在的生产和研发过程中,出于新产品开发、原产品性能改进、降低成本、原材料更换或新的原材料利用、新技术等考虑,常常需要进行涂料的配方设计。
钢结构防火涂料需要对钢结构进行防火保护,还应具有涂料的其他常规性能,在进行配方设计时,考虑所有的应用技术指标,确定主要目的,认真分析、分清主次,平衡各种影响因素,实现涂料整体功效。
一.一般原则
涂料配方设计的一般原则是提供满足应用要求的涂料产品,采取措施,实现其各项应用技术指标。通过研究使用环境、基材、成本、外观、机械强度、耐久性、耐候性等,调节涂料配方中各组分的用量及其相对比例。
(1)用途
涂料的用途表明涂料的使用条件,亦即涂料的使用环境、基材条件。涂料使用位置不同,如室内、室外、屋面、地上、地下等,各种外界环境,如温度、湿度、光源、化学药品、电流、尘埃等,其他物质以及振动、冲击、风速和风压等,严重影响涂料的使用效果,需要根据用途,从不同方面加强涂料的特性。
基材的大小、形状、腐蚀状态、粗糙程度等表面状态都应深人用户调查、交流,获得详细信息。
(2)技术性能指标
涂料的使用目的、使用年限应按照用户要求,明确涂料所需的主要性能,确定涂料主要性能指标的测试、评价方法。如果没有相关国标、行标可参,应预测应用技术要求,协商验收指标。
(3)搜集资料
涂料研发不可盲目开始,根据既有的专业基础知识,设计实践经验,查阅文献、实验室档案,了解相关产品的技术详情,搜集原料供应商的技术数据,学习、借鉴他人公开的研究成果,灵活运用,奠定自己创新的基础。
(4)配方研制
进行配方研制时,应根据涂料性能指标、市面原材料特性、使用环境等确定主要原材料及各组分的用量范围,了解相互矛盾或相互增长的应用技术指标,如涂膜的交联密度与柔韧性、涂膜的耐磨性与表面摩擦系数、涂膜的亲水性与防水性、涂膜耐蚀性与装饰性等应均衡考虑。
原材料的性能应稳定可靠,尤其是试验室阶段,应选择能提供优质服务的原料供应商,其原料合格稳定,保障涂料性能。首先应确定的原料包括成膜物、颜填料、溶剂和助剂。
①成膜物。成膜物将涂料中的所有组分粘接为一体,是涂膜的基础结构,它的性质对涂膜的硬度、柔性、耐磨性、耐冲击性、耐水性、耐热性、耐候性等起决定性的作用。应谨慎选择成膜物,保证涂料的应用性能。
②溶剂和助剂。溶剂的挥发速度、沸点、溶解性、毒性和闪点等是配方设计中应考虑的问题,溶剂应与涂料各组分有良好的相容性,保证涂料的储存稳定性。
涂料中的助剂对改善涂料制造性、储存性、涂装性、成膜性及应用性等有重要作用。应掌握助剂的特性,按照使用方法选用,如硅油应配成1‰的溶液、有机膨润土应制成预凝胶等。注意助剂的矛盾效应,如触变型防沉剂会影响流平性和光泽等;有些阻燃剂会影响涂膜防潮性;流平剂过量时,会影响涂膜耐腐蚀性等。
③颜填料。根据颜填料的体积分数,考虑颜料的着色力、遮盖力、密度、在基料中的分散性、耐光性、耐候性和耐热性等,选用适当的颜填料。
二.基本程序
一个新的涂料配方设计主要包括原料选择及原料之间的合理配比的确定。需要经过配方确定、配制、涂料性能检验、调整配方这样一个反复进行的过程,直至最终得到满意的配方。
1.计量方法
为确定涂料配方中各组分的加人量,需要一个清晰的计量方法,便于操作者按配方设计备料、计量、混合、生产。计量方法可以是份数法和百分比法,计量单位通常都是以质量来表示。
份数法以基料的质量为100份,其他组分则以该基料的质量分量为参照。
百分比法以全部组分质量为100份,其中各组分占混合物的百分比表示其加人量。该方法有利于进行成本核算。
2.设计方法
配方中原材料品种多,加人的品种、加人量需要通过大量试验确定。选择一种计量单位方法,进行配方设计时,由于各组分的作用复杂且互相影响,可根据经验,注意设计方法的选用,不可盲目试验,增加工作量,可采用传统的数学优化方法,也可应用计算机软件进行配方设计。
(1)单因素法
选定涂料的某一组分,其他组分用量不变,不断地改变选定组分的用量,观察相应配方的关键性能指标,每次试验都要记录试验结果,最佳的试验点可以通过缩小步长确定,最终获得理想的配方设计。
(2)多因素法
涂料配方中原料众多,多因素法更为可行,不同的原料即为不同的影响因素,其添加量差别大,准确、快捷地得到一个合理的配方,应用较多的是正交试验法。
正交试验法利用一种现成的正交表,科学地挑选试验因素,能在很多的试验条件中选出代表性强的少数次条件,通过少数次的试验,找到较好的组合条件,从而得出最佳的试验条件。试验中变量因素越多,减少程度越明显,有时最佳方案不在优选的方案里,也可通过试验结果,推算出最佳方案。
三.成本分析
涂料的成本是配方设计时必须考虑的因素,包括原材料、生产、储存和运输等各项成本。保证涂料的所需功能,配方越简单,成本越低,产品的市场竞争力越强。
对涂料的成本进行核算时,需要考虑涂覆一平方米所耗费的涂料费用,可以通过干膜厚度、固含量、涂料利用率确定。
干膜厚度是在涂膜完全干燥后,采用测厚仪测定而得。一般要小于湿膜厚度。钢结构防火涂料工程中,对非膨胀型防火涂料,要求必须测定涂膜厚度,其性能指标也根据厚度不同而不同。
涂料的成本还需要考虑涂料的喷涂效率,一般在喷涂施工中损耗较大,应提前折算。
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