第三节　涂料配方设计的方法

在涂料的配方设计中，常常涉及原材料更换、成本降低、产品改进、新产品开发、新原材料的使用、新技术六种方法。

一、原材料更换

在涂料的配方设计和生产中，由于价格、运输或其他方面的原因，常常遇到配方中的某一种或某几种原材料的货源发生临时或长久的变动。虽然为同一种原材料，但不同的生产厂家由于生产工艺的不同、质量检测控制的标准和手段有差异以及自动化程度的高低，生产出来的原材料的性能可能不完全相同，有时甚至会有很大的差异。例如，要考虑具有相似油度、组成、固含量/黏度比的两种长油度醇酸树脂是否具有类似的酸值和羟值；同是金红石型钛白粉，其纯度、细度、吸油量或遮盖力是否完全相同或几乎完全相同；同一级石油溶剂是否具有相同的沸点范围、芳香族含量和溶剂性等，如有不同，是否会对涂料的主要性能产生很大的差异。换句话说，要考虑涂料的主要性能对原材料不同的接受程度到底有多大。一般的建议是原材料的采购尽量固定在两三家经常提供同一原材料的生产厂商，以免性能发生较大的变化而导致涂料配方和涂料生产失败，万一必须更换原材料厂商，必须得到该供应商所提供的该原材料的物理化学性能，必要时需要进行试验比较，若性能差异较大，需要对原来的配方进行必要的调整或重新设计。

二、成本降低

涂料配方设计的作用是以最低的成本生产出符合性能要求的配方和产品，在降低成本方面，可从以下几方面考虑。

（1）现在的配方其产品性能是否高于客户的要求或对手的产品，是否可以牺牲某些方面的性能以降低成本而又保持产品达到或略高于客户的要求。

（2）现在的配方可否通过两三种或更多的现有产品的简单共混以达到所需要的性能。

（3）若涂料中的添加剂用量少，但多数价格较贵，应考虑每种添加剂在该配方中是否是必需的；另外，选择合适的分散体系是否可以消除或减少消泡剂的使用；涂料储存在金属容器中需要加入防腐剂，改用塑料容器后，有无必要仍加入防腐剂等。

（4）涂料的流变性能否通过仔细选择树脂体系或体质颜料来控制，而不需要加入防流挂剂或增稠剂等。

通常，对于一个配方体系，树脂体系和颜料是成本的两个主要方面，因此，要考虑配方中为达到产品性能要求所选择的树脂是否是最经济的体系；如果选用价格较高的树脂体系，可否用较高的PVC来降低总的树脂用量。颜料，尤其是钛白粉，价格较贵，可考虑能否进一步通过提高分散程度来降低其用量而又保持足够的遮盖力。一般的经验是，在溶剂型涂料中，若低黏度树脂溶液的羟值或酸值较高，其遮盖力与额外加5%～10%钛白粉的相当；而对于乳胶型涂料体系，利用更有效的颜料润湿剂和分散剂以及避免在分散过程中使用高黏度溶液，有利于大大降低钛白粉的用量。另外必须注意的是配方中总的原材料成本还取决于总的固含量，这样，应判断能否降低5%～10%的固含量而又不影响其应用性能，如使用较高黏度的树脂或在乳胶漆中使用较高分子量的聚合物可以适当降低固含量而又不影响其遮盖力、涂膜厚度和涂膜性能等。

三、产品改进

产品的改进主要是指产品某一或某几方面性能的改进，通常伴随着整个原料成本的升高，或以牺牲其他方面的性能作为代价。一般的程序如下。

（1）查看以前的试验记录是否已有配方的性能与所要求的接近（包括性能和成本），必要时可再做一些补充试验进行对比，看能否避免重新设计整个配方。

（2）尽可能地借鉴其他渠道的经验和配方，以减少产品改进所需的工作量。

（3）如果（1）、（2）均不可行，则下一步就得确定一下现在的产品配方中哪些原材料对所要求的性能无明显的影响，在重新设计配方时可暂时维持为不变量，哪些原材料对所要求的性能有大的影响，一般尽可能减少可变量的数目以简化配方设计。

（4）最简单的方法是增加某一组分的用量，或改变某两组分的用量比，或用某一组分的性能更高级别的原材料取代现有级别的原材料，并通过必要的试验室小试比较是否已达到所需要的性能要求。

（5）当改变现有组分的用量或组分间的用量比仍不能达到所需要的性能要求时，就要考虑添加某一新的组分或用其他某一组分（如树脂、颜料、添加剂等）代替现在配方中相应组分进行试验比较。

（6）一旦改性的产品配方确定，就要进行放大试验并与现有产品性能进行全面比较，必要时还可能进行配方设计微调。

四、新产品开发

在新产品开发的配方设计中，首先要注意是否为新产品；是否仅是现有产品的改进和发展；是否仅是对现有产品进行成本降低。

一旦上述3种情况被排除，则就是进行真正新的产品配方设计，通常有下列几个步骤。

（1）配方基本组成的确定　涂料配方基本组成见表1-3。

并不是每一组分都需要添加，应根据性能要求、用途和成本等来选用上述某些组分作为起始配方基本组分。

（2）用量范围的确定　略。

（3）性能测试　确定了配方的基本组成和用量后，下面就是测定根据这个配方所制备的涂料性能，如流变性、干燥/固化条件、光泽性（如20°/45°/60°的光泽度）、硬度、对比率、颜色、其他特殊性能要求。比较这些性能与所要求涂料性能上的差异，以进一步调节配方中各组分的用量，或增添某一新的组分，以完善涂料配方至性能和成本符合要求为止。

五、新原材料的使用

涂料行业与其他化工行业一样，常常会碰到厂商推荐新的原材料，这时从事涂料配方设计和产品开发的人员必须注意以下几点。

（1）这种新的原材料能否提高现有产品的性能；

（2）能否帮助进一步降低产品的成本而又不损害涂料的性能；

（3）能否帮助开发一个全新的产品；

（4）这种原材料在车间是否容易处理。

可以根据厂商所推荐的配方和用量比进行系列试验，了解该原材料能否使用。

六、新技术

新技术的发明和发现总是具有挑战性和令人兴奋的，这包括新的制备方法、新原材料的开发使用、新设备在涂料中应用或现有设备的改进、新产品的开发、涂料新的施工方法等。

总之，利用最低的成本研究开发出性能能够满足（注意并不一定超过）要求的适用产品是涂料配方设计的基本原则。