则是涂料技术进步的动力。
我国正处于由“中国制造”向“中国创造”过渡的时期，国家大力提倡科技创新，并持续加大科技投入,涂料行业面临许多新的挑战和新的机遇。要努力抓住机遇，才能应对各种挑战。国家政策法规对涂料技术创新起着推动作用。国家发改委及工业和信息化部组织制订了石化行业产业结构调整指导意见，对涂料行业淘汰、限制产品做了明确规定。提倡与鼓励发展低污染型涂料如水性、粉末、高固体分、辐射固化等涂料，提升钛白粉和氧化铁颜料的深加工能力，大力推进节能减排的改造。国家对环保安全、节能减排十分重视，每年都投入大量科研开发费用支持这方面的开发，涂料行业如能瞄准国内低污染型涂料中关键技术的创新，发展潜力巨大。
按联合国教科文组织的定义，信息、生化、航空航天、宇宙开发、海洋开发、新能源和可再生能源、新材料等产业为高科技产业。这些高科技产业在我国发展较快，对涂料品种和质量提出了新的、更高的要求。工业和信息化部的行业产业结构调整指导意见中提出，要发展建筑、桥梁、航空、铁路、汽车、船舶、重防腐等领域专用的高性能涂料，加快研发民用大飞机、大船、高速铁路、风力发电等国家重点工程专用涂料，以及有特殊用途的无机颜料。提到的这些领域多数属高科技产业，其专用涂料多属特种功能型涂料，除了具有传统的保护、装饰性能外，还要有一些特殊功能。因此，高科技产业发展对涂料的要求是涂料行业技术创新的新动力。特种功能性涂料开发成功，可以带动一般工业涂料技术关键问题的解决，进一步缩小与国外的差距。
涂料行业单靠引进而不大力自主创新，难以达到国际一流的技术水平。如有关国防工业使用的特种涂料、金属无钝化表面处理、关键的水性涂料树脂等技术都需要自主进行原始创新，更需要一批基础扎实、创新意识强的科技工作者的共同努力。
涂料多样化的用途决定了其具有无数的原料、原料组合和配比，这也使得其配制成为一项具有挑战性的工作。历史上，配方难题一般是在已有涂料配方的基础上，通过试错法经反复试验来解决的。这种连续改善的方法，取决于用户的要求、配方师与涂装工程师之间的有效沟通。由于对VOC(挥发性有机化合物)排放以及重金属含量超标的控制越来越严格，涂料正向无溶剂、高固含、水性化以及不含可溶性重金属方向发展。创造性的总体提高取决于管理人员、销售人员以及实验室人员等的工作效率的提高。
目前，既能体现涂料领域系统的理论基础、配方设计原理又能涵盖新发展的表征手段以及新技术促进涂料产品技术进步的书籍不多。本书具有基础理论与创新发展有机结合的特点，可以同时满足作为高等院校“高分子材料科学与工程”“应用化学”“化学工程与工艺”“材料化学”以及“化学”等专业的专业课程教材；材料、化学等学科研究生相关学位课程的参考教材；涂料行业工程师理论与实践技能提高的参考书籍的需求。读者阅读基础知识后，结合众多的案例，就可以开展创新性思维活动，因此，本书对创新性人才培养具有很强的适用性。
笔者在涂料相关行业从事高等教育与科技开发20余年，积累了较丰富的经验。本书的撰写力求体现行业最新发展动态，充分展现笔者在水性涂料树脂、金属智能防腐纳米复合技术、高分子超分散剂以及聚合物纳米复合材料界面设计与调控领域长期、系统的研究成果。
特别感谢扬州大学出版基金的支持。
由于水平所限，书中疏漏和不妥之处在所难免，希望读者能够给予指正！

朱爱萍
2021年5月

本书对涂料的发展、组成、定义、功能、应用范围、未来发展趋势等进行了简单介绍。重点阐述了涂料用原材料及配方设计，涂料界面原理，涂料的制备及生产安全管理，涂装技术，涂料及涂膜性能检测以及涂料新产品设计等内容。
本书可供涂料相关研发、生产、管理人员参考，同时可供高等院校精细化工等相关专业师生作为教材或教学参考书使用。

第一章概述/001
第一节涂料的发展/001
第二节涂料的定义、功能及应用范围/004
一、涂料的定义/004
二、涂料的功能/004
三、涂料的应用范围/005
第三节涂料的组成及其作用/005
第四节涂料的未来发展趋势/006
一、向特种涂料方向发展/006
二、向环保节能方向发展/008
三、向功能化方向发展/010
参考文献/011

第二章涂料用原材料及配方设计/012
第一节涂料成膜物/012
一、简介/012
二、低毒无苯醇酸树脂/014
三、丙烯酸酯树脂/017
四、氨基树脂/019
五、水性含氟涂料树脂/019
六、水性环氧树脂及其交联剂/021
七、聚氨酯及其固化剂的水性化/022
八、超支化树脂/024
九、混合涂料树脂/026
十、可控自由基聚合技术合成涂料树脂/029
第二节颜料/034
一、颜料分类与结构/034
二、颜料类型/038
第三节溶剂/049
一、溶剂的概念及功用特点/049
二、溶剂的分类及混合/050
三、溶剂的配方设计/052
四、溶剂的发展方向/054
第四节助剂/056
一、简介/056
二、类型/056
第五节涂料配方设计/062
一、简介/062
二、配方设计要点/062
参考文献/067

第三章涂料界面原理与应用/068
第一节多分散体系的流变性质/068
一、简介/068
二、颜填料对溶剂型涂料流变性能的影响/072
三、颜填料对水性涂料流变性能的影响/073
第二节涂料的界面化学/080
一、表面能与表面张力/080
二、涂料液体在固体基质上铺展的条件/085
三、粗糙表面对涂料润湿的影响/088
第三节表面张力及流变行为引起的涂层弊病/090
一、简述/090
二、涂层弊病及原因分析/090
参考文献/097

第四章涂料的制备及生产安全管理/098
第一节涂料的制备/098
一、清漆的制备/098
二、色漆的制备/099
第二节涂料生产安全管理/110
一、涂料安全生产技术规范/110
二、涂料生产存在的问题及“规范”实施的现实意义/111
参考文献/112

第五章涂装技术/113
第一节涂装技术简介/113
一、定义/113
二、涂装技术五要素/113
第二节工业涂装工艺设计/115
一、国内涂装工艺设计概况/115
二、提高工业涂装工艺设计水平的方法/115
第三节水性工业涂料绿色施工/118
一、施工特点/118
二、施工分类/118
第四节船舶除锈涂装工艺设备/121
一、钢材抛丸预处理设备/121
二、船体分段除锈涂装设施/122
三、船舶涂装辅助工艺装备/123
参考文献/124

第六章涂料及涂膜性能检测/125
第一节简介/125
第二节涂料性能检测/125
一、黏度/125
二、细度/127
三、储存稳定性/128
四、VOC测定/129
第三节涂膜性能检测/130
一、外观/130
二、机械物理性能/130
三、老化性能测试/131
四、耐化学品性/131
第四节涂料性能检测新进展/131
一、简介/131
二、纳米添加剂在涂层中的分散性/132
三、涂膜性能的电化学方法测试/135
参考文献/152

第七章涂料新产品设计/154
第一节取代铬等重金属水性防腐涂料的设计/154
一、简介/154
二、电活性聚合物在腐蚀防护应用中的问题及解决策略/158
三、电活性聚合物-碳纳米/有机复合涂料的制备及其防腐性能/159
第二节水性卷钢涂料/166
一、简介/166
二、部分水性化卷钢涂料体系设计/167
三、水性化卷钢底漆树脂的设计与涂料制备/169
第三节抗静电涂料/172
一、简介/172
二、紫外光固化抗静电地板涂料/173
三、基于石墨烯抗静电水性丙烯酸涂料/174
第四节高温激光烧结制备聚醚醚酮（PEEK）粉末涂料/178
一、简介/178
二、PEEK-IF-WS2和PEEK-GNP复合粉末制备/179
三、粉末流变学表征与涂料性能/179
参考文献/182