建筑涂料配方设计

建筑涂料配方设计（共9篇）

建筑涂料配方设计 篇1

PU弹性涂料配方解析

PU弹性涂料配方解析www.360doc.com/UserHome/720362

弹性漆又称橡胶漆,类肤漆,是一种手感漆,常用于经常接触的物件表面,给人以柔 和的质感,是现在流行的一种油漆.下面简单介绍弹性漆的配方及其原理。

1 油漆配方

A组分：

二甲苯 30

丁酯 30

二丙酮醇 30

环已酮 10

弹性树脂 30-35% 流

平剂 1-3% 哑粉 6%

弹性剂 1-8%

手感剂 2 % 催干剂 2%

5070D 0-5%

B组分：

拜耳3390 100%

C组分：1 U6 Q k s( {# B

甲苯 50

丁酯 50

施工要求

按照A:B:C = 8-10:1:3的比例配制油漆，喷好工件后，风干15-20分钟，然后 70℃×30分钟或自干24H。过早烘烤，漆膜中溶剂尚未挥发完，干燥后，漆膜手感较差。

2 各组分对弹性漆性能的影响

弹性漆手感的`要求一般有两种，一类是类似橡胶或人类皮肤的弹性感觉。第二类象绒毛的弹性感觉，在配方设计时，针对不同的手感，用料要加以区别。

`2.1

树脂的选择：

目前较常用的树脂是饱和聚酯，如拜耳的1650，长润的5800-X-70，盖斯塔夫的317以及巴斯夫的树脂，若要求一类的手感,应选择伸展性较大的树脂,第二类手感树脂的伸展性中等即可

流平剂的选择-

要求一类手感，流平剂一般用非有机硅类流平剂如BYK-354，表面不需要爽滑而要求第二类手感的流平剂则选择有机硅类流平剂，如BYK-333，BYK-306等。

2.3

哑粉的选择

固填充料对弹性漆的手感，有降低的作用，选择哑粉的时候，尽量选择消光效果好而粒径小的品种，如OK-520，OK-607

2.4弹性粉的选择

对第一类手感效果，弹性粉尽量少加或不加，因弹性粉主要提供毛绒的手感。

2.5 溶剂的选择

溶剂中不能用醇类溶剂，否则会与固化剂反应，以致油漆干性差，弹性亦差。溶剂亦不能太强，否则对底漆或底材有腐蚀性，溶剂中应有少量环己酮，它对弹性粉和弹性剂有少量溶涨作用，手感会增强。

2.6固化剂的选择

TDI类型固化剂刚性较强，固化后漆膜较硬，手感较差，且不耐黄变，一般不采用。HDI 类型固化剂因链段较长，反应物柔软。较常用于2K PU弹性漆，其中缩二脲固化剂 如N-75，反应较慢，也很少用。HDI三聚体固化剂如3390反应较快，便于快速涂装，比较常用。

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建筑涂料配方设计 篇2

环氧粉末涂料具有众多的优良性质, 首先这种涂料没有污染, 适应社会大众的需求, 并且它流平性好, 涂膜坚固, 熔融黏度低, 省去了底漆涂膜的麻烦, 其次这种涂料具备较好的力学性能, 无论是耐腐蚀性、贮藏稳定性、耐化学药品性和反应活性都比较好, 此外, 涂料的配色好, 并且拥有广泛的固化剂选择范围。此涂料的主体为:脂肪族环氧树脂、改性环氧树脂、线性酚醛树脂和双酚A型环氧树脂, 这些主体先是于一定的温度下混炼, 然后待其冷却, 再进行粉碎。

1 环氧树脂膜的性能

1.1 环氧树脂膜的玻璃化温度

所谓的玻璃化温度是指高聚物由高弹态转变为玻璃态或者由玻璃态转变为高弹态的温度, 也是无定型聚合物大分子链段在自由运动时的最低温度, 在这个最低温度以下, 高聚物呈现脆性, 而相反的情况下, 高聚物表现出弹性。而对于环氧树脂膜来说, 它的玻璃化温度则是影响膜的内应力和粘结力的重要结构因素, 保持强的“ 湿态”粘结力, 保证了当腐蚀介质 ( 包括水分子) 浸渍时的需要, 并且环氧树脂膜还拥有较强的防止腐蚀介质穿透能力。

1.2 环氧树脂膜的防介质渗透能力

浓度差会引起的水分的净移动, 也就产生了渗透, 并且, 由溶质引起的渗透压大小与溶质分子或离子的数目多少成正比, 而环氧树脂膜是具有防介质渗透能力的, 要确定环氧树脂膜的防介质渗透能力大小, 就要从外界因素影响、环氧树脂膜的化学结构和由渗透介质溶度参数与膜内各组分溶度参数决定的形态结构进行分析。

1.3 环氧树脂膜的粘弹性

粘弹性是指聚合物在加工过程中, 在不同条件下表现出固体和液体的性质, 聚合物在加工过程中通常经历了一个由固体变为液体、再从液体变固体的过程, 所以要制备的环氧树脂模具有比较满意的粘弹性及物理机械性, 可依据固化剂用量对膜粘弹性参数的影响来调整适当的固化剂品种和用量, 几个相对比较重要的粘弹性参数为:玻璃化温度、橡胶态弹性模量和橡胶态交联密度。

1.4 环氧树脂膜的耐化学药品性

脂肪族经基存在于环氧树脂分子中, 一般情况下, 它具有一定的亲水性, 有助于水分子积集或穿过膜内, 膜的防水性因此而降低, 并且一般来说, 可被腐蚀介质破坏的化学键及极性基团都要被避免存在于膜内。

2 环氧树脂涂料配方设计

2.1 溶剂的挥发速度

溶剂是制备涂料的媒介物, 只有当溶剂的挥发速度被恰当地控制时, 涂膜的优异性能才能得到保证, 作为媒介物的溶剂可以使施工粘度得到调节, 溶剂的挥发, 对涂膜的性能有很大的影响, 确定溶剂品种的关键技术之一就是溶剂的挥发速度, 所以溶剂在施工结束后要以适合的速度释放, 有机溶剂的挥发速度与它的沸点和表面张力成反比。

2.2 固化剂和固化速度

对于固化剂的选择, 应考虑的因素有两点, 一是固化剂的固化反应性, 二是分子结构特点。无论是对于粘接剂、涂料还是浇注料来说, 固化剂都是必不可少的添加物, 若是缺乏这项添加物, 环氧树脂就不能固化。

2.3 颜填料的功能

对于颜填料的选择, 要根据涂料的应用而定, 云母和滑石粉可增强涂膜的耐化学药品性和提高物理机械性;对于耐光和热介质条件, 易选用氧化锌和云母氧化铁;关于防酸碱介质条件, 颜填料可选择沉淀硫酸钡和氧化铁红等。较小的颜填料体积浓度, 就会使粒子间距离较大, 所以涂膜防介质渗透能力就较强, 将临界粒子距离概念引人涂膜内, 然而若是涂膜内粒子间距离相对于临界粒子距离而言较低, 就会在涂膜内形成有利于介质渗透的毛细管。

3 助剂

助剂是聚合物进行成型加工时添加的一些化合物, 其目的是为改善其加工性能或树脂本身性能的不足, 助剂对于塑料成型加工是很重要的, 对于环氧树脂涂料而言, 助剂是生产、贮存及施工过程中不可缺少的重要组成部分, 因为助剂的使用, 才可以获得性能更加优异的环氧树脂涂料, 它们在涂料中发挥着特效功能, 所以说应充分利用各种助剂对涂料以及最终涂膜性能的作用。但是, 助剂的使用也有一定的要求, 它应当能够较好的相溶于被添加的合成树脂, 并且不渗析、不挥发、不迁移, 而且要能良好的适应加工条件, 在加工成型的过程中能够较为容易的分散均匀。并且, 助剂按其作用机理, 可分为增韧剂、流变调节剂、表面活性剂、固化促进剂和贮存稳定剂等, 在使用时应当有针对性地选用各种助剂。

4 结语

众所周知, 由于环氧树脂涂料具有诸多优异的性能, 比如说它拥有缓蚀和电化学作用, 这是由它的性质决定的, 对腐蚀介质来说, 环氧树脂涂料形成的涂膜不仅仅有屏蔽作用, 而且可以使被保护金属钝化, 所以作为防护涂料品种之一的环氧树脂涂料, 现如今已被人们广泛采用, 并且环氧树脂涂料还具有另外一个特性, 是其它涂料所不具备的, 因为它形成的涂膜有优异的“湿态”粘结力, 而且环氧树脂涂料还有特殊的防护效能。

摘要：本文首先介绍了有关环氧树脂的基本知识, 然后再从环氧树脂的性能出发, 综合分析溶剂、固化剂以及颜填料这三方因素, 最终解决了环氧树脂涂料的配方设计问题。

关键词：环氧树脂,涂料,配方设计

参考文献

[1]刘文艳, 孙建中等.有机硅改性水性环氧树脂的合成与表征.高校化学工程学报, 200721 (6) :1044-1048.

[2]王进, 杜宗良, 李瑞霞, 等.功能高分子, 2000, 13 (2) :141~144.

建筑涂料配方设计 篇3

【摘 要】利用检测技术优化保温隔热防腐涂料的组分，确定了以环氧改性有机硅树脂作为成膜物质，以玻璃体二氧化硅材料、特殊陶瓷材料、磷酸锌、纤维材料为填料，优化保温隔热防腐涂料配方。

【关键词】材料检测；环氧改性有机硅树脂；成膜物质；填料；优化

Detection technology to optimize the formulation of the anti-corrosion coating of thin-layer insulation

Wang Xiang-hui，Liu Fu-jun

（Handan City Huatian Building Materials Testing Limited Handan Hebei 056006）

【Abstract】Detection technology optimize the anticorrosive coating of insulation components， the epoxy-modified silicone resin as a film-forming substance， the vitreous silica material， the special ceramic material， a zinc phosphate， the fiber material as filler， and optimize the insulation spacer.hot corrosion coating formulations.

【Key words】Materials testing；Epoxy-modified silicone resin；Film-forming material； filler；Optimization

1.引言

（1）传统的保温隔热涂料大多以提高孔隙率、提高热阻、降低传导传热系数为主。为达到相应的要求，保温层较厚，外观较差，且干燥时间较长，因而应用范围也相应地受到了限制。其型材也因接缝较多，施工较为不方便，而且还存在着吸水率较高，需设有防水层或保护层，不抗振动，使用寿命短等缺点。

（2）涂料隔热的方式分为阻隔热传导、热对流、热辐射三类，保温效果良好的涂料一般是两种或多种隔热机理协同作用的结果。本研究主要从选择基料及填料两方面入手，进行配方优化，从保温涂料化学结构上对其进行研究。经检测中心进行检测，本涂料的各项指标如表1所示。

（3）可以已大量应用于反应釜、贮油罐、地下管道等方面，也可采用刷涂、辊涂等方法施工，涂装方法简单，可节省大量的人力，财力。

2. 成膜物质的选择

（1）涂料以环氧改性有机硅树脂为成膜物质，有机硅树脂是耐热涂料常用的一类基料，通过在有机硅聚合物的分子主链端基和侧链上引入环氧基团，将两者的优良性能合为一体，弥补了各自的缺陷，可室温或低温固化。因其具有良好的机械性能和优异的热稳定性、防腐蚀性、电绝缘性、耐高低温性、耐电晕、耐辐射、耐潮湿及耐化学介质等性能而得到广泛应用，成为特种涂料中使用最多、应用范围最广的特种树脂品种之一。

环氧改性有机硅树脂的制备：原料名称及规格见表2。

（2）将1、2、3、4和5物料依次投入到带有搅拌和回流装置的洁净、干燥的反应瓶中，慢慢升温；通CO2气体并开冷却水；升温至160℃，开始保温并不断蒸出低沸物，计量收集低沸物，在保温6h后取样测定树脂的胶化时间，250℃时胶化时间小于2min时，降温至100℃以下，加入6、7，搅拌均匀，停止通CO2气体；降至60℃以下，出料，计量产物总质量和低沸物质量。

3. 填料的选择

（1）由于有机硅树脂耐温最高可达300℃，因而需要选择合适的填料进行匹配。选择填料首先考虑其耐高温性、保温、辐射及反射能力。保温材料一般选用中空型、热阻大的材料，并且为使涂料在高温下具有较好的防腐性能，涂料中需引入一些特殊的物质，使得涂料在高温状态下形成一层致密层。为此，引入了陶瓷材料，陶瓷材料在高温下陶瓷化，使得涂料与底材接触处形成硅化层，达到防腐目的。陶瓷填料也具有良好的反射性与辐射性，折光系数、表面光洁度、热反射率及辐射率。陶瓷层的耐热冲击性能还与涂层与基体间的界面结合强度有关。涂层与基体界面处有一过渡层。金属基体和涂层在热硬化时由于晶格振动而发生了原子的相互扩散，在涂层与基体之间形成了一个渐变界面。这种界面层是由金属原子和非金属原子形成的溶体构成。涂层与基体间发生的原子相互扩散所形成的过渡层有利于增强涂层与基体间的界面结合强度。金属基陶瓷涂层材料中，陶瓷涂层与金属基体之间除了原子和分子范围内的微观作用外，还存在宏观结合——机械联锁。由于在金属基体表面存在一些微观的凹凸，甚至还有微孔或裂缝。涂覆过程中，涂层材料进入凹凸或微孔中，其效果如同往基体中钉入钉子一样，增大了接触面积，锁扣效应增强，使附着力增加。同时涂层嵌入基体的复杂形状能借助负载传递，使涂层受到的应力部分转移到基体上，涂层的附着力得到提高。各项性能参数如表3所示。

（2）选用玻璃体的二氧化硅，材料的分子结构及其化学成分对导热系数的影响很大。材料的分子结构不同，导热系数也不同，玻璃体物质的导热系数小，晶体的导热系数大。0℃时晶体二氧化硅的导热系数是8197W/（m·K），而玻璃体的二氧化硅的导热系数是1138W/（m·K）。因此通过加入类似于玻璃体式的二氧化硅材料，得到导热系数较低的涂料。

对于各向异性材料（如木材等纤维材料），当热流与纤维延伸方向平行时，热流受到的阻力小；而热流垂直于纤维延伸方向时，受到的阻力最大。因而在涂料中，加入适量长纤维制品，可以增大热流受到的阻力。

（3）加入适量的磷酸锌，磷酸锌与环氧改性的有机硅中的羟基发生反应，生成络合物，而这种络合物能与腐蚀产物发生反应，在底材表面上形成紧密附着的保护膜，从而保护金属基底不被腐蚀，即增强涂层的耐水性和附着力。

根据以上的研究表明，并对所选择的材料进行配比调试，得到较为合适的配方，见表4。

在219管道外进行测试，管道外部涂覆了1.5mm厚该涂料，隔热测试结果如表5所示。

（4）涂层在低温下可以单独作为耐高温隔热防腐涂料使用。在超过500℃高温下，涂层内部形成蜂窝状，底层是致密的保护层，从而达到优异的隔热效果。涂层内部具有大量孔隙，可以降低材料的导热系数。材料的导热系数不仅与孔隙率有关，而且还与孔隙的大小和特征有关。在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸越大，导热系数越大；孔隙相互联通比封闭而未连通的导热系数要高。

4. 助剂的选择

选择助剂应考虑树脂或及填料的性能，使其具有相应的防沉、改善流变性等作用。防沉剂选用杭州临安的F118，流平剂采用安特罗菲特殊化学品有限公司的KP412。这两种助剂很适合有机硅体系，二丁酯起增塑作用。

5. 涂层

涂膜厚度与其隔热效果经试验可知，涂层在1.5mm处具有较好的隔热效果。如实际情况中需有更高保温效果，应与其他保温涂料配合使用。

6. 结语

（1）该涂料选用环氧有机硅树脂作为成膜物质，使得涂料具有较好的耐热性及柔韧性。

（2）选用金属基陶瓷填料，使得基材与涂料间存在着宏观结合——机械联锁，使得涂层附着力好。并且使得涂层与基材之间形成致密的过渡层，使得涂料防腐性能较好。

（3）选用导热系数较低的玻璃体二氧化硅，增强涂层的隔热性能。

（4）在不影响涂料的耐温性前提下，加入适量的磷酸锌，增强涂层附着力。

建筑涂料配方设计 篇4

一、登陆网址 中国农业信息网。登陆步骤是：第一步，进入中国农业信息网首页（http:///ctsfxmtj/）网址，可直接进入测土配方施肥项目统计管理系统。

二、用户注册

注册步骤：系统首页→注册新用户→填写“注册新用户”表→等待上级部门审核。县级人员由省级负责审核。

在填写“注册新用户”表时，“用户ID”是每个单位的登陆代码，用字母或数字（最好用单位全称）。

“用户密码”设为6个以上的数字或字母（最好用单位电话号码），以保证系统和数据安全。

“单位编码”是农业部统一配置给各单位，是识别各单位唯一标识，计算机系统将自动给出，不用自己填写。

用户所在省（市、区）、所在县（市、区）名称、单位名称、联系电话、用户姓名等相关信息，要如实填写，如果填写内容不实，省级管理人员将不予注册批准，并有权限要求重新填写。

最后点击“确认提交”，此时完成注册，等待上级部门审批。上级部门审批之后，注册人员才能在网上填报和上传数据。

三、单位编码

单位编码对每个省、县（农场）是唯一的。如果编码有误，数据将不能上传。系统主页提供单位编码查询，直接点击单位编码查询，系统进入单位编码查询页面，在查询条件中输入省、县名称，即可得到本县的单位编码。如果未能查到你单位的统计编码，请立即与农业部测土配方施肥办公室联系。

四、数据管理

国家级用户可以管理省级数据，省级用户可以管理辖区内县级数据，县级用户自我管理。数据管理的内容包括：数据上传、数据删除和数据修改。

4数据上传

进入系统主页，输入正确的用户名称和密码，进入系统首页，可以进行“统计报表管理（上传、下载、删除统计表格等）”、“项目文档管理（上传、下载、删除项目文档等）”、“统计报表汇总”等操作。

4.1 下载报表模板：点击系统主页“空表下载”中的“测土配方施肥项目进度情况统计表（季报）”，将报表模板保存到便于管理的本地计算机文件夹。

4.2 数据填报：打开下载好的报表模板→逐项填写报表数据→以与报表模板不同的文件名保存统计电子表格． 填报数据时，不要更改系统规定的统计项目的计量单位，也不要在填报数据后面加“万”、“千”等计量单位字样，一是会造成所填报数据计量单位与系统规定的计量单位不一致，从而导致填报数据失效。二是有了计量单位后，计算机将无法汇总数据。

各项目县填报上传数据，首先要本单位审核，再由省级单位审核。若填报的数据有误，省级单位要通知县级修改后重新上传。

4.３ 上传数据。将填写好的电子表格上传到系统中。操作步骤是：点击系统主页→输入用户名称及密码进入系统→统计报表管理之“上传、下载、删除项目进度统计表” →点击“上传数据„增、改‟→点击“浏览”按钮，在计算机相应文件目录下找到需要上传的文件→确定上传。

5、数据删除

删除数据前应先打开数据表进行审查，确认该数据删除的必要性，以免删除后无法恢复。操作步骤是：本系统主页→输入用户名称及密码进入系统→统计报表管理之“上传、下载、删除项目进度统计表” →勾选需要删除的表格→删除勾选数据。

6、数据修改

上传的数据如果发现有错误，可以进行修改。操作步骤是：系统主页→输入用户名称及密码进入系统→统计表管理之“上传、下载、删除项目进展统计表” →下载数据→保存到适当的文件→用Excel打开并修改→修改完毕后保存文件→按上传文件的操作步骤重新上传文件。下载表格时，如果是直接“打开”的，修改后的保存只是保存到本地计算机上，而不是保存到了服务器上，因此必须重新上传，才会将数据地送到服务器上。

重新上传“统计编码﹢统计时间”相同的表格，服务器上的相应表格将被新上传的表格所替换。

注意问题事项：

1.注册登录：一个项目县只允许有一个用户名，不得重复注册。

2.不得更改表格模块格式、数据单位,。3.必须使用系统提供的单位编码。

4.所有数据必须要在全英文状态或中文半角状态输入才有效。

建筑涂料配方设计 篇5

本课题是根据铁道部科技司于2007年4月5日发布的科技基函[2005]101号《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》修订稿的要求,而进行高速铁路专用高强度聚氨酯防水涂料的研制。同时提出高强度聚氨酯防水涂料配方设计的一些基本思路和依据,试图对行业研究人员的开发研究工作提供参考。

1 试验

1.1 主要原料

聚醚220、聚醚3050、聚醚330N,工业级,上海高桥石化公司;甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯,工业级,进口;3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)、邻苯二甲酸二丁酯、氯化石蜡、消泡剂,工业级,上海台安工程实业有限公司;辛酸亚锡,工业级,上海诺泰化工有限公司;滑石粉,工业级,上海双达化工有限公司。

1.2 高强度聚氨酯防水涂料制备工艺

聚氨酯预聚体组分的合成:在四口烧瓶中加入聚醚220、聚醚3050,减压至-0.09 MPa,加热到(120±2)℃,真空脱水1h。然后降温至70℃左右,一次或分步加入二异氰酸酯,温度控制在(83±2)℃,反应2~3 h。反应完成后,降温并真空脱泡30 min,出料,即得聚氨酯预聚体,简称A组分。

固化剂组分的制备:在四口烧瓶中加入聚醚330N、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷、氯化石蜡、滑石粉,搅拌分散均匀,加热到(120±2)℃,减压至-0.09 MPa,真空脱水1 h。然后降温,加入邻苯二甲酸二丁酯、辛酸亚锡、消泡剂,混合分散,待降至室温后出料,即得固化剂组分,简称B组分。

1.3 性能测试

拉伸性能、固含量按GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》测试;动态力学性能采用DMA 2242C动态力学热分析仪(德国NETZSCH公司)测试。

2 结果与讨论

2.1 设计配方的基本思路与依据

双组分聚氨酯涂料一般可采用m(A组分)∶m(B组分)为1∶1、1∶2、1∶3等不同配比来进行2个组分的混合。为使A组分的—NCO与B组分的—OH、—NH2等反应基团基本等当量反应,以获取最大的交联程度,需按不同的配比要求计算并确定生产配方,这在实际操作中有所不便,而且实际生产配方往往是通过范围较大的配比试验来获取,费时费力。而高强度聚氨酯防水涂料对于A、B组分的匹配要求更高,得到双组分配比的设计基准更加重要。

为配方设计提供依据,提出一个概念——单位基团当量,其定义为:各组分单位质量中参与反应的基团当量,单位:当量/g。

单位基团当量设计计算公式:

其中:系数1.07表示考虑到纯度及与水等副反应的额外消耗所需的二异氰酸酯追加用量系数。

该概念是对原有的计算公式[3]进行改进并明确其意义:可以通过计算单位质量物料的反应基团含量,来获取不同组分反应基团的当量配比,并在此基础上进行配方试验,以此成为配方设计的基准和理论依据。

2.2 单位基团当量的配比对拉伸性能的影响

当A组分与B组分的单位基团当量为等当量时,理论上A、B组分中的反应基团恰好完全反应,涂膜的拉伸性能应该达到最佳。然而聚氨酯A、B组分的反应常会偏离理论设计。我们设计了1组试验来研究A、B组分的单位基团当量配比对于涂膜拉伸性能的影响,并探讨其规律。制备了单位基团当量分别为0.0015/g、0.0017/g和0.0027/g的A组分及单位基团当量分别为0.0015/g和0.0023/g的B组分,混合成膜后测试其拉伸性能,结果见表1。

试验结果表明,当A组分的单位基团当量与B组分等当量时所测得的拉伸强度和断裂伸长率要优于B组分单位基团当量过量时。而当A组分的单位基团当量相对于B组分略微过量时拉伸性能更佳。

为了验证这一结果,又设计了1组A组分聚氨酯预聚体与固化剂3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)不同配比下的试验,配比见表2。涂膜拉伸性能见图1、图2。

由图1和图2可知,当MOCA的—NH2与聚氨酯预聚体的—NCO接近等当量时,涂膜的拉伸强度和断裂伸长率明显高于MOCA的—NH2当量过量时涂膜的性能。同时当聚氨酯的—NCO当量略微过量时,涂膜的拉伸强度和断裂伸长率都优于等当量时的性能。由此得出双组分聚氨酯防水涂料配方设计时,A组分单位基团当量应略大于B组分的单位基团当量。

2.3 高强度聚氨酯防水涂料的DMA曲线与拉伸曲线分析

高强度聚氨酯防水涂料配方设计中最重要的是A组分中聚氨酯树脂的结构,为此,对配制的聚氨酯防水涂膜进行了低温区与高温区的DMA分析,结果如图3、图4所示。

从聚氨酯在低温区及高温区的DMA分析可知,聚氨酯出现2个玻璃化转变,说明聚氨酯是两相结构。但从转变峰信息分析,低温转变组分为连续相(其转变峰值相对较高),故聚氨酯在常温下总体上为高弹态,即高弹态为连续相,这一点也进一步从拉伸曲线上得到证实,即试样的力学状态处在高弹态。从以下典型的高强度聚氨酯防水涂料拉伸曲线反映的信息可推断出结构与性能的关系,并为聚氨酯树脂的配方设计提供重要的依据。分别制取了高模量及低模量聚氨酯防水涂料,其拉伸性能对比分别见表3、表4。

表3反映出高模量聚氨酯的高强度主要由高模量所保证。该类材料的聚氨酯树脂部分刚性相对较大,对应了配方设计中的过量二异氰酸酯与固化剂反应所得分子质量小的极性、刚性分子,由于其密度极大的极性氨酯键,导致材料拉伸时首先作出响应的是该部分组分,故而高模量特征明显。

表4虽然显示试样的拉伸模量较低,但断裂延伸率较大,显示出高强度主要由聚氨酯树脂的高延伸性所保证。该类树脂的聚氨酯树脂部分弹性相对较大,对应了配方设计中的交联聚氨酯长链部分占相当比例。

由以上分析可知,高模量与高延伸性是聚氨酯防水涂料具有高强度的保证。在高弹态下(无应变软化),要制得高强度聚氨酯防水涂料既要保证较高的模量,又要具有高延伸性(高弹性)。对于拉伸力作用,首先作出响应的是聚氨酯预聚体中的原子价键,体现为模量值。这时,这种价键的极性和刚性及其在聚氨酯中的比值就显得非常重要。之后进一步作出响应的是大分子链的取向伸直,柔性分子链较长及适度交联能提供高伸长率,之后进一步拉伸直至价键的断裂。

通用聚氨酯防水涂料的特征是高延伸、低强度,即未考虑或难于协调配方中的较小分子与较大分子(长链分子)的比例。由此高性能聚氨酯防水涂料的聚氨酯树脂设计要注重既有刚性、极性基团密度高的较小分子成分,又有分子量足够大的具有交联结构的大分子链成分,且要保证二者之间有一个恰当的比值。

2.4 A组分聚氨酯预聚体合成工艺的研究

依照以上的研究结果,要得到高强度、高延伸性的聚氨酯防水涂料,在配方设计中必须考虑使A组分中二异氰酸酯过量,以便过量的二异氰酸酯与B组分的固化剂反应以增加防水涂膜的刚性和极性,这样必然使A组分的—NCO/—OH值远大于2,一般该比值需达到4~5。为了保证能制得高摩尔质量的聚氨酯预聚体,采取二异氰酸酯分步加入的方法,可以兼顾A组分中高摩尔质量的聚氨酯预聚体和异氰酸酯同存。分别设计了二异氰酸酯一步加入和分步加入的方法制备A组分,并在相同配方下比较两者性能的差异,结果见表5。

试验结果显示,分步加入法的拉伸性能优于一步加入法。

围绕以上思路和试验结果,将A组分的配方设计要点总结为:(1)—NCO/—OH值远大于2;(2)选用官能度大于2的高分子量聚醚;(3)TDI与MDI拼用;(4)合成分步进行。具体解释如下:

(1)—NCO/—OH值大于2能保证多余的二异氰酸酯以单体形式存在于A组分中,它能与固化剂反应生成较小分子以提供足够的刚性、极性而获取材料的高模量。

(2)选用高分子量的3官能团聚醚与聚醚二元醇拼用以获得分子量足够大的、且为支化结构的聚氨酯预聚体,同时考虑两者的协调。

(3)聚氨酯预聚体的合成以使用TDI为主,因为TDI的反应活性高于MDI。而单体形式以MDI为主,因为MDI的刚性更大。

(4)聚氨酯合成中二异氰酸酯的加入以分步加入的方法进行,这样可保证A组分在生成所期望结构的聚氨酯预聚体基础上含有过量单体,否则若一次性加入则难以保证聚氨酯预聚体分子链足够长。

2.5 典型产品的主要性能指标

所研制的典型高强度聚氨酯防水涂料由上海市建筑材料及构件质量监督检测站测试,性能及其与标准对比见表6。

注:(1)铁道部科技基函[2005]101号《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》修订稿。

3 结论

(1)提出“单位基团当量”这一概念,作为设计配方的依据,并证明A、B组分接近等当量且A组分单位基团当量略微过量时,性能最佳。

(2)预聚体的配方设计应使—NCO/—OH值远大于2,合成中二异氰酸酯分步加入,所制得的双组分聚氨酯防水涂料的综合力学性能较好。

(3)采用优化的配方及制备方法制备出双组分聚氨酯防水涂料,其性能特征为高强度、高延伸、无溶剂,属高性能环保产品。经权威部门检测,性能达到并超过“客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件”中所规定的指标。

摘要：进行了高铁用高强度无溶剂聚氨酯防水涂料配方设计、制备工艺和性能的研究,提出以“单位基团当量”这一概念作为配方设计的依据,并分析了高强度聚氨酯防水涂料性能与结构的关系。研究结果表明,双组分聚氨酯防水涂料配方设计时,A组分的单位基团当量应略大于B组分的单位基团当量;A组分中—NCO/—OH值应远大于2;聚氨酯预聚体合成中的二异氰酸酯以分步加入为宜,如此能使聚氨酯防水涂料既有较高的模量,又具有高弹性,最终体现出高强度。

关键词：高强度聚氨酯防水涂料,配方设计,单位基团当量,制备工艺

参考文献

[1]陈迺昌.铁道客运专线混凝土桥面聚脲防护涂料的性能分析和评价[J].新型建筑材料,2009(8):72-76.

[2]褚建军,康杰分,沈春林.高铁客运专线桥梁用高强度聚氨酯防水涂料的研制[J].新型建筑材料,2008(7):49-52.

建筑涂料配方设计 篇6

铜的导电性与银相当，价格却比银低得多，具有广阔的发展前景。为了降低导电墨水的成本，以纳米铜为介质的喷墨导电墨水在过去几年得到了快速发展。但以纳米铜为介质的喷墨导电墨水在空气中易被氧化，使用时易团聚。为了解决这个问题，有学者提出无颗粒型导电墨水，并尝试将其应用于喷墨打印中。

本文将关注铜基无颗粒型喷墨导电墨水的配方，通过改变墨水配方中溶剂的类型，调整还原剂的配比，得到铜基无颗粒型喷墨导电墨水的最佳配方，为实际生产提供有益参考。

实验部分

1.实验材料及仪器

实验材料：无水硫酸铜、氨水、甲酸、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、乙二醇、蒸馏水。

实验仪器：电子天平、磁力搅拌器、数显黏度计、全自动表/界面张力仪、pH计箱式电阻炉控制箱、数字式四探针测试仪。

2.实验步骤

（1）配方设计

本文选择无水硫酸铜作为铜基无颗粒型喷墨导电墨水的铜源，分别使用蒸馏水和乙二醇作为水溶剂和醇溶剂，甲酸作为还原剂，PVP作为保护剂。在配方中其他物质用量不变的情况下，调整甲酸的配比，针对两种不同的溶剂类型，各设计5组铜基无颗粒型喷墨导电墨水样品配方，如表1所示。

（2）样品制备及检测

①制备铜氨络合物溶液。向10mL浓度为1mol/L的硫酸铜溶液中滴加氨水，有浅蓝色的碱式硫酸铜沉淀生成，继续滴加氨水至沉淀恰好完全溶解，此时即得深蓝色的含有铜氨络离子的溶液；②按照样品配方称取一定量的甲酸和0.5gPVP，加入到5mL蒸馏水或乙二醇溶剂中，搅拌使其充分溶解；③将上述深蓝色溶液逐滴滴加到含有甲酸和PVP的混合溶液中充分搅拌，即可得到含有铜离子的无颗粒型喷墨导电墨水样品。

对制备好的铜基无颗粒型喷墨导电墨水样品进行黏度、表面张力、pH值的测试，以确定最优配方。

（3）导电涂层的制备

将制得的铜基无颗粒型喷墨导电墨水样品均匀涂覆到玻璃基材上，放到150℃的恒温电阻炉中烧结30分钟即可得到导电涂层，然后测试导电图层的导电性。

结果及分析

1.涂层导电性测试

涂层的导电性可由方阻来表征，方阻越小，涂层越致密，导电性越好。测试带有导电涂层的玻璃基材的方阻，结果如表2所示。由表2可知，醇溶剂导电涂层的导电性比水溶剂的要好。醇溶剂导电涂层的配方中，3号样品的方阻最小，1号样品的方阻最大，这可能是由于甲酸含量较少时，喷墨导电墨水中的部分铜在烧结过程中无法被还原，反而被氧化形成铜的氧化物，导致涂层导电性降低，因此方阻较大；随着甲酸含量的增加，铜的氧化物被完全还原成铜单质，涂层的导电性增强，方阻降低；甲酸含量继续增加，多余的甲酸会分解产生CO2、H2O等分子，破坏了涂层的连续性，使涂层导电性降低，方阻升高。

2.黏度测试

喷墨导电墨水一般要求黏度较低，以保证其具有较好的流动性。各铜基无颗粒型喷墨导电墨水样品黏度见表3。从中可知，在甲酸用量相同的情况下，由于乙二醇的黏度比水的大，导致醇溶剂样品的黏度比水溶剂样品的黏度大；而随着甲酸含量的增加，样品黏度先增大后减小。根据QB/T 2730.1-2013《喷墨打印机用墨水》可知，喷墨打印机墨水的黏度指标为1.0～15.0mPa？s。由此可知，所有样品的黏度技术指标均符合规定。

3.表面张力测试

样品的表面张力如表4所示。由表4可知，水溶剂样品的表面张力比醇溶剂样品的表面张力大，这是因为水的表面张力比醇的表面张力大；甲酸的用量对样品的表面张力几乎没有影响。根据QB/T 2730.1-2013可知，墨水的表面张力技术指标为25～60mN/m。由此可知，所有样品的表面张力技术指标均符合规定。

4.pH值测试

样品静置后部分产生了沉淀，沉淀情况和pH值如表5所示。由表5可知，随着甲酸含量的增加，样品中OH-离子的相对含量逐渐减少，H+离子的相对含量逐渐增加，样品的pH值不断降低。当样品的pH值大于8时，铜以铜氨络离子[Cu（NH3）4]2+的形式存在，无沉淀产生；当pH值为7～8时，样品中OH-离子的相对含量减少，碱式硫酸铜沉淀随之产生；当pH值小于7时，样品呈酸性，沉淀也随着H+离子相对含量的增加而消失。样品中沉淀的产生会降低铜离子的含量，因此要避免沉淀的存在。而且，一般为防止喷墨墨水腐蚀喷墨打印机喷头，要求喷墨墨水pH值呈中性。所以，4号和5号样品满足要求。

综上所述，可得出以下结论，结合样品涂层的导电性、黏度、表面张力、pH值综合考虑，当配方中无水硫酸铜与甲酸的摩尔比为1∶4、溶剂为乙二醇时喷墨导电墨水的综合性能最好，该配方可作为铜基无颗粒型喷墨导电墨水的基本配方。

哺乳期仔猪的配方饲料设计 篇7

1 哺乳期仔猪的营养需要特点

仔猪在哺乳阶段生长发育迅速, 新陈代谢旺盛, 对营养物质的需求量较高, 尤其是对蛋白质、能量、矿物质元素的需求。因此, 要配制哺乳期仔猪的日粮配方, 需要充分了解仔猪在此阶段营养上的特点, 为配制高品质的代乳料提供理论基础。哺乳期仔猪营养需要的特点为:

(1) 哺乳期仔猪对饲料养分消化能力差, 需要供给易于消化吸收的蛋白质原料;

(2) 仔猪生长速度快, 日粮中要求能量浓度高;

(3) 仔猪机体新陈代谢旺盛, 矿物质元素需要量高;

(4) 仔猪免疫力需要提高, 维生素的供应必须充足有裕量。

2 哺乳期仔猪对饲料的要求

哺乳期仔猪消化道功能主要适合于母乳的消化吸收, 消化器官正处在迅速增长的时期, 消化道的容量、消化酶的活性对补充饲料的消化能力有限。因此, 选择营养密度高、适口性好、易消化的饲料原料, 是保障仔猪顺利认识饲料、断奶前后对饲料的适应、实现断奶饲料和营养供应平稳过渡的关键。

2.1 能量饲料的要求

能量饲料要求消化性、适口性好。玉米是最好的仔猪能量饲料, 如果对玉米进行膨化处理, 使其中的淀粉等大分子有机物质结构糊化变性, 则更能适合哺乳期仔猪的消化性和适口性。小麦麸皮等加工副产品由于抗营养因子较多, 用作哺乳期仔猪日粮会影响消化, 导致消化道疾病增加。乳清粉、葡萄糖等不仅能够作为哺乳期仔猪能量供应, 同时具有诱食作用, 提高采食量。另外, 该阶段仔猪要求日粮能量浓度高, 脂肪提供的能量比碳水化合物和蛋白质高2倍多, 在哺乳期仔猪日粮中适量的添加脂肪, 不仅可以提高饲料的适口性, 便于饲料制粒, 更重要的是可以提高仔猪能量进食量。同时, 饲料中添加适量脂肪, 有利于脂溶性维生素, 维生素A、维生素D、维生素E和维生素K的消化、吸收和利用。

2.2 蛋白质饲料的要求

仔猪体组织的增长主要是蛋白质的沉积, 因此, 日粮中蛋白质、氨基酸的浓度要高。然而, 由于乳仔猪消化功能发育的不完全性和高强度的新陈代谢, 对蛋白质的质量、氨基酸的平衡尤为重要。消化性、适口性好, 氨基酸利用率高的蛋白质饲料是乳仔猪对蛋白质原料的要求。全脂大豆粉、大豆粕、鱼粉、血浆蛋白粉等是首选的蛋白质饲料原料。同时, 为了进一步提高养分利用率, 改善适口性, 采用加热等工艺破坏大豆和豆粕中的抗营养因子, 是保障仔猪良好的消化功能, 防治补料腹泻的有效措施。花生粕、棉籽粕、菜籽粕以及其他加工副产品, 由于氨基酸不平衡性、适口性较差、所含有毒有害物质的不确定性, 不宜作为乳仔猪的蛋白质饲料原料。

2.3 对其他原料的要求

仔猪哺乳阶段骨骼发育迅速, 对钙、磷等矿物质需要量多, 选择优质的钙、磷、矿物质饲料原料非常重要。同时, 要特别重视原料中有毒有害物质的含量, 如磷酸氢钙中氟的含量、微量元素添加剂中重金属的含量等。人工合成的氨基酸添加剂也要考虑有效利用率。维生素添加剂要重视其生物学利用率, 以保障乳仔猪微量营养物质的均衡供应。同时, 为了改善仔猪消化道功能的不足, 酸化剂、酶制剂、微生态制剂等也是乳猪日粮中常用的添加剂, 但是, 使用时一定注意使用的方法和用量, 以做到有的放矢。

3 哺乳期仔猪的配方特点

3.1 设计仔猪哺乳期日粮时应注意的问题

(1) 参考相应标准, 科学确定哺乳期仔猪对营养物质的需要量;

(2) 根据哺乳期仔猪补料的目的, 科学选择适宜的饲料原料;

(3) 根据乳仔猪营养生理特性, 科学选用适宜的饲料添加剂。

3.2 调配仔猪日粮时应注意的问题

(1) 不能使用变质饲料;

(2) 不能给仔猪饲喂冰冷的饲料;

(3) 不能随意增减饲喂量;

(4) 不能使用单一饲料;

建筑涂料配方设计 篇8

陶瓷坯、釉料配方研究至今基本上仍是一门试验科学。目前的专业理论尚不足以精确预报这类材料的性能, 给出完全适用的组成及配方[1]。一般需要在专业理论指导下, 通过大量的试验, 摸索材料的性能与组成、结构及工艺条件之间的关系, 然后再在考虑成本、价格、利润等经济因素的约束条件下决定材料的组成和原料配方。过去配方设计主要依赖于工艺人员的专业知识和经验, 但要想找出一个最佳的配方实非易事, 特别是在原料多达几十种的条件下, 手工计算费时费力, 极易出错。为了优化配方设计, 提高配方的准确性与精度, 利用计算机程序设计配方, 进行配方分析, 可以快捷地设计出不同配比性能要求的陶瓷坯釉料的化学成分和各种原料配比, 同时有利于数据的存储、重用和分析。

1 陶瓷坯釉配方的优化设计

配方设计是众多设计课题中的一种, 其各组分含量的高低直接影响形成产品的质量以及其工艺性能和性能价格比。传统的做法是逐次逐步试验, 工作量大, 费用高昂, 周期长。一旦试验基本接近目标值, 则难以再进行优化。为此, 必须选用最优化技术解决这一问题。

1.1 建立陶瓷配方优化设计的数学模型

1.1.1 陶瓷配方数学模型的建立

陶瓷一般主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3 、CaO、MgO、 K2O、Na2O、TiO2等8种化学成分组成。首先将原料价格不作重要因素控制, 考虑使坯、釉料的化学组成尽可能接近预定值, 以追求无限接近预定值为目标。先取计算值与理论值的绝对误差, 设定绝对误差大于等于零, 再以绝对误差的总和为目标函数, 求最小值[2], 然后根据具体情况用引入权重系数的方法来调节各分目标函数的相对误差大小[3]。

绝对误差Y=计算值A-预定值B

f1 (X) = (X1C11+X2C21+……+XmCm1) -B1

f2 (X) = (X1C12+X2C22+……+XmCm2) -B2

fn (X) = (X1C1n+X2C2n+……+XmCmn) -Bn

目标函数:

f1 (X) + f2 (X) + …+fn (X) =min

1.1.2 数学模型目标函数及约束条件的确定与选择

每一种原料的用量都将对其它原料的用量造成影响, 各个原料之间相互影响, 相互制约[4]。因此, 可以先求出每种原料的取值上下限从而确定每种原料的取值范围, 为后面的数学计算提供条件。

(1) 目标函数的确定

因为所选的原料和配方的各个化学成分之间都对应一个分目标函数:

undefined

由此可以看出, 问题是一个多目标函数问题, 采用加权组合法统一目标函数f (X) , f (X) 的表达式为:

undefined

式中:ωj表示第j分目标函数fj (X) 的加权因子 (>0) , 其值取决于各个分目标函数的数量级和重要程度, 即配方中某化学成分的重要程度。

(2) 约束上限的确定与选择

目标系列:

undefined

对应的条件系列:

undefined

求线性组 Z*X-Y中最小值对应的Z系列。其中, Y系列就是用户所配配方的化学成分含量系列, Xm×n系列就是用户所选择原料的化学成分系列, Z*X-Y系列的最小值就是各化学成分百分含量都比较接近用户所配配方对应的化学成分百分含量。

在对问题的分析建模过程中, 将原料的最大取值进行定义。

(a) 定义:当配方的某种化学成分yj只由原料的某一种Xj中的xij提供时, 该原料Xj的用量就是该原料在配制该配方时的最大用量, 如果超过该用量, 将有某种化学成分超过配方中该化学成分的含量。而对于配方中的每种化学成分, 如果都这样去取1种原料配备, 则每一种原料都有相对于化学成分数量的最大取值, 在这里取最小值。

(b) 数学描述为:对于目标系列undefined, 只要系列undefined中的xj乘以它的系数aj就等于目标系列中对应的yj, 可定义aj就是xj去配备yj的取值, 而A也是一个系列:

undefined

则A中的最小值amin定义为X去配备Y的取值上限。在陶瓷配方中, amin就是原料的取值上限。

(3) 约束下限的确定与选择

假定已知各种原料的取值上限, 可以根据这些原料的取值上限对某原料的最小取值进行以下定义。

(a) 定义:当配方的某种化学成分yj已经由除Xj以外的其他原料用最大取值去配, 不足部分再由Xi的xij去补足, 则Xi的用量就是Xi的最小取值。

(b) 数学描述为:对于目标系列undefined, 已知用系列:

undefined

去配备的最大取值系列:

undefined

对于系列Y中的yj, 如果用系列Xm×n中除外的其它Xk (k≠i) 的xkj去配备后, 再由Xi的xij去补足不足的部分, 则xij的用量就是Xi的最小取值, 与上限同理, 对于Y中的每一个yj (j=1, 2, …, n) , Xi都有不同的取值, 即在上述情况下Xi的取值是一个系列:

undefined

则系列min (Xi) 中的最大者:max (min (xik) ) (k=1, 2, …, n) 就是Xi的最小取值, 即:

min (Xi) =max (min (xik) ) (k=1, 2, …, n)

而对于每个Xi (i=1, 2, …, m) 都有对应的min (Xi) 。

上下限求出来后, 就可以对问题的数学模型进行模型求解。

1.2 配方优化计算的算法选择

分析前面建立的数学模型可发现, 模型最后统一为具有约束条件的非线性问题, 目前虽然对这类问题的求解算法很多, 但都各有自己的优缺点。选择简单且收敛好的复合形法。

复合形法是求解约束非线性最优化问题的一种重要的直接方法, 其基本思路是在可行域内构造一个具有k个顶点的初始复合形[5]。对该复合形各个顶点的目标函数值进行比较, 去掉目标函数最大的顶点 (称最坏点) , 然后按照一定的法则求出目标函数值有所下降的可行的新点, 并用此点代替最坏点, 构成新的复合形。复合形的形状每改变一次, 就向最优点移动一步, 直至逼近最优点[6]。

在坯、釉料配方的优化设计中, 考虑到坯和釉的性能指标、工艺参数等受工艺过程的影响很大, 而且不可能建立相关的表达式, 因此, 不能直接以其性能指标作为优化参数, 只能根据坯和釉化学组成与性能的关系, 通过控制其化学成分含量, 达到控制其性能指标的目的。

采用的办法是在计算时可以让用户限制某一种或某几种原料的取值范围。这个范围应在理论取值范围内, 即数学建模时确定的取值上限和取值下限范围之内。考虑到用户使用方便, 系统在用户选择原料和配方后, 将计算给出各种原料的理论取值范围, 允许用户根据这些取值范围进行相应的调整, 再进行计算。因此, 加入了一个原料上下限进行修正的功能。对用户输入的控制原料用量的上下范围进行判断。

2 计算实例及结果分析

上述方法用Delphi语言编程, 包括配方计算、性能计算、数据库管理等功能。

2.1 坯料配方计算实例

目标配方以及原料的化学组成百分含量见表1 (%) 。配方见表2, 坯的化学组成 (不含TiO2) 及误差见表3。

配方结果的预测性能为:酸度系数1.491;烧成温度1275.6612℃;熔融温度1370.5836℃

2.2 结果分析

用复合形法建立数学模型, 以绝对误差的总和作为目标函数, 约束条件为原料上下限, 结果表明, 在化学组成上满足了要求, 在性能上也满足了设计要求。显然, 用计算机设计配方既缩短了时间, 又大大减少了试验的次数。经过分析, 这种方法对更换陶瓷用原料或调整陶瓷性能的计算也同样适用。设计计算中, 在满足性能及工艺要求的前提下, 可以调整加权值来考虑原料价格问题, 以求得到价格最低的配料配方[6]。

需要说明的是, 由于陶瓷坯釉料所使用的原料种类很多, 性能多样, 在制造过程中许多复杂的工艺因素和偶然因素无法从数学模型中反映出来, 因此, 用最优化方法计算出的最佳配合比不一定是实际的最佳配方。实际的最佳配比还要经过实验获得, 根据其中发现的问题再进行调整。例如, 当目标配方中含量CaO很少时, 就不能选用CaO含量高的原料来设计, 否则会使与用计算出的配方目标配方的化学组成相差很远或无解。如果计算出的配方没有达到目标, 则要仔细分析原因, 根据实际情况重新设计约束条件即重新选择原料。

3 结论

由上述实例分析可以看出, 在陶瓷配方设计中, 应用最优化技术, 不仅可以综合考虑影响配方的各种因素, 而且可以设计出成本最低的最优设计方案, 这是以往常规陶瓷配方计算方法所不能达到的。并且, 所得的结果比较准确, 不失为陶瓷配方设计方法和发展方向之一。

摘要：在陶瓷配方设计领域引入先进的计算机技术, 应用最优化技术——复合形法, 根据配方优化设计的需要, 以绝对误差为目标函数, 提出了基于多目标优化的配方最优化设计数学模型, 使陶瓷配方设计问题转变为以原料上下限等为约束条件的极值问题。通过实例验证, 这种模型能产生精度较高的最优解。

关键词：陶瓷配方,最优化技术,复合形法,多目标优化

参考文献

[1]马志远.优选法在陶瓷釉料配方中的应用[J].佛山陶瓷, 2005, 15 (2) :18

[2]张纯禹.现代优化计算方法在材料最优化设计中的应用[J].材料科学与工程学报, 2003, 21 (1) :44

[3]葛伟, 樊东, 基于多目标决策的维修分队抽组优化模型[J].计算机工程, 2007, 33 (11) :261

[4]邓美兰, 孙国梁, 唐燕超, 等.陶瓷配方设计的灰色优化方法[J].中国陶瓷, 2006, 42 (7) :33

[5]周廷美, 蓝悦明.机械零件与系统优化设计建模及应用[M].北京:化学工业出版社, 2005:287

氯化钾镀锌光亮剂配方设计探讨 篇9

钢铁电镀锌防腐蚀性能较好,生产成本低廉,操作方便,易于实现[1]。目前,国内电镀锌按镀液可分为4大类: 氰化物镀锌、无氰碱性镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌,其中氯化物镀锌工艺在电镀行业的应用比例约为25% ~ 40% 。氯化物镀锌主要为氯化钾镀锌,其主光亮剂的发展历经了第一代的苄叉丙酮、第二代的邻氯苯甲醛以及多醛类衍生物[2],并由油溶性演变为水溶性,但这类产品市场应用不多; 现阶段( 即第三代) 所用的主光亮剂多为苄叉丙酮与邻氯苯甲醛的组合。氯化物镀锌工艺发展至今,在光亮剂配方设计方面基本已无秘密可言[3,4],其主要成分包括表面活性剂、苯甲酸钠、苄叉丙酮、邻氯苯甲醛、烟酸等[5]。其中各种物质的选择与复配、各种成分在电镀过程中所起的协同作用非常重要,它既决定了光亮剂质量的高低,也决定了镀锌层质量的优劣[6]。为此,本工作优选了苄叉丙酮和邻氯苯甲醛混合使用的最佳复配比例,以获得性能良好的氯化钾镀锌层。

1 氯化钾镀锌光亮剂的配方设计

20世纪80年代初,以苄叉丙酮为主光亮剂的组合光亮剂因效果优良而迅速取代了原有的氯化铵 -氨三乙酸体系用于酸性镀锌,但该体系浊点较低( 基本不超过40℃) ,冬季好用、夏季难用,挂镀好用、滚镀难用。脂肪醇聚氧乙烯醚经磺化后得到淡黄色黏稠状物质,如R - O - ( CH2CH2O)n- SO3Na,( 此处R = C7~ C18,n = 7 ~ 30[7]) ; 或用烷基酚聚氧乙烯醚经顺酐磺化得到无色黏稠物质,如R - C6H4O - ( CH2CH2O)n- SO3Na,( 此处R = C8~ C12,n = 10 ~ 30[7]) 。将其作为载体,单一或复配用于氯化钾镀锌光亮剂,使浊点达到60℃以上,本公司研发的0515,OCT -15和OCT -20等相关产品浊点甚至可达到75℃以上,无论滚镀还是挂镀,一年四季均适用。

早期的氯化钾镀锌光亮剂除含有载体和主光亮剂外,还含有苯甲酸钠、苄叉丙酮和亚甲基二萘磺酸钠以及对氨基磺酰胺、肉桂酸、苯并三氮唑和烟酸等成分,低电流密度区光亮度较好,深镀能力极佳。但载体使用量过大时,容易造成有机物夹杂,镀锌层易变色,且经钝化处理后的钝化膜易脱落。

氯化钾镀锌光亮剂的配方设计首先要选择和确定载体以及主光亮剂,载体在配方中的用量通常占整个光亮剂的1 /3以上,其余为主光亮剂和辅助光亮剂。载体过少会带来一系列问题,如镀层不够透亮、添加剂消耗量过大、高电流区会出现烧焦等。

1. 1 载体的选择及用量

用于配制氯化钾镀锌光亮剂的载体大体分为3类: 脂肪醇类、烷基酚类和萘酚类,代表性产品分别有本公司的OS -15( 脂肪醇类) 、OCT -20( 烷基酚类) 和OCT -15( 萘酚类: C10H8 - O - ( CH2CH2O)n- SO3Na,n = 12 ~ 24) 。

脂肪醇类载体为高中低兼顾的载体; 烷基酚类载体主要起到乳化作用,同时可使镀层更加均匀; 萘酚类载体主要起到提高深镀能力的作用,适用于对深镀能力要求较高的氯化钾镀锌工艺。

从用户的实际生产要求出发首先要选择合适的载体,所选择的载体可以是单一的,也可以是复合型载体。依据成本和效果综合考虑,确定载体的最佳用量,然后确定苄叉丙酮、邻氯苯甲醛或二者混合用量,最后再筛选辅助光亮剂的用量。配制氯化钾镀锌光亮剂时,苄叉丙酮与载体的比值应为1∶10; 配制辅助光亮剂时,苄叉丙酮与载体的比值应为1∶ ( 5 ~ 8) ; 苄叉丙酮适用范围一般在0. 2 ~ 0. 5 g /L; 邻氯苯甲醛也是如此。冬季时主光亮剂会出现苄叉丙酮结晶的现象,此时需要用大量酒精进行增溶。

除市面上常见的辅助光亮剂外,还存在特殊辅助光亮剂。如本公司的低区光亮型中间体MSO( 含硫杂环衍生物) ,能有效提高低区光亮度,并有一定的除杂功能,很好地保持了槽液的稳定性,是氯化钾滚镀锌的最佳辅助光亮中间体。

1. 2 配方应用

1. 2. 1 单独以苄叉丙酮作主光亮剂

以苄叉丙酮为主光亮剂的组合光亮剂以其极佳的光亮性和整平性而迅速地在酸性镀锌中广泛应用。但由于所使用的载体浊点较低,从而造成了冬季好用、夏季难、挂镀好用、滚镀难用; 并且苄叉丙酮本身会析出过多的结晶物。典型配方中,主光亮剂: 载体250 g /L,苄叉丙酮60 g /L,乙醇200 g /L; 柔软剂: 载体300 g /L,苯甲酸钠70 g /L,烟酸5 g /L。

1. 2. 2 单独以邻氯苯甲醛作主光亮剂

以邻氯苯甲醛为主光亮剂的组合光亮剂出光速度快,镀锌层更白亮,占据了钾盐镀锌的大部分市场。该组合光亮剂为主光亮剂和柔软剂双组分,添加量为主光亮剂1. 0 ~ 2. 0 mL /L,柔软剂16 ~ 20 m L/L,而且应先加入柔软剂后再加入主光亮剂邻氯苯甲醛为好。这是主光亮剂因为加入到镀液中后,很容易被氧化成邻氯苯甲酸而失去光亮作用。从长期生产使用情况看,镀液中的邻氯苯甲醛在20℃以下时被氧化为邻氯苯甲酸的速度较慢,而在30℃以上时较快。夏季配槽时由于气温较高,如果把主光亮剂和柔软剂一并加入到槽内搅拌溶解,隔天使用就得不到全光亮的镀锌层,而出现发乌发暗的现象。此时,需要补加至少一半以上的光亮剂才能获得全光亮的镀锌层。这也是邻氯苯甲醛作为主光亮剂最大的弱点。

溶解邻氯苯甲醛比溶解苄叉丙酮所需载体的量少得多,邻氯苯甲醛与载体的比例为1∶ ( 6 ~ 7) 就能满足生产要求。若使用得当,镀液中有机残留物要比苄叉丙酮为主光亮剂时少得多,镀锌层的有机物夹杂也较少,不易造成钝化膜变色。根据上述情况,设计了如下配方:

主光亮剂中,载体350 g /L,邻氯苯甲醛130 g /L,苯甲酸钠20 g /L,乙醇200 g /L; 柔软剂中,载体300g / L,苯甲酸钠80 g / L,烟酸5 g / L。

1. 2. 3 苄叉丙酮与邻氯苯甲醛联合作主光亮剂

苄叉丙酮与邻氯苯甲醛复配使用不仅减少了载体的用量,更弥补了邻氯苯甲醛被氧化而失效的缺点,且在钝化过程中也不会造成钝化膜脱落。在添加剂中苄叉丙酮和邻氯苯甲醛的消耗程度是不一样的,通过试验证实苄叉丙酮和邻氯苯甲醛的比例为1∶3较为恰当,既能平衡消耗,又可以获得良好的施镀效果。其配方实例如下:

主光亮剂中,载体300 g /L,苄叉丙酮20 g /L,邻氯苯甲醛60 g /L,苯甲酸钠20 g /L,乙醇200 g /L; 柔软剂中,载体300 g /L,苯甲酸钠80 g /L,烟酸5 g /L。

2 小 结

酸性氯化钾镀锌的载体也在不断地研究和发展,以获得更高的耐蚀性、耐温性和乳化性,甚至提高均镀能力。但是,当前的载体严格说来都还属于表面活性剂,有一定的缺陷: 在生产的过程中清洗、排放废水会带来大量泡沫,并且耗水过多。下一代氯化钾镀锌添加剂的研发方向大致为提高深镀能力和高低电流密度区的均一性,同时提高低区亮度,而又不影响镀层脆性,且能节约用水,利于环境保护。

参考文献

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