前言
涂料是一个非常复杂的多分散体系，在其制造、贮存、运输及施工应用等过程中涉及多方面的界面问题，需要利用界面化学理论去分析问题、设计配方和改善工艺，去解决一些实际问题。如果没有界面化学的理论来指导，要在涂料工业上有所进步、有所提高是困难的。原上海科技大学（1994年组建为上海大学）自1982年起举办涂料技术培训班，为涂料行业培养了大量的技术人才，其组织编撰的讲义《涂料界面原理与应用》也于2007年正式出版。该书系统梳理了涂料体系中的界面化学原理，旨在为涂料的制造、贮存、运输和施工提供界面化学方面的理论指导，受到了学员们和其他读者的欢迎。
界面化学作为一门研究不同相之间界面现象和性质的学科，在过去几十年中取得了显著进展，这些进展也深刻影响了涂料行业的发展。随着实验技术的不断创新，如扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）和表面等离子体共振（SPR）等先进技术的应用，科学家们能够深入研究界面的微观结构和动态过程。而理论计算方法的发展，如分子动力学模拟和量子化学计算，为理解界面现象也提供了更深入的理论支持。这些进展极大丰富了界面化学的知识体系，也为其在涂料领域的应用提供了更为坚实的基础。
在涂料行业中，界面化学的新应用不断涌现。在涂料配方设计方面，通过精确控制颜料与树脂之间的界面相互作用，可以显著提高颜料的分散稳定性，从而改善涂料的颜色鲜艳度、遮盖力和耐久性。一些新型颜料表面处理技术，如纳米包覆和表面接枝，能够有效调节颜料的表面性质，增强其与树脂的相容性，减少颜料团聚现象，提高涂料的整体性能。而原先以有机溶剂为主的涂料体系也已逐步向水性体系发展，需要解决水性涂料在生产、存贮、运输和施工过程中出现的新问题。但从本质上讲，水性体系中所存在的界面现象和界面问题与溶剂型体系是一样的。例如对于体系的稳定性而言，仍需要通过改变分散粒子所带的电荷数量与分布、粒子与分散介质间界面相互作用、界面层厚度以及调节体系的黏度等手段来得以实现。在涂料的施工过程中，界面化学的原理也发挥着重要作用。例如，通过优化涂料与基材之间的界面润湿性，利用表面张力匹配法则、减少表面张力梯度等界面原理来提高涂料的附着力，减少缩孔、流挂等涂层表面缺陷问题。一些特殊的界面活性剂和添加剂的应用，可以有效调节涂料的表面张力和流变性能，使涂料在施工过程中能够更好地铺展和流平，从而获得更均匀、光滑的涂层表面。
随着科技的发展，一些新兴的涂料技术也离不开界面化学的支持。例如纳米粒子由于其独特的尺寸效应和表面效应，能够显著改善涂料的性能。将纳米二氧化钛添加到涂料中，可以提高涂料的耐候性、抗菌性和自清洁性能；纳米氧化锌则可以增强涂料的抗紫外线性能和导电性。在纳米复合涂料中，纳米粒子与基体之间的界面相互作用对涂料的性能起着关键作用，如何优化这种界面相互作用，充分发挥纳米粒子的优势，是当前研究的重点之一。还有一些新兴技术在纳米尺寸测定与界面微观动态过程的研究中发挥着重要的作用。自清洁涂料、温致变色涂料、光致变色涂料、电致变色涂料等具有环境响应性的智能涂料，其功能的实现往往依赖于界面处的化学反应或物理过程。通过精确设计和控制界面结构，可以实现涂料的智能化响应。模拟鱼类黏液中负电荷物质的作用，引入带有负电荷的表面微观结构和化学组成所制备的仿生防污涂层，可有效抑制细菌等微生物的黏附，减少生物污损，从而延长涂层使用寿命。这些新兴的功能涂料也都离不开界面化学理论的应用。
尽管第一版使用之初，在发现书中的一些错误之后，便常有修订之心，无奈多年来一直有心无力，众多羁绊之下，苟且至本书售罄也未能如愿。转眼退休，身心皆轻，方有精力与时间来对第一版进行修订，了此心结。适化学工业出版社编辑为此奔走推进，促进了本书的修订进程，惟有衷心感谢！此次再版，我们初心不变，致力于为涂料领域专业人员提供界面化学理论与实践应用的参考，因此原书的基本框架没有改变，只是对原书中的疏漏进行了修订和补充；同时我们也希望能帮助读者了解界面化学理论与技术在涂料领域中的新动态，增加了界面化学理论有关进展及其在涂料中的应用。在理论方面，本书主要补充了表面活性剂的胶束化机理、乳化作用学说及决定乳液类型的因素等知识；在新技术应用方面补充了纳米颗粒的测量方法、固体表面吸附活化能测定原理与方法，以及比表面积测定新技术等；在实际应用领域，着重补充了电泳涂料的新发展、超疏水涂料的润湿性理论与应用，增补了常用的防腐涂料和海洋防污涂料等相关内容。此外，我们也补充了一些例题和习题，在书末还附上了对各章实践思考题的详细参考解答。这些修订，期望能与涂料的发展相适应，以更好地帮助读者理解和应用相关知识，力求使本书更加实用和具有指导性。
感谢广大读者对本书第一版的支持与厚爱，希望此次再版能够满足大家对涂料界面化学领域基础理论与新知识的需求，为推动涂料行业的技术进步贡献一份力量。由于界面化学领域发展迅速，涂料体系又十分复杂，受编者学识与眼界所限，书中难免存在不足之处，恳请读者批评指正。
编著者
2025年7月
于上海大学
第一版前言
《涂料科学技术基础丛书》包括三个分册，分别是《涂料树脂化学》、《涂料树脂物理》和《涂料界面原理与应用》，是专为涂料行业技术开发人员培训进修而编写的教材，也适于高分子专业的科技人员参考。本书是该丛书中的一本，主要介绍在涂料体系中的界面化学原理和应用。
涂料是以有机高分子作为成膜物质的混合体系，可以是溶液，也可以是多分散体系，还可以是混合物粉末。经涂布后，它在物体表面形成一层附着牢固、有一定防护与装饰作用的涂膜。由于存在着多种物系，因此涂料的制造涉及多种物料的分散与融合，其贮存过程则涉及体系的分散稳定性和化学稳定性，在涂布的过程中涉及物料的流动特性、基材的表面特性、涂料与基材间的相互作用关系和界面特性、黏合特性，在电泳涂料中还涉及涂料分散体系的电化学和电动特性等。这些现象和相关的特性均涉及胶体与界面化学的基本原理，因此，胶体与界面化学是涂料制备、贮存和施工的基础理论之一。同时，界面现象也是自然界中普遍存在的现象，因此，胶体与界面化学的原理不仅在涂料行业，在其他生产实际和日常生活中也有极为广泛的应用。
书中首先介绍了界面的基本概念及其与涂料工业的关系，然后详细介绍了涂料的动力学稳定性和流动性质；涂料电稳定性原理及应用（包括电泳涂料和自泳涂料）；涂料的表面张力与流平（包括液体与溶液、高分子树脂的表面特性、液液界面现象、涂膜流平及其缺陷等）；颜料分散及涂料粘接（包括固体表面张力、颜料的表面特性、固体的湿润和分散性、涂料的附着与粘接以及腐蚀与防护等）；表面活性剂（包括表面活性剂的结构与分类、临界胶束浓度CMC和HLB值，以及表面活性剂的各种应用等）；泡沫与乳液（包括发泡与消泡、乳化与破乳等）。鉴于高分子物理学已有独立的课程，本教材没有涉及有关大分子溶液理论和应用的有关内容。各章相对独立，又彼此呼应，每章除介绍基本原理外，还选取了一些与涂料涂装有关的典型事例加以分析和说明，以加深对原理的理解，了解其实际应用，引导读者理论联系实际，为生产和科研服务。希望读者通过学习，在各种生产实际过程中，开阔思路，结合高分子化学、高分子物理等有关的原理和方法，综合运用多种知识和手段，分析和解决实际问题。
在20多年的涂料培训历程中，学员们对知识的渴望和勤奋刻苦的学习精神让我们深受感动，也让我们深感教材编写工作的责任重大。然而，限于编者的水平，书中疏漏和取材不当之处在所难免，在如何帮助学员们理论联系实际方面还很不够，我们特别希望得到涂料行业专家的不吝赐教和批评指正。
本书在编写过程中参考了国内外很多图书和文献，本书择要列在了书末；在试讲时得到了上海大学化学系刘美娟老师、全国涂料技术培训班学员们（94届以来每年两期）的大力支持和帮助，他们提出了很多宝贵的意见，并提供了很好的实际素材；在最后的整理过程中，还得到了李煜光、邹婷、毛金浩、王立平等博士生和硕士生的帮助；化学工业出版社责任编辑的不懈努力也促成了本书的付梓，在此向上述作者和同志表示衷心的感谢。
编者
2007年2月
于上海大学高分子材料系
第一章 绪论001
第一节涂料与界面化学001
第二节界面与界面化学003
第三节界面的特性004
第四节粒子尺寸对性能的影响005
第二章 涂料的动力学稳定性与应用010
第一节涂料与多分散体系010
一、多分散体系的分类010
二、多分散体系的制备013
第二节动力学稳定性018
一、布朗运动018
二、扩散现象018
三、沉降021
第三节多分散体系的流变性质025
一、黏度026
二、稀胶体溶液的黏度033
三、浓分散体系的流变性质036
四、涂料的流挂现象042
第四节分散粒子的尺寸测定044
一、光散射法044
二、粒子计数法050
三、图像分析技术050
四、动力学方法054
五、比表面积法054
六、其他054
第三章 涂料的电稳定性与应用057
第一节多分散体系的电学性质057
一、胶体带电机理057
二、双电层模型059
三、电势和动电现象067
第二节涂料的稳定性072
一、聚沉073
二、电稳定性075
第三节电泳涂料079
一、电泳涂料的分类079
二、电泳涂料的机理080
三、影响电泳涂装过程的因素082
四、电泳涂料的主要品种084
五、电泳涂料的优缺点与发展趋势088
第四节自泳涂料091
一、自泳涂料的机理092
二、自泳涂料的组成092
三、自泳涂料涂装工艺094
四、自泳涂料的优缺点096
第四章 液体的界面现象及在涂料中的应用099
第一节表面能与表面张力099
一、表面能099
二、表面张力100
三、影响表面张力的因素103
第二节表面张力的测定104
一、弯曲表面的附加压力105
二、弯曲表面的饱和蒸气压107
三、测定方法108
第三节溶液的表面113
一、溶液的表面现象113
二、Gibbs吸附公式115
三、溶液的表面组成117
第四节液?液界面118
一、纯液体间的界面张力118
二、液体的铺展120
第五节液态树脂的界面122
一、树脂的表面张力122
二、树脂熔体间的界面张力128
三、树脂溶液的表面张力130
四、树脂固溶体的表面张力131
第六节动态界面与涂膜缺陷防控133
一、流平134
二、贝纳德旋涡136
三、缩孔139
四、厚边141
五、凹凸表面142
六、露边（角）142
七、其他涂膜缺陷143
第五章 固体的界面现象及在涂料中的应用146
第一节固体的表面146
一、固体表面能与表面张力147
二、吸附现象148
三、吸附行为曲线150
四、吸附等温方程151
五、吸附活化能的测定155
六、固体比表面积的测定156
七、固体在溶液中的吸附160
第二节润湿性与分散性163
一、颜料的表面特性163
二、液体对固体的接触角164
三、润湿性167
四、超疏水性与超疏水涂料171
五、分散性178
第三节毛细现象182
一、毛细凝结182
二、毛细黏着183
三、毛细管流动187
第四节粘接189
一、粘接现象189
二、粘接的表面化学原理190
三、粘接力191
四、胶黏剂与粘接工艺194
第五节腐蚀与防腐194
一、电化学腐蚀及其影响因素195
二、涂层的防腐蚀机理198
三、防腐涂料组成200
四、常用防腐涂料205
第六章 表面活性剂212
第一节表面活性剂的结构与分类212
一、表面活性剂的结构212
二、表面活性剂的分类213
第二节表面活性剂的性质219
一、胶束理论和CMC值219
二、胶束形态220
三、表面活性剂胶束化机理221
四、影响CMC值的因素222
五、HLB值226
六、HLB的应用229
第三节表面活性剂的作用230
一、增溶作用231
二、乳化作用235
三、润湿作用236
四、分散作用239
五、去污作用244
六、抗静电作用249
七、流变作用253
八、调节力学性能作用259
九、调节光泽作用262
十、其他作用264
第七章 泡沫与乳液267
第一节泡沫267
一、泡沫及其应用268
二、消泡及其应用272
第二节乳液275
一、乳液及其应用275
二、破乳与乳液涂料成膜289
参考文献298
实践思考参考解答301
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