涂料分析与性能测试（刘仁）

涂料是涂于物体表面能形成具有保护、装饰或特殊性能的固态涂膜的一类液体或固体材料之总称。早期大多以植物油为主要原料，故有油漆之称。现在其中的植物油大部分被合成树脂取代，故统一称为涂料。涂料是高分子材料应用领域中的一个重要方向，在汽车、家具、建筑、航空航天、军事等领域起着至关重要的作用，已成为衡量一个国家国民经济发展程度的重要标志之一。我国涂料年产量已经超过2000万吨，跃居世界第一位。我国虽是涂料生产和使用大国，但目前全球排名前20的涂料公司中仅有一家中国公司，因此我国涂料科学与技术的发展，以及高质量人才培养依然任重道远。

涂料科学是建立在高分子化学、有机化学、无机化学、胶体化学、表界面化学、流变学、材料力学等学科基础上的一门综合性学科，同时也是一门应用性和实践性非常强的学科。涂料专业人才的知识体系包括树脂的合成、涂料配方调制、涂料涂装固化到涂膜性能测试这一系列环节。在这些环节中，掌握涂料原材料、配方的分析和涂层性能检测是学习研究过程中“知其所以然”的关键所在。随着涂料科学与技术的发展，在传统溶剂型涂料之外，新发展的水性涂料、粉末涂料、光固化涂料及高固体分涂料等绿色涂料，对涂料分析和性能测试提出了全新要求。同时，新兴材料分析技术的发展有效丰富了涂料科学与技术的研究手段，如常见的摆杆硬度、铅笔硬度、划痕硬度等方法主要用于获取涂层宏观硬度数据，而纳米压痕技术的运用所获得的纳米压痕硬度则可获得涂层纳米尺度的性能参数，有助于开展更深入的涂料结构-性能研究。

涂料分析和性能测试知识的运用贯穿了涂料理论学习和实践实验的整个过程，而现有教材大多都是基础教程或者技术类教程，偏重于涂料的理论知识、配方或涂装过程，学生只能通过国家标准、行业标准、国外标准以及中外发表的论文、涂料类书籍等查阅所需表征与测试方法， 有时需要结合查阅多种资料才能将每种表征测试方法的应用范围、试样制备、测试原理、测试方法和结果表示研究清楚。研究建立标准的涂料测试方法，创新涂料表征技术，将其归纳成册，对涂料工业的发展具有重要的学术价值和经济价值。

江南大学化学与材料工程学院从1999年开始即对高分子材料与工程专业本科生设立了涂料专业方向，建有系统的涂料专业方向课程体系。作为国家特色专业和国家一流本科建设专业的江南大学涂料专业方向，在办学20年中培养了一大批本硕博学历的涂料专业人才，在教学过程中同样深受没有教材的困扰。因此，我们基于多年的教学经验和科研体会开展了本书的编写工作。全书分为9章，第1章为绪论，主要介绍涂料分析与性能测试的目的与意义；第2章为涂料原材料分析；第3章为涂料产品性质；第4章为涂料施工性能；第5～8章为涂膜性能测试，分别系统叙述了涂膜的外观及光学性能、力学性能、防护性能及功能性测试方法；第9章介绍了一些新型或特殊用途涂料（包括光固化涂料、粉末涂料、电泳涂料、船舶涂料、航空涂料、卷材涂料、汽车涂料、木器涂料）的特有分析与性能测试方法。

本书由刘仁、罗静主编，第1、2、8、9章由刘仁编写，第3章由孙冠卿编写，第4～7章由罗静编写。全书由刘仁、罗静统稿。

由于涂料分析与性能测试技术发展速度快，涉及面广，技术创新层出不穷，加之我们的水平所限，书中疏漏之处在所难免，恳请读者不吝赐教，提出宝贵意见。

编者

2022年5月

《涂料分析与性能测试》涵盖了涂料学术界和工业界的分析测试方法和最新进展，内容全面。全书共分9章，主要介绍涂料分析与性能测试的目的与意义、涂料原材料分析、涂料产品性质、涂料施工性能，以及涂膜性能的测试，包括涂膜的外观及光学性能、力学性能、防护性能和涂膜的功能性测试，并介绍了一些新型或特殊用途涂料（包括光固化涂料、粉末涂料、电泳涂料、船舶涂料、航空涂料、卷材涂料、汽车涂料和木器涂料）的特有分析与性能测试。 《涂料分析与性能测试》可供高等学校高分子材料与工程，化学、应用化学、化学工程与工艺、精细化工等专业师生使用；也可供涂料研发、涂料生产、涂料应用等科研技术人员参考。

刘仁，江南大学，化学与材料工程学院副院长、教授，自2003年起在江南大学攻读硕士和博士学位开始即从事“电泳涂料”“光固化涂料”等的研究，并先后于2010年和2016年在美国北达科他州立大学和香港中文大学开展功能涂料研究。先后入选江苏省“六大人才高峰”“双创博士”等人才培养计划。现任江南大学化学与材料工程学院副院长，光聚合技术及先进涂层研究室主任，兼任中国辐射固化专委会学术委员会主任，“辐射固化通讯”编委，中国涂料与颜料标准化技术委员会单位委员，以及Progress in Organic Coatings、涂料工业等国内外涂料期刊审稿人。 长期从事光固化材料、功能涂层材料等领域教学和科研工作，主讲《功能涂料》《涂料科学与技术》两门专业课程。近5年来在抗菌涂料、自修复涂料、光固化涂料等方向发表SCI论文25篇，授权中国发明专利10件和美国专利2件。先后主持“先进碳材料基光固化导电油墨关键技术研究与产品开发”等省部级以上项目5项，“金属刀片光固化防护涂层开发及连续涂布线设计”等企业委托项目6项。研究成果获省市级科技进步奖3项。

第1章　绪论　　　1

1.1　涂料的定义和范围、组成与分类 1

1.2　涂料类型和发展趋势 2

1.3　涂料分析与性能测试的目的与意义 2

参考文献 3

第2章　涂料原材料分析　　　4

2.1　树脂 4

2.1.1　分子量 4

2.1.2　化学结构 7

2.1.3　碘值 10

2.1.4　酸值 12

2.1.5　羟值 14

2.1.6　环氧值 15

2.1.7　异氰酸酯基含量 16

2.2　颜填料 20

2.2.1　颜色 20

2.2.2　着色力 21

2.2.3　吸油量 22

2.2.4　遮盖力 23

2.2.5　易分散程度 24

2.3　助剂 26

2.3.1　催干剂催干性能 26

2.3.2　流变剂触变指数 26

2.3.3　流平剂流平性能 27

2.3.4　防潮剂白化性能 27

2.3.5　消泡剂消泡性能 28

2.3.6　防沉剂防沉效果 28

参考文献 29

第3章　涂料产品性质　　　30

3.1　外观（光泽度） 和透明度 30

3.1.1　目测法 30

3.1.2　仪器法 32

3.2　颜色 34

3.2.1　铁钴比色法 34

3.2.2　加氏比色法 35

3.2.3　铂钴比色法 35

3.2.4　罗维朋比色法 36

3.3　密度 37

3.4　细度 38

3.5　不挥发物含量（固体含量） 40

3.6　贮存稳定性 42

3.7　乳胶漆稳定性 43

3.7.1　稀释稳定性 43

3.7.2　机械稳定性 44

3.7.3　低温稳定性 44

3.7.4　热稳定性 44

3.7.5　耐冻融性 45

3.8　挥发性有机化合物含量和释放量 46

3.8.1　溶剂型涂料VOC 差值法 46

3.8.2　乳胶漆VOC 含量 47

3.8.3　含有活性稀释剂的涂料VOC 含量 49

3.8.4　光固化涂料VOC 含量 50

3.8.5　涂料VOC 释放量 52

3.9　甲醛含量和释放量 55

3.9.1　分光光度法 55

3.9.2　高效液相色谱法 56

3.9.3　涂料甲醛释放量的测定 58

参考文献 59

第4章　涂料施工性能　　　60

4.1　基材处理方法 60

4.2　施工黏度 62

4.2.1　流出杯法 62

4.2.2　落球测定法 68

4.2.3　气泡法 70

4.2.4　旋转黏度计法 70

4.2.5　斯托默黏度计法 73

4.2.6　锥板黏度计法 74

4.2.7　毛细管黏度计法 75

4.2.8　常用几种黏度计的比较 76

4.3　干燥时间 76

4.3.1　表干测定法 77

4.3.2　实干测定法 77

4.3.3　仪器测试法 79

4.4　涂膜厚度 80

4.4.1　湿膜厚度 80

4.4.2　干膜厚度 82

4.4.3　纳米膜厚度 85

4.4.4　涂膜厚度测量方法的比较 89

4.5　打磨性 90

4.6　流平性 91

4.7　流挂性 92

4.7.1　涂布器施涂 92

4.7.2　喷枪施涂 93

4.8　闪点 94

4.9　涂布率 97

4.9.1　刷涂法 97

4.9.2　喷涂法 98

4.9.3　体积固体含量法 98

参考文献 99

第5章　涂膜的常规性能测试——外观及光学性能　　　100

5.1　涂膜外观 100

5.2　孔隙率 100

5.2.1　电火花针孔检测法 100

5.2.2　湿海绵试验法 101

5.3　涂膜颜色 102

5.3.1　目视法 102

5.3.2　色差计法 103

5.4　涂膜光泽 105

5.5　雾影 108

5.6　白度 109

5.7　涂层遮盖力 110

5.7.1　黑白格法 111

5.7.2　光学仪器法 112

参考文献 113

第6章　涂膜的常规性能测试——力学性能　　　114

6.1　硬度 114

6.1.1　铅笔硬度 114

6.1.2　摆杆硬度 116

6.1.3　压痕硬度 117

6.1.4　纳米压痕技术 118

6.2　附着力 119

6.2.1　划圈法 119

6.2.2　划格法 121

6.2.3　划×法 123

6.2.4　拉开法 124

6.2.5　各方法比较 127

6.3　柔韧性 127

6.3.1　轴棒测定器法 127

6.3.2　圆柱轴弯曲试验仪法 128

6.3.3　圆锥轴弯曲试验仪法 129

6.3.4　各方法比较 129

6.4　耐冲击性 130

6.5　耐磨性 130

6.5.1　落砂法 131

6.5.2　橡胶砂轮法 132

6.6　耐划痕性 133

6.6.1　负荷恒定法 133

6.6.2　负荷改变法 135

6.7　耐擦伤性 136

6.8　耐洗刷性 138

参考文献 138

第7章　涂膜的常规性能测试——防护性能　　　139

7.1　耐溶剂性 139

7.1.1　浸泡法 139

7.1.2　擦拭法 140

7.2　耐水性 141

7.2.1　常温浸水法 142

7.2.2　浸沸水法 142

7.2.3　加速耐水试验 143

7.2.4　水雾试验 144

7.2.5　耐盐水性试验 144

7.3　耐水汽渗透性 144

7.3.1　湿杯法 145

7.3.2　干杯法 145

7.4　耐酸、碱、盐性 146

7.4.1　浸泡法 146

7.4.2　吸收性介质法 147

7.4.3　点滴法 147

7.5　耐黄变性 148

7.5.1　色差值法 148

7.5.2　黄变度测试法 149

7.5.3　目视比色法 150

7.6　耐候性 150

7.6.1　自然老化试验 151

7.6.2　人工气候老化试验 152

7.7　耐热性 155

7.8　耐化工气体性 155

参考文献 156

第8章　涂膜的功能性测试　　　157

8.1　防火性能 157

8.1.1　小室燃烧法 157

8.1.2　大板燃烧法 159

8.1.3　锥形量热仪法 160

8.1.4　热分析法 161

8.2　防污性能 162

8.2.1　防污剂渗出率法 162

8.2.2　浅海挂板试验 165

8.2.3　实船涂装方法 167

8.2.4　动态模拟试验 167

8.2.5　实验室法 169

8.2.6　低表面能防污涂料评价方法 170

8.3　防雾性能 171

8.4　抗菌性能 172

8.4.1　抗霉菌性能 172

8.4.2　抗细菌性能 174

8.4.3　最小抑菌浓度和最小杀菌浓度 176

8.4.4　抑菌圈法 177

8.4.5　摇瓶法 178

8.4.6　电子显微镜法 179

8.4.7　细菌荧光染色法 179

8.5　防滑性 180

8.5.1　平面滑动法 180

8.5.2　倾角法 182

8.6　隔热保温性能 183

8.6.1　阻隔型隔热涂料 184

8.6.2　反射型隔热涂料 186

8.7　自清洁性能 190

8.7.1　户外雨水污痕试验 190

8.7.2　接触角测试法 192

8.8　防腐性能 192

8.8.1　常规检测法 192

8.8.2　电化学方法 201

8.9　电性能 208

8.9.1　绝缘性能 208

8.9.2　抗静电性能 212

8.9.3　导电性能 213

参考文献 214

第9章　其他涂料分析与性能测试　　　217

9.1　光固化涂料 217

9.1.1　双键转化率 217

9.1.2　收缩率 219

9.2　粉末涂料 221

9.2.1　外观和状态 221

9.2.2　密度 222

9.2.3　粒度和粒度分布 225

9.2.4　烘烤时质量损失 225

9.2.5　安息角 226

9.2.6　流动能力 227

9.2.7　软化温度 228

9.2.8　熔融流动性 228

9.3　电泳涂料 231

9.3.1　灰分和颜基比 231

9.3.2　毫克当量值 232

9.3.3　库仑效率 232

9.3.4　泳透力 233

9.3.5　击穿电压 237

9.3.6　边缘防锈试验 237

9.4　船舶涂料 238

9.4.1　耐电位性 238

9.4.2　耐划水性 239

9.4.3　防锈漆阴极剥离性 240

9.4.4　层间附着力 242

9.4.5　修补性能 243

9.5　航空涂料 245

9.5.1　蒙布收缩率 245

9.5.2　耐低温性 246

9.5.3　耐高温砂蚀试验 246

9.6　卷材涂料 247

9.6.1　Ｔ 弯 247

9.6.2　杯突 248

9.7　汽车涂料 250

9.7.1　抗石击性能 250

9.7.2　鲜映性 253

9.8　木器涂料 254

9.8.1　耐干热性试验 254

9.8.2　发白试验 255

参考文献 256