年产2000吨丙烯酸涂料工厂设计说明书.doc

目录
摘 要

随着材料技术和合成树脂工业的迅速发展，作为材料重要领域之一的涂料工业取得了长足的进步。涂料不仅是防腐蚀的重要材料，也是丰富人类文化生活、美化环境不可缺少的材料。丙烯酸涂料作为其中综合性好、通用性强的一类涂料，它的发展就更为重要。设计的主要任务是，进行年产2000吨丙烯酸涂料工厂设计。其主要内容包括市场分析、配方设计、设备选型、设备平面布置、安全生产和三废处理、总投资及生产成本估算、绘制工厂平面布置图等。

关键词：丙烯酸涂料，配方设计，物料衡算，生产成本

Abstract

As the materials technology and synthetic resin industry the rapid development, as important areas of materials, one of the paint industry has made considerable progress. Paint is not only an anti-corrosion important material, is also a rich cultural life of mankind and indispensable landscaping materials. Acrylic paint is good as one integrated、high universality of a class of paint, it is even more important development. The main task of the design is annual production capacity of 2000T acrylic paint plant design. Its main contents include market analysis、formula design、equipment selection、equipment layout、production safety and waste disposal、the total investment and production cost estimates、draw plant layout and other.
Keywords：acrylic paint，formula design，material balance，production costs
1

目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 概述 1
1.1丙烯酸涂料的发展 1
1.2丙烯酸涂料的应用现状 2
1.3丙烯酸涂料的市场研究 3
1.3.1 国外丙烯酸涂料的市场概况 3
1.3.2 国内丙烯酸涂料的市场概况 4
1.4丙烯酸涂料的性能特点及分类 5
1.4.1丙烯酸涂料的性能特点 5
1.4.2丙烯酸涂料的分类 6
1.5丙烯酸树脂的改性技术发展 7
1.5.1纳米材料改性 7
1.5.2丙烯酸-醇酸树脂杂化改性 7
1.5.3 UV固化水性丙烯酸系涂料的改进 8
1.6 丙烯酸涂料的未来发展 8
第二章 生产配方及原材料的选定 10
2.1配方设计机理 10
2.2原材料的分析选定 10
2.2.1树脂的选用 10
2.2.2颜料的选用 11
2.2.3水性消泡剂 11
2.2.4增稠剂 11
2.2.5其他助剂 12
2.3 生产配方举例 12
2.4 涂料生产的工艺分析 13
2.4.1制造工艺 13
2.4.2性能测试 13
第三章 丙烯酸涂料生产车间工艺计算 15
3.1物料衡算 15
3.1.1计算基准 15
3.1.2物料平衡计算 15
3.1.3原材料的年消耗量 16
3.2涂料生产设备种类 17
3.2.1生产车间主要设备 17
3.2.2实验室主要设备 17
3.3主要设备的选用 18
3.3.1高速分散机的选用 18
3.2.2研磨设备 19
3.2.3调漆设备 19
3.2.4输送泵的选择 19

目录
3.2.5过滤设备 19
3.2.6包装设备的选择 20
第四章 产品质量的检测与质量控制 21
4.1原料检验和控制 21
4.2生产过程控制 21
4.2.1分散细度 21
4.2.2固含量 21
4.2.3黏度 21
4.2.4细度 21
4.3成品最终检验 21
4.3.1出厂检验 21
4.3.2型式检验 22
4.3.3其他检验 22
第五章 丙烯酸涂料产品的包装、储存及运输问题 23
5.1丙烯酸涂料包装问题 23
5.1.1产品包装 23
5.1.2包装岗位安全管理 23
5.2丙烯酸涂料储存问题 23
5.2.1成品的储存 23
5.2.2储存岗位安全管理 23
5.3涂料运输问题 24
5.3.1涂料运输 24
5.3.2运输安全管理 24
第六章：工厂安全、环保和三废处理 25
6.1安全方面 25
6.1.1涂料生产发生爆炸的几种类型 25
6.1.2生产应注意的几个安全问题 25
6.2环保方面 27
6.2.1工业企业噪声卫生标准 27
6.2.2噪声的治理 28
6.3三废处理 29
第七章：工厂组织结构、布局及生产成本核算 30
7.1工厂组织结构 30
7.1.1人员组织结构 30
7.1.2人员编制 30
7.2工厂布局 31
7.2.1厂址选择 31
7.2.2厂房布置 32
7.3生产成本核算 33
7.3.1固定成本计算 33
7.3.2可变动成本 34
7.3.3生产利润核算 36
结束语 37

致谢 38
参考文献 39

第一章 概述
第一章 概述
1.1 丙烯酸涂料的发展
1843年，Joseph Redtenbacher首先发现丙烯酸酯单体，经过了近一个世纪，到了20世纪20年代末，Otto Rohm完成了丙烯酸工业。1935年，用丙酮、氢氰酸为原料生产甲基丙烯酸甲酯成功，1937年有ICI公司首先工业化，从此丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体商品化。
20世纪30年代，Du Pont和ICI相继进行涂料用丙烯酸酯树脂的生产，热塑性丙烯酸酯涂料取代硝基漆在汽车和工业涂料上开始应用。到20世纪50年代，美国、加拿大相继开发了热固性丙烯酸酯涂料，用于汽车涂装。
在日本，20世纪50年代，溶剂型热塑性丙烯酸酯涂料工业化，60年代热固性丙烯酸酯涂料用于汽车涂装。
20世纪60年代由丙烯直接氧化经丙烯醛生产丙烯酸方法开发成功，1969年美国联碳（UCC）建立了工业化生产装置，经过20多年不断改进，已成功制造丙烯酸酯的主流方法。1982年异丁烯直接氧化制造甲基丙烯酸酯，并在日本三菱人造丝公司工业化，经多次改进，该法已成为日本生产甲基丙烯酸酯的主流方法。从此丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯原料直接来自石油，为丙烯酸酯涂料提供了充足、廉价、优质的与原材料。
在我国，20世纪60年代开始开发丙烯酸酯涂料，70年代开始广泛研究，80年代由于北京东方化工厂丙烯酸装置的投产，为我国丙酸涂料的发展创造了有利条件。90年代，吉化和上海高桥的丙烯酸装置的投产，是我国丙烯酸酯涂料工业出现突飞猛进的发展。到20世纪末，20年间我国丙烯酸树脂漆增长了20倍。
丙烯酸涂料有着众多的门类，是综合性好、通用性强的一类合成树脂涂料。其既可作装饰性涂料，又可作保护性涂料；既可制成溶剂型，又可制成水性；因此，丙烯酸涂料具有广泛的用途和重要的使用价值。在发达国家，丙烯酸涂料的产量已居所有合成树脂涂料的第二位。随着人们生活水平的提高，这种高性能的产品必将越来越受到人们的广泛关注。在美国和日本，涂料产量的年增长速度为2.5％左右，而丙烯酸涂料的年增长速度超过了4.5%。可见，丙烯酸涂料是未来涂料工业的发展方向。在国外涂料工业向集团化、规模化、专业化方向发展。进入90年代，世界涂料工业一直处于动态优化重组中，相继成立了一些颇具竞争力的大的企业集团，如Sherwin－Williams、ICI、Akzo Nobel等[1]。
为进一步加快我国丙烯酸树脂类涂料的发展，20世纪80年代在原化学工业部的统一策划下，北京东方化工厂引进国外先进技术，建成了颇具规模的丙烯酸类单体合成及丙烯酸乳液聚合装置，并相继投产。稍后，我国吉林化学工业公司、上海高桥石化亦建成丙烯酸类单体合成装置并成功投产。随后一股“丙烯酸”热潮席卷我国涂料业界，不少大型国有企业纷纷以建筑乳胶涂料为新建技术改造项目，相继引进国外先进的丙烯酸乳胶及溶剂型树脂合成装置、技术以及涂料的制造技术，使得我国的丙烯酸系列涂料的研发、生产获得了长足的进步。尤其快干底漆料的研究完成使得溶剂型醇酸涂料，水性丙烯酸涂料，水性醇酸混合树脂，丙烯酸涂料，醇酸树脂乳液和涂料在不同的颜色组合下有不同的用途。
20世纪90年代我国丙烯酸类涂料才真正步入成熟发展的阶段。1992年我国丙烯酸类涂料的产量达到15700t，占全国涂料总产量的1.5%。2010 年国内丙烯酸及酯的产能分别达到117.9万t/a、172.8万t/a，我国已成为世界丙烯酸及酯类的最大产国，丙烯酸树脂及涂料产量也将居世界首位。然而，纵向比较固然可喜，横向比较起来则仍然不容乐观，同时期日本丙烯酸类涂料的产量占全国涂料总产量的7%，而其他发达国家有的还要高，如美国等西方国家就达到20%左右。因此，我国丙烯酸类涂料的总体水平与工业发达国家相比，仍然存在一定差距[2]。
1.2 丙烯酸涂料的应用现状
经过50多年的应用，丙烯酸树脂涂料得到了长足的发展。在工业发达的国家中，丙烯酸树脂的产量已居合成树脂的第二位，如美国在1987年用于涂料的丙烯酸树脂消费量就已达24吨，仅次于醇树脂29.9吨（包括聚酯树脂）的消费量。我国的丙烯酸树脂就发达速度而言是高的，但目前在合成树脂中的排位仍很低，与醇树脂的产量相比简直微不足道，1997年醇酸树脂涂料产量为34.9万吨，而丙烯酸树脂涂料产量仅为5.2吨，占涂料总产量的3.87%，但其增长速率仅次于聚氨酯树脂涂料。
到目前为止，丙烯酸树脂涂料的最大应用市场是轿车涂装、建筑涂装，其他如轻工、家电、金属器具、铝制品、卷材。仪器仪表、纺织品、塑料制品、木制品、造纸工业等。在工业防腐蚀涂料的应用中，丙烯酸树脂涂料并未发挥其特长。随着热固性丙烯酸树脂涂料的发展，在丙烯酸树脂侧链可以引入羟基或羧基、环氧基等，可以分别用环氧、氨基、聚氨酯交联成热固性涂膜，提高性能。由于丙烯酸树脂涂料色浅、户外耐候性佳、保光保色性优、耐热性好，在170℃温度下不分解、不变色，有一定的耐腐蚀性，与环氧富锌涂料、聚氨酯涂料等有良好的配合，在户外钢结构中也开始应用[3]。
丙烯酸酯树脂涂料已进入了涂料的各个应用领域。丙烯酸酯树脂涂料首先是用于工业涂料，在汽车、飞机、家具、罐头、机械等制造业领域得到广泛应用，而后在建筑物的内外墙装饰中丙烯酸酯乳胶漆不仅性能优异、易于施工应用，又是环境友好型涂料，必然成为内外墙主导品种。随着塑料工业的发展，塑料制品日益增加，为了调高塑料物件表面的装饰和防护性，给丙烯酸酯涂料提供了另一应用领域。丙烯酸酯乳液型防腐蚀底漆的出现，标志着丙烯酸酯树脂涂料已经进入金属防腐蚀领域，并使之水性化。特种涂料或功能型涂料中，如海洋船舶用的防污涂料、通讯用的光纤导纤维涂料等中丙烯酸酯树脂均发挥优异作用。
丙烯酸酯单体可以制备各种形态的涂料，首先是以溶剂型涂料问世，随着环保型涂料的发展，水性涂料、高固体分体料、辐射固化涂料、粉末涂料等已成为发展趋势。
丙烯酸酯涂料可用其他树脂进行改性，大大拓宽了丙烯酸酯涂料的应用领域。与此同时，发展高性能丙烯酸酯涂料也成为一种发展趋势。例如有机硅改性溶剂型丙烯酸酯涂料，可以提高汽车面漆涂层的耐擦伤性、耐酸雨性；有机硅改性丙烯酸酯乳液能提高外墙涂层的耐久性和耐污染性；全氟丙烯酸酯引进丙烯酸枝共聚物，进一步提高丙烯酸酯涂层的耐久性，降低表面能等。由于丙烯酸酯单体的多边形，与其他涂料用树脂很好的混溶性，已成为涂料工业中全能的通用树脂。
我国丙烯酸涂料的发展趋势如下：总体上来说，我国丙烯酸涂料的发展趋势与国际发展的大趋势是一致的，以保护环境为基本原则，遵循着向水性化、多功能化和高性能的方向发展。随着我国改革开放的不断深入，国外涂料业的先进技术进入中国，今后几年我国的发展重点将是各种丙烯酸涂料代替聚乙烯醇涂料用于工业及民用建筑。同时多功能性涂料也将会有较大的发展，如防水、防霉、防虫等涂料也将被人们逐渐了解和接受。
随着人们生活水平的提高，也将对涂料的装饰效果提出更高的要求。重视产品质量，并逐步与国际标准接轨，成为我国涂料工业的必由之路，这必将造成中高档涂料的需求量增加。另外，开发新产品、生产规模化作为提高我国丙烯酸涂料质量的措施已成为共识。
1.3 丙烯酸涂料的市场研究
1.3.1 国外丙烯酸涂料的市场概况
1989年初世界丙烯酸生产能力为125万吨/年，此后二、三年内各国相继新建和扩建了一批生产装置，至1994年初，世界丙烯酸的生产能力达到202.6万吨/年，丙烯酸酯达到188.73万吨/年。美国、西欧和日本是生产丙烯酸及其酯类的主要国家和地区，占世界总生产能力的75%以上。
据美国SKI公司统计，2004年全球从需求量约400万吨，而2004年从产能约为424万吨，其中用AE占52%，超吸水性聚合物(SAP)占31%，其他占17%，主要产地是美国、西欧、和日本等。Tecnon Orbichem公司预计，2004-2010年期间，全球丙烯酸年消费增长率平均约在3.5%左右，但发展中国家和地区的消费增长率将会大于发达国家及地区，预计为7～8%。美国出口的丙烯酸酯产品中，55%为BA，20%为EA，20%为2-EHA，其余为MA。西欧丙烯酸酯的主要用途是生产表面涂料和粘合剂等。西欧丙烯酸除生产酯类外，主要用于生产去垢剂、分散剂、吸水剂等。世界丙烯酸用途的消费趋势如下：酯化用49%，超吸水聚合物28%，洗涤剂聚合物9%，丙烯酸盐6%，其它8%[4]。
1.3.2 国内丙烯酸涂料的市场概况
我国自60年代开始由上海皮革化工厂等单位从事丙烯酸及其酯的研究，并有小规模生产，直至1984年北京东方化工厂引进日本触媒公司技术，建立了我国第一套丙烯酸及其酯工业化生产装置。此后，吉林化学工业公司和上海高桥石化公司分别于1992、1994年引进日本三菱油化公司技术建成了第二套、第三套丙烯酸及其酯工业化生产装置，三家共有粗丙烯酸生产能力10.5万吨/年，丙烯酸酯9.65万吨/年。目前国内有大型丙烯酸装置5套，丙烯酸酯装置9套。北京东方化工厂、吉林石化公司、上海石化高桥丙烯酸厂等，3家企业的生产能力和产量约占全国总量的99％左右，其他的生产厂家单套装置的年生产能力只有数百吨，且受原料价格的限制，生产成本较高，产量大多不稳定。90年代前，由于国产化技术进展不大，致使产量增长缓慢，只能依靠引进技术来建设，而以上几家则形成东北、华北、华东三足鼎力。2004年我国生产量170008吨，产量远远不能满足国内快速增长的需求，所以每年还要从国外进口大量丙烯酸酯来弥补不足，2004年进口丙烯酸及其酯类分别为114313和242192吨。2005年-2007年期间，我国从产能将大幅增长，新上装置包括扬子-巴斯夫公司16万吨/年，江苏裕朗化工有限公司12万吨/年，上海华谊从公司6万吨/年，台塑(宁波)公司16万吨/年、沈阳石蜡化工有限公司8万吨/年，共将新增产能合计58万吨/年。此外还有河北沧州，广东惠州、茂名、广州，四川泸州，山东等地都有筹建丙烯酸酯装置计划。中国丙烯酸(酯)市场的巨大潜力和良好发展前景，提高了国内外投资者建设丙烯酸(酯)项目的积极性。
我国在此方面起步较晚，目前唯一的生产厂家是北京东方化工厂，(甲基)丙烯酸羟基酯的生产能力达到1200吨/年。另外(化工部)丙烯酸系列产品开发中心在丙烯酸官能单体研究中做了大量努力，目前开发出了二乙二醇双丙烯酸酯、三乙二醇双丙烯酸酯、邻苯二甲酸二乙二醇双丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸十六酯、丙烯酸十八酯，并已进行了中试生产供应国内市场，另外在1，6-己二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸十六酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸苯甲酯、丙烯酸聚乙二醇二丙烯酸酯进行了研制工作。但与国外产品相比仍有一定的差距，质量及生产工艺也有待改进[4]。
目前，我国从事丙烯酸涂料研究的单位有300多家，研究的项目有1000多个。进入80年代以后，我国的乳液合成技术已得到了很大发展，对影响乳液性能的因素也作了较深入的研究。乳胶漆已在我国大中城市得到大面积的推广应用。同时，高固体分涂料、粉末涂料、自泳漆、水溶胶丙烯酸漆、光固化丙烯酸漆都相继得到应用。这表明丙烯酸涂料工业的技术水平在我国得到迅速提高。建筑涂料在所有涂料中所占的比例最大。据报道，我国的建筑涂料在丙烯酸涂料中所占的比例为24%，处于世界平均发展水平。目前的年产量在50万吨左右，其中内墙占60%，外墙占25%，其他占15%。就产品类别来看，在我国大中城市及沿海地区，聚乙烯醇类低档建筑涂料急剧减少，70％为中高档涂料，而在一些小城市及西部地区，以聚乙烯醇为成膜物的低档涂料用量仍较大，而一些发达国家主要以聚醋酸乙烯和丙烯酸涂料为主。随着我国改革开放的不断深入，国外涂料业的先进技术进入中国，今后几年我国的发展重点将是各种丙烯酸涂料代替聚乙烯醇涂料用于工业及民用建筑。同时多功能性涂料也将会有较大的发展，如防水、防霉、防虫等涂料将被人们逐渐了解和接受。
我国丙烯酸涂料工业与国外的差距 我国与国外发达国家相比，在丙烯酸涂料工业领域还存在着很大的差距，主要表现在以下几个方面：我国生产丙烯酸涂料的企业生产规模小，生产设备、工艺落后，无法适应高科技含量的产品要求。在我国，丙烯酸涂料用的许多官能单体及助剂的研究开发还没有跟上，其品种还很少，因此制约了丙烯酸涂料工业的发展。我国的丙烯酸涂料工业的涂装方法及工艺的研究还很落后，因此必须加强售后技术服务及产品的推广应用[5]。

1.4 丙烯酸涂料的性能特点及分类

1.4.1丙烯酸涂料的性能特点
1、具有优良的色泽，可制成透明度极好的水白色清漆和纯白的白磁漆；
2、耐光、耐候行好，户外暴晒耐久性强，在紫外线照射下不易分解或变黄，能长期保持原有的光泽及色泽；
3、耐热、耐过热烘烤，在170℃温度下不分解、不变色，在230℃左右或更高的温度下仍不变色；
4、耐腐蚀，有较好的耐酸碱、盐、油脂、洗涤剂等化学品的沾污及腐蚀性能。
5、装饰性能强。涂层丰满，平整光亮、耐磨擦、易去污、耐冲击，色彩多样，美观悦目；　
6、 施工方便，常温固化。涂层既可在5～40℃条件下固化成膜，也可在60～80℃条件下烘烤30分钟成膜，对金属、水泥表面、砖石、木材、塑料制品均有良好附着力；
7、 可制成中性涂料，可调入铜粉、铝粉，使其具有金银一样光耀夺目的色泽，不会变暗；
8、 长期贮存不变质。
总之，丙烯酸类聚合物综合性能良好，而在耐候性能方面，则是除有机硅、有机氟以外，最为优秀的另一大类高分子聚合物。
1.4.2 丙烯酸涂料的分类
丙烯酸树脂涂料的种类很多，按树脂的特性、成膜方式、用途可以对其进行如下分类：
(1) 按成膜特性分类。按丙烯酸树脂涂料成膜特性，丙烯酸树脂涂料分为热塑性和热固性两大类。热塑性丙烯酸酯涂料由丙烯酸树脂溶于有机溶剂制得，如丙烯酸清漆、丙烯酸磁漆，带溶剂挥发后，形成美观而坚固的涂膜。热固性丙烯酸酯涂料则是通过自交联或与环氧树脂、氨基树脂、异氰酸酯等交联（常温或烘干）完成成膜过程，交联使漆膜变成巨大的网状结构，提高了涂膜多方面的物理性能及防腐蚀、耐化学品性能。
(2) 按丙烯酸树脂涂料用途分类。按丙烯酸树脂涂料的应用可以分为：
①木器用丙烯酸树脂涂料；
②建筑用丙烯酸树脂涂料；
③汽车用丙烯酸树脂涂料；
④工业防腐蚀用丙烯酸树脂涂料；
⑤塑料表面用丙烯酸树脂涂料；
⑥家电用丙烯酸树脂涂料；
⑦顶涂装用丙烯酸树脂涂料。
(3)按丙烯酸树脂涂料形态分类。按丙烯酸树脂聚合物的形态和性质分为三种：溶剂型、水性、无溶剂型。如表1-1
表1-1 丙烯酸酯涂料按形态分类
涂料类别
干燥条件
代表性品种

溶剂型

传统溶剂型
自干（加热）
丙烯酸清漆
加热
丙烯酸氨基涂料、封闭型丙烯酸聚氨酯
常温
双组份丙烯酸聚氨酯
高固体分
自干（加热）
高固体分丙烯酸氨基涂料
非水分散体
加热
丙烯酸非水分散体

水性
水溶性
自干（加热）
水溶性丙烯酸氨基涂料
水溶胶
常温（加热）
丙烯酸水溶胶

水乳胶
常温
丙烯酸水乳胶
加热
交联型丙烯酸乳胶
水厚浆
加热
水厚浆丙烯酸涂料

无溶剂型

辐射固化性
紫外线
紫外线固化丙烯酸涂料
电子束
电子束固化丙烯酸涂料
粉末型
加热
热固性丙烯酸粉末涂料

1.5 丙烯酸树脂改性技术发展

针对丙烯酸树脂涂料存在的抗污染性低，机械性能不够好等缺陷，利用有机硅、有机氟、环氧树脂、聚氨酯、纳米材料等对丙烯酸树脂进行改性，赋与它不同的新性能，能够较好的提高丙烯酸树脂涂料的性能，国内报道的文献较多。

1.5.1 纳米材料改性
纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质，可以使材料获得新的功能。涂料中添加纳米颜填料后，由于纳米颜填料粒子能够吸收紫外光，起到紫外光吸收剂的作用，增强涂料的耐老化性能，同时还具有光催化性能、疏水疏油性能、高韧性、高耐擦洗性、高附着力等，故可使涂料的耐候性得到大幅度的提高。近年来，随着纳米科技的快速发展，纳米材料已广泛地应用于丙烯酸树脂改性，使其各项性能获得提高。除此之外，纳米材料改性的丙烯酸树脂还呈现出如自清洁、抗静电、抗菌杀菌和吸波隐身等特殊性能，使丙烯酸酯乳液向着环保方向发展。纳米材料改性丙烯酸树脂的开发已成为近年来国内外研究的新热点[6]。
SPGumfekar等用甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸正丁酯/纳米CaCO3（平均粒径53 nm）进行原位乳液聚合，制成P（MMA-BA）的纳米复合乳液，以不同的比例和醇酸乳液杂化改性，除了耐冲击性能有点弱化外，涂膜的光泽、附着力、硬度均有明显改进。试验证实，在MMA∶BA=1∶1，纳米CaCO3用量4%，醇酸乳液占50%（均为质量分数）的配方，可以获得最佳性能。马国章等利用纳米SiO2 表面上的Si-OH 和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚丙二醇、丙烯酸羟乙酯进行原位聚合，制备纳米SiO2 /PU-丙烯酸酯聚合物，纳米材料分散好，无团聚，可以UV 固化，改进了涂膜的耐热性和硬度。
1.5.2 丙烯酸-醇酸树脂杂化改性
对水性醇酸树脂涂料改性的研究工作，以丙烯酸改性为多。用丙烯酸改性水性醇酸树脂，希望能综合醇酸乳液的高光泽和对木材等底材渗透性好、丙烯酸乳液的快干和保光保色性好的优点，克服醇酸乳液干燥慢等缺点。如果将丙烯酸乳液和醇酸乳液采取简单的机械混和，也不采取其他措施，搅拌停止后就会很快分层。采用杂化（hybrid）工艺，可以较好克服这个弱点。近年来，国内外对丙烯酸-醇酸乳液树脂杂化改性的报道较多，可以是在醇酸树脂低聚物存在下，丙烯酸单体进行聚合，然后乳化；也可以是丙烯酸乳液存在下，滴加醇酸树脂低聚物进行聚合。可以是常规乳液聚合，也可以借助添加低相对分子质量的PMMA 进行细乳液聚合，以进一步提高体系的稳定性和涂膜的性能[7]。
1.5.3 UV固化水性丙烯酸系涂料的改进
(1) 紫外光（UV）固化丙烯酸酯涂料[8]
UV 固化涂料具有高涂装效率、低VOC、较好性能的优点，发展较快。有阴离子固化和阳离子固化两种类型，而以前者应用较多。树脂分子中含丙烯酰氧基是产生自由基、进行UV 固化的前提。常用的品种有丙烯酸-聚酯、丙烯酸-环氧、丙烯酸-聚氨酯、丙烯酸-有机硅等。以丙烯酸-环氧消费量高，如2009 年全国生产与消费UV 固化树脂5.85万t，丙烯酸-环氧树脂占2.9万t，几占一半。为提高UV 固化涂料的耐候性、抗沾污性、化学抗性，用氟材料改性UV 固化丙烯酸的研究较多，技术途径多样。氟化丙烯酸酯如全氟烷基乙基丙烯酸酯已商品化，从它出发可以制含氟的UV 固化的丙烯酸酯涂料、丙烯酸-环氧涂料，可以明显提高耐候性和抗沾污性。氟化多元醇和多异氰酸酯反应制成端NCO预聚物，再引入丙烯酰氧基，可制成UV 固化聚氨酯-丙烯酸酯涂料[9]。也可用氟化多异氰酸酯合成丙烯酸-聚氨酯UV 固化涂料，只是氟化多异氰酯单体成本高，影响产业化。有研究表明，利用含Si—H 键的有机硅单体和氟化丙烯酸酯的双键进行硅氢化加成反应，同时进行含氟硅材料改性，制成可UV 固化的涂料，可以提高涂料的耐性和耐热性能。纳米二氧化硅改性聚氨酯-丙烯酸涂料，经UV 固化，可提高涂膜的热稳定性、硬度、耐磨性和化学抗性[10]。
(2)UV 固化水性丙烯酸涂料的改进[11]
围绕UV 固化水性丙烯酸-聚氨酯树脂的改进，张胜文等用纳米SiO2和聚氨酯丙烯酸反应制成纳米复合乳胶液，经分析证实，纳米粒子在乳液分散体中无团聚现象，对UV 固化涂膜的微结构进行分析与观察，纳米粒子均匀地分散在聚氨酯-丙烯酸的基体中，为改进涂膜的热稳定性、硬度等性能提供了前提。褚夫强等分别合成聚氨酯-丙烯酸与环氧-丙烯酸两种水分散体，然后混合使用，相混性良好，UV 固化速度提高；加入20%（质量）的聚氨酯-丙烯酸水分散体，涂膜的断裂伸长率可提高1.5 倍，光泽也大为提高。基本上能达到优势互补，可综合二者的优点，能明显提高综合性能。闵绍进等分别合成环氧-丙烯酸乳液和环氧乳液，将二者按一定比例混合，利用UV 和热双重固化工艺，涂膜硬度可达3H，提高了耐水性、附着力、耐擦洗性能。
丙烯酸树脂不仅是涂料的成膜基料，亦可作为颜填料在涂料中的润湿分散剂，丙烯酸涂料的前景非常诱人。水性和UV 固化的丙烯酸树脂及涂料发展很快，产量在低污染涂料中名列前茅。氟硅材料、纳米材料改性、多重复合、双重固化等技术研究与应用，不仅明显改进水性丙烯酸涂料和UV 固化丙烯酸涂料的性能，而且为进一步研究开发质量更高的复合型丙烯酸系树脂及涂料展示了广阔的途径。

1.6 丙烯酸涂料的未来发展
丙烯酸树脂涂料已经开发出众多品种，其应用也日益扩大。随着新技术的发展和渗透，涂料的品种必将不断更新和拓展。丙烯酸树脂是重要的涂料工业用成膜物质，其今后的发展仍将呈加速增长趋势。其中水性丙烯酸树脂（包括乳液型和水可稀释型）的研究、开发、生产及应用将更加受到重视；高固体份丙烯酸树脂和粉末涂料用丙烯酸树脂也将占有一定的市场份额；同时，氟、硅单体改性、聚氨酯改性、环氧树脂改性、醇酸树脂改性以及纳米材料改性的丙烯酸树脂在一些高端及特殊领域的应用会得到进一步的推广。
9

第二章 生产配方及原材料的选定
第二章 生产配方及原材料的选定

2.1 配方设计机理
配方设计是开发新产品，向用户提供涂膜性能满意的涂料产品，同时也是保证涂料成本合理的重要环节。
在设计丙烯酸涂料配方之前，首先调查清楚用户对涂料和涂膜性能的要求，同时要调查了解用户的前处理工艺、回收涂料方式、自动化程度、烘烤炉的加热方式、输出链运转速度、烘烤温度和试剂等情况，以便设计的丙烯酸涂料配方能够满足用户的涂装设备和工艺条件的要求。
其次是调查了解涂装产品的用途，是在户内还是户外，被涂物的材质、涂膜物理机械性能和耐化学介质等性能要求。同时还要了解喷涂的涂膜厚度，外观平整性要求和单位面积喷涂的用量等，以便设计丙烯酸涂料配方时考虑树脂熔融粘度、反应活性和颜填料的百分含量等问题[12]。

2.2 原料的分析选定

2.2.1 树脂的选用
与传统的溶剂型涂料相比，水性涂料具有价格低、使用安全，节省资源和能源，减少环境污染和公害等优点，因而已成为当前发展涂料工业的主要方向。水性丙烯酸树脂涂料是水性涂料中发展最快、品种最多的无污染型涂料。
水性丙烯酸树脂包括丙烯酸树脂乳液、丙烯酸树脂水分散体（亦称水可稀释丙烯酸）及丙烯酸树脂水溶液。乳液主要是由油性烯类单体乳化在水中在水性自由基引发剂引发下合成的，而树脂水分散体则是通过自由基溶液聚合或逐步溶液聚合等不同的工艺合成的。从粒子粒径看：乳液粒径>树脂水分散体粒径>水溶液粒径。从应用来看以前两者最为重要。
丙烯酸水性漆可分为水分散型和水溶性两大类，前者是以水乳胶或水溶胶为基质的涂料。水溶性丙烯酸酯涂料采用具有活性可交联官能基团的共聚树脂制成，多系热固性涂料，在制漆时外加或不加交联树脂，使活性官能团间在成膜时交联而成体型结构的漆膜。中和成盐的丙烯酸树脂能溶于水，但其水溶性并不很强，常常形成乳浊状的液体或是粘度很高的溶液，所以在水溶性树脂中必须加入一定比例的亲水助溶剂来增加树脂的水溶性[13]。
聚酯树脂是分为饱和聚酯树脂和不饱和聚酯树脂。涂料行业最常用的饱和聚酯树脂是含端羟基官能团的聚酯树脂，通过与异氰酸酯、氨基树脂等树脂交联固化成膜。不同的原料对树脂性能作出不同的贡献，选择原料时要针对树脂的性能要求，选择相应的能对树脂所要求性能有帮助的原料，从提供官能度、硬度、柔韧性等多方面来考虑。
水性饱和聚酯树脂具有较好的表面干固性能，可以提高涂料涂覆后的干固速度，减少涂料流动产生涂层不均匀的现象。
2.2.2 颜料
颜料不仅可以美化塑料管材的外观，而且兼有抗氧、耐热、耐光和稳定作用。主要品种有：珠光粉、钛白粉、炭黑等。珠光粉又名珠光颜料，珠光颜料是天然云母薄皮外覆盖金属氧化物而产生的珍珠光泽的新型颜料，它能再现自然界珍珠，贝壳，珊瑚及金属所具有的绚丽和色彩。微观为透明，扁平状分无，依靠光线折射，反射，透射来表现色彩与光亮。
珠光颜料无毒害，耐高温，耐光照，耐酸碱，不自燃，不助燃，不导电，不迁移，能满足涂料，塑料，油墨，皮革，印染，橡胶，造纸，化妆品等行业的不同需求，使这些行业的产品外观更加灿烂亮丽，光丽照人。
2.2.3 水性消泡剂
消泡剂品种繁多，用途广泛。消泡剂“抑泡”、“破泡”过程是：当体系加入消泡剂后，其分子杂乱无章地广布于液体表面，抑制形成弹性膜，即终止泡沫的产生。当体系大量产生泡沫后，加入消泡剂，其分子立即散布于泡沫表面，快速铺展，形成很薄的双膜层，进一步扩散、渗透，层状入侵，从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低，便流向产生泡沫的高表面张力的液体，这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透，使其膜壁迅速变薄，泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引，这样，致使泡沫周围应力失衡，从而导致其“破泡”。不溶于体系的消泡剂分子，再重新进入另一个泡沫膜的表面，如此重复，所有泡沫，全部覆灭。在工业生产中，会产出很多对生产不利的泡沫。这时就需要消泡，消泡剂的种类很多，有水性消泡剂和油性消泡剂。
水性消泡剂由二甲基硅油、白炭黑、乳化剂等配制，采用乳化技术设制成的水乳状分散性的消泡剂。所有原料和环节均无毒，具有分散速度快，消泡快，抑泡时间长、稳定不分层的特点。
2.2.4 增稠剂
增稠剂是一种流变助剂，不仅可以使涂料增稠，防止施工中出现流挂现象，而且能赋予涂料优异的机械性能和贮存稳定性。对于黏度较低的水性涂料来说，是非常重要的一类助剂。有水性和油性之分。尤其是水相增稠剂应用更为普遍。增稠剂实质上是一种流变助剂，加入增稠剂后能调节流变性，使胶黏剂和密封剂增稠，防止填料沉淀，赋予良好的物理机械稳定性，控制施工过程的流变性（施胶时不流挂、不滴淌、不飞液），还能起着降低成本的作用。特别对于胶黏剂和密封剂的制造、储存、使用都很重要，能够改进和调节黏度，获得稳定、防沉、减渗、防淌、触变等性能。
2.4.5 其他助剂
水性蜡助剂，它耐磨损及耐刮花、防粘连、抗结块、改善疏水性、消光或提高光泽、提高塑料薄膜的附着力，具有改善特定表面性能的功能，目前广泛应用于水性木器漆、水性涂料（包括罩光油）及印刷油墨。水性蜡助剂有乳液、分散体、微分散体三种。
DMEA是一种高沸点的、含多官能基的二元醇醚酯类溶剂，可用作乳胶漆的助聚结剂，它对多种漆有着优良的溶解性能，使它在多彩涂料和乳液涂料中获得广泛的应用。主要用于金属、家俱喷漆的溶剂，还可用作保护性涂料、染料、树脂、皮革、油墨的溶剂，也可用于金属、玻璃等表面清洗剂的配方中，DMEA非常适用于中和水溶性涂料树脂中的自由酸度。
润湿剂能使固体物料更易被水浸湿的物质，通过降低其表面张力或界面张力，使水能展开在固体物料表面上，或透入其表面，而把固体物料润湿。表面活性剂都由亲水基及亲油基组成，当与固体表面接触时，亲油基附着于固体表面，亲水基向外伸向液体中，使液体在固体表面形成连续相，这就是润湿作用的基本原理。

2.2 生产配方举例
表2-1 生产配方[14]
原料名称
质量份
水性羟基功能丙烯酸树脂
42
水性聚酯树脂
20
乙二醇丁醚醋酸酯
5
水
18
DMEA
0.5
水性蜡
5
水性消泡剂
0.2
水性基材润湿剂
0.3
增稠剂
4
珠光粉
5
合 计
100

此配方中所使用的水性羟基功能丙烯酸树脂的单体为丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸羟基乙基脂，固含量43%，羟值以固体计95mgKOH/g，酸值以固体计13mgKOH/g。另外水性聚酯树脂为水性饱和聚酯树脂，其中固含量46%，羟值以固体计47mgKOH/g，酸值以固体计29mgKOH/g。

2.3 涂料生产的工艺分析

2.3.1 制造工艺
以上配方是一个水性改性丙烯酸双组份塑胶涂料配方，它的工艺过程如下：
先加入水性羟基功能丙烯酸树脂，再加入水性聚酯树脂搅拌均匀，然后加入水与乙二醇丁醚醋酸酯的混合液，水性蜡、水性消泡剂、水性基材润湿剂、增稠剂、用DMEA调节PH值7.5-8，最后加入水性珠光粉，搅拌均匀，过滤以除去杂质颗粒，使用前加入上述树脂质量分数20%的固化剂，即得水性改性丙烯酸双组份塑胶涂料。
2.3.2 性能测试
对以上配方制备的水性改性双组份塑胶涂料进行性能测试结果如表2-2：
表2-2 性能测试表

序号

测试项目

测试方法

指标

结果

1

附着力
用百格刀在产品表面以1mm间隔上下左右划出百格，静止90±30秒，用810胶带测试，施压3次，以90度方向瞬间拉起，表面脱漆≦5%

≦1级

0级

2

硬度
以三菱Uni铅笔与被测表面成45度，荷重500gf在待测物表面移动3-5cm测试，产品表面无损伤现象

≧F

F

3

耐醇性
95%酒精，4层面部，500gf/cm2，，速度50次来回/min，间隔3cm，往复摩擦

100次不露底

100次不露底

4
耐磨性（RCA）

固定符合175g/cm2，开3秒停1秒

100次不露底

100次不露底

5

耐冷热循环
采用调温调湿箱对样件进行温度—40℃×1.5H，升至室温，然后升至65℃×1.5H，再降至室温，以此循环试验10来回进行外观和附着力测定

附着力>1级目视外观无明显变化

/

6

耐湿热
采用调温调湿箱对样件进行温度50℃±1℃相对湿度湿热试验95%±2%，48H后进行外观和附着力测定
附着力>1级目视外观无明显变化

/

13

第三章 丙烯酸涂料生产车间工艺计算
第三章 丙烯酸涂料生产车间工艺计算

3.1 物料衡算

3.1.1计算基准：
计