各類溶劑在涂料中的應(yīng)用.doc

1溶劑在涂料中的作用 溶劑在涂料中的作用往往不為人們重視，認為它是揮發(fā)組份，最后總是揮發(fā)掉而不留在漆膜中，所以對漆的質(zhì)量不會有很大影響。其實不然，各種溶劑的溶解力及揮發(fā)率等因素對于制成的漆在生產(chǎn)、貯存、施工及漆膜光澤、附著力、表面狀態(tài)等多方面性能都有極大影響。涂料用溶劑一般為混合溶劑，由三大部分組成，即真溶劑、助溶劑和稀釋劑。酯類、酮類等溶劑既能溶解硝酸纖維素，也能溶解合成樹脂，如丙烯酸樹脂，是真溶劑，芳香烴及氯烴是合成樹脂的真溶劑，硝酸纖維的非溶劑(稀釋劑)。醇類是硝酸纖維素的助溶劑，合成樹脂的非溶劑(稀釋劑)，但對于含高羥基、羧基等極性基團的合成樹脂，醇類又是真溶劑。脂肪烴(石油溶劑)不能溶解一般的丙烯酸樹脂(除側(cè)鏈烷基碳鏈較長的聚合物)。涂料在施工時，涂料中的樹脂，顏料，增塑劑一般不宜調(diào)整，而涂料中的溶劑卻能任意調(diào)整比例，達到最佳施工粘度。 2溶劑的選擇原則 2.1相似相溶原則各種高分子化合物及各種溶劑都因其分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)型，極性基團的種類與數(shù)量，分子鏈的長短等因素的影響，而有不同的性質(zhì)。高分子化合物如為極性分子，就必須使用極性溶劑使之溶解；如果高分子化合物是非極性的，就溶于非極性溶劑中，這就是相似相溶的規(guī)律。硝酸纖維素的分子具有較強的極性，所以能溶于酯、酮等極性溶劑，而不溶于烴類等非極性溶劑。2.2溶解度參數(shù)原則任何一種高分子材料都是*分子間作用能使其大分子聚集在一起的，這種作用能稱為內(nèi)聚能，單位體積的內(nèi)聚能為內(nèi)聚能密度(CED)，內(nèi)聚能密度的平方根定義為溶解度參數(shù)。溶解度參數(shù)可作為選擇溶劑的參考指標(biāo)，對于非極性高分子材料或極性不很強的高分子材料，當(dāng)其溶解度參數(shù)與某一溶劑的溶解度參數(shù)相等或相差不超過1.5時，該聚合物便可溶于此溶劑中，否則不溶。高聚物和溶劑的溶解度參數(shù)可以測定或計算出來，單位為(卡/cm3)0.5。常見聚合物SP見表1。表1常見聚臺物的溶解度參數(shù) 聚合物 S(卡/cm3)0.5聚四氟乙烯 6.2古馬隆樹脂 6.9聚二甲基硅氧烷 7.37.6 低密度PE8.0 中密度PE8.1 高密度PE 8.2PP 7.98.1 乙丙橡膠 7.98.0 聚異丁烯 8.05PS 8.59.1 ABS 低于PSPA-66、PA-6 13.0613.7硝酸纖維素 10.611.5 天然橡膠 7.98.35聚甲基丙烯酸甲酪9.3聚醋酸乙烯酯9.4聚碳酸酪9.5 PVC 9.59.7 PPO 9.8聚氨酯9.510.5 環(huán)氧樹脂 9.710.9 三聚氰胺甲醛樹脂 9.610.1聚對苯二甲酸乙二醇酯 10.7聚甲基丙烯酸正丁酪 8.7醋酸纖維素 10.711.4 酚醛樹脂 9.512.7聚甲醛11.1 2.3混合溶劑原則選擇溶劑，除了使用單一溶劑外，還可使用混合溶劑。有時兩種溶劑單獨都不能溶解的聚合物，如將兩種溶劑按一定比例混合起來，卻能使同一聚合物溶解?；旌先軇┚哂袇f(xié)同效應(yīng)，可作為選擇溶劑一種方法。確定混合溶劑的比例，可按下式進行計算，使混合溶劑的溶解度參數(shù)接近聚合物的溶解度參數(shù)，再由實驗驗證最后確定。SPm=SP11+SP22+SPnn式中1、2n分別表示每種純?nèi)軇┑捏w積分數(shù)；SP1、SP2SPn是每種純?nèi)軇┑娜芙舛葏?shù)；SPm為混合溶劑的溶解度參數(shù)。2.4溶劑的溶解力溶劑對高分子化合物的溶解力，可由配制一定濃度溶液的溶解速度、粘度以及此溶液對非溶劑的容忍度(稀釋比值)等幾個方面來表示。稀釋比值就是指一份溶劑可以容忍非溶劑的最高份數(shù)，超過此值，溶解力將完全喪失。硝酸纖維素(或樹脂)析出而使溶液破壞。在油漆中，除溶劑之外還常適當(dāng)?shù)負接靡恍┓侨軇┮越档统杀?，?dāng)然在摻用非溶劑時，除了選擇適當(dāng)?shù)钠贩N外還要控制其用量，以保證混合溶劑有相當(dāng)?shù)娜芙饬?。在硝酸纖維素溶劑中，還常加有醇類作為助溶劑。硝酸纖維溶劑的稀釋比值見硝酸纖維素溶劑的稀釋比值 溶劑 石油溶劑丙酮4.5 0.7 醋酸乙酯3.4 1.0醋酸異丙酯 3.0 1.2甲乙酮 4.7 0.7 醋酸丁酯2.7 1.3異丙*丙酮 3.8 0.9 甲基異丁基酮3.6 1.0溶纖劑 4.9 1.1醋酸溶纖劑 2.5 0.9 醋酸戊酯2.1 1.2醋酸異戊酯 2.2 1.0 乳酸乙酯6.3 0.7 二丙酮醇3.0 0.5環(huán)已酮 5.7 1.1 2.5溶劑的揮發(fā)率溶劑是揮發(fā)性液體，硝酸纖維素漆、丙烯酸酯漆的干燥就是*溶劑揮發(fā)來完成的，所以溶劑揮發(fā)的速率對漆膜的外觀及質(zhì)量都有極大的影響。在施工過程中首先接觸到的是干燥快慢的問題，這和溶劑的揮發(fā)速度成正比施工時往往希望漆膜干得快些，但是干燥過快會影響漆膜的流平性、光澤等指標(biāo)；干得慢些可以保證漆膜的流平及防止桔皮、泛白等。溶劑的揮發(fā)率決定于溶劑本身的沸點、分子量及分子結(jié)構(gòu)三大因素。一般認為低沸點溶劑在常溫時蒸氣壓力大，揮發(fā)快。通常將溶劑劃分為低沸點溶劑、中沸點溶劑和高沸點溶劑。低沸點溶劑是指沸點在100以下的溶劑；中沸點是在110145之間；高沸點是在145170之間，而170以上的則稱為特高沸點溶劑。但事實上不完全如此，例如醋酸乙酯與乙醇的沸點都在78左右，也就是說在78時二者的飽和蒸氣壓力都是760mmHg柱，但在30時乙醇的蒸氣壓力為79mmHg柱，醋酸乙酯為120mmHg柱，而乙醇的揮發(fā)速率僅為醋酸乙酯的40%。其原因是溶劑的揮發(fā)除了受蒸氣壓影響外，還與揮發(fā)物質(zhì)的分子量相關(guān)。醇類溶劑分子量較酯為低，在揮發(fā)同樣分子數(shù)時其重量要小的多。此外揮發(fā)物質(zhì)間如能產(chǎn)生氫鍵作用其揮發(fā)速度也低。溶劑的揮發(fā)率有兩種表示方法。一種是以單位質(zhì)量乙醚的揮發(fā)時間為1，其它溶劑單位質(zhì)量的揮發(fā)時間與乙醚揮發(fā)時間之比為該溶劑的揮發(fā)率。第二種方法是以一定時間內(nèi)醋酸丁酯揮發(fā)的質(zhì)量為100，將其它溶劑在相同時間內(nèi)所揮發(fā)的質(zhì)量與之相比來表示。由于表示方法不一樣，用第一種方法時數(shù)值愈大揮發(fā)的愈慢；而第二種方法則是數(shù)值愈大揮發(fā)得愈快。兩種揮發(fā)速率可用下式表示。乙醚法:揮發(fā)速率=(受驗溶劑的揮發(fā)時間)/(同重量乙醚的揮發(fā)時間)。醋酸丁脂法:揮發(fā)速度=(相同時間內(nèi)揮發(fā)的受驗溶劑的質(zhì)量100)/(相同時間內(nèi)揮發(fā)的醋酸丁酯的質(zhì)量)。 3混合溶劑的組成 涂料的組成可以分為揮發(fā)份及不揮發(fā)份(即成膜物質(zhì))兩個部分。在揮發(fā)份中包括真溶劑、助溶劑及稀釋劑。揮發(fā)份的組成配方應(yīng)遵循涂料粘度、溶劑揮發(fā)率、溶劑平衡原則進行調(diào)整。3.1涂料的粘度不揮發(fā)份的品種、規(guī)格及數(shù)量影響著漆的粘度，同時揮發(fā)份的配方對粘度也有影響。溶劑溶解力強，溶液的粘度低；溶解力差，溶液的粘度高。此外，稀釋劑用量對粘度也有影響，多用稀釋劑固然可以降低成本，但用量高到一定限度時，溶液的粘度就會急驟增高，說明混合溶劑的溶解力盡管還沒有達到稀釋比值，但溶解力已明顯地降低。因此稀釋劑的加入量有一定的限度，在處理配方時為降低成本加入稀釋劑，但其最大用量不應(yīng)達到引起粘度升高的程度。助溶劑的用量對粘度也有影響，在處理配方時助溶劑的用量只宜少于真溶劑而不宜等于或多于真溶劑。3.2混合溶劑的揮發(fā)率混合溶劑的揮發(fā)率影響漆膜干燥的快慢，但它對漆膜外觀也起著極大的影響。硝酸纖維素漆、丙烯酸酯漆的施工工藝以噴涂為主，漆自離開槍口分散成霧狀小粒灑落到物件表面的過程中溶劑已開始揮發(fā)，如果混合溶劑的揮發(fā)率太快的話，那么落到物件表面以前溶劑可能已揮發(fā)掉30%以上，落到物件表面上的小粒的粘度就大大提高，流動性大大下降，嚴(yán)重地影響漆膜的流平性，從而產(chǎn)生漆膜不平滑即所謂桔皮現(xiàn)象。為了得到較光潔平整的漆膜，就不能片面地追求快干，而要有一定比例的慢揮發(fā)溶劑以保證流平性。噴涂過程中常常碰到所謂發(fā)白的現(xiàn)象，這層白膜是由于水分與漆混合造成的。當(dāng)水分不能全溶于揮發(fā)份時就與成膜物構(gòu)成一層白色的乳狀體。水分逐步揮發(fā)，如乳狀體被殘留的溶劑所溶解則白色漆膜層消失。但如果溶劑不足以消除白膜，則漆膜的連續(xù)相破壞，導(dǎo)致樹脂析出，出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象。水分的來源，一方面是由于原料中含水量過高或是揮發(fā)分含有如乙醇、丙酮等易吸水原料，另一主要原因就是揮發(fā)率的影響。溶劑的揮發(fā)是一個吸熱反應(yīng)，快速的揮發(fā)使噴漆的霧粒及物件的表面上被帶走很多熱量。一般使用快揮發(fā)溶劑時，可使噴涂物件表面溫度下降1520，這就足夠使周圍空氣中的水分凝結(jié)于物件表面與漆膜相遇。所以，每當(dāng)氣候濕熱空氣中水分含量高時，發(fā)白現(xiàn)象常格外嚴(yán)重。因此應(yīng)適當(dāng)?shù)乜刂茡]發(fā)性組分的揮發(fā)率，減少表面降溫水分凝結(jié)。即使稍有發(fā)白現(xiàn)象出現(xiàn)，又可在揮發(fā)后期用存留的溶劑重新溶解，以消除白膜。因此，從揮發(fā)速率方面來考慮，在噴漆及流平的初階段，揮發(fā)過快對質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，如桔皮、麻點、發(fā)白等缺陷往往由此產(chǎn)生。在后階段中，有一些慢揮發(fā)性溶劑在漆膜中還可以改善一些發(fā)白現(xiàn)象及提高光澤。但最終階段漆膜中若仍存留少量揮發(fā)份，則將引起漆膜發(fā)軟、發(fā)粘等不良現(xiàn)象，為避免這種現(xiàn)象發(fā)生要控制高沸點溶劑的用量，使其不殘留在漆膜中。3.3溶劑平衡原理混合溶劑由真溶劑、助溶劑及稀釋劑3種組份組成，這3種組份中又有快揮發(fā)、中揮發(fā)、慢揮發(fā)之別。所以當(dāng)一種混合溶劑配成之后，由于這些原料的揮發(fā)率不一樣，總是揮發(fā)快的原料首先逸出，所以，自漆霧噴出后溶劑的成份即開始變化，怎樣的變化才是最理想，須根據(jù)以下原則進行平衡。溶劑的揮發(fā)應(yīng)均衡?；旌先軇┑恼麴s曲線應(yīng)成平緩上升的形狀，否則將引起多種漆膜表面的缺陷，甚至使漆膜產(chǎn)生應(yīng)力而影響漆膜壽命。因此，在配方中應(yīng)考慮不同組份的揮發(fā)速率，快、中、慢的組份用量要平穩(wěn)，例如配方中快揮發(fā)溶劑及慢揮發(fā)溶劑的使用量都較大，而沒有適量中揮發(fā)溶劑加以平衡的話，那么其蒸餾曲線必將是前階段直線上升，然后突然轉(zhuǎn)折形成一個鈍角改為低斜率上升，這樣的溶劑配方缺點較大。真溶劑、助溶劑與稀釋劑的比例應(yīng)平衡。真溶劑、助溶劑及稀釋劑的比例對漆的粘度影響很大，較高含量的稀釋劑或過高含量的助溶劑都會明顯地提高漆的粘度。在揮發(fā)過程中，隨著不揮發(fā)份含量逐步增加，漆的粘度增大，假如此時真溶劑大量揮發(fā)則稀釋劑的比例相對地增高，就會促使漆的粘度突然變稠而喪失流動性，引起氣泡、桔皮等漆膜缺陷，另外，溶劑的主要作用在于干燥成膜之前保持全部不揮發(fā)份處于溶液狀態(tài)，不使其中任一組份不溶析出，否則造成漆膜連續(xù)相破壞以及表面粗糙失光等現(xiàn)象。為了防止干燥過程中出現(xiàn)沉析現(xiàn)象，必須根據(jù)不揮發(fā)份的性質(zhì)對溶劑的組份加以很好地平衡，既要節(jié)約真溶劑，又不能過量使用稀釋劑。在考慮配方時不僅要有足夠的真溶劑，還必須根據(jù)不同揮發(fā)速率加以平衡，以達到殘余在漆膜中的溶劑能保持不低于原來的溶劑比例。 4混合溶劑的配方處理 為了保證漆的貯存性能，制漆時所用混合溶劑的質(zhì)量要高于施工沖稀時用的混合溶劑。由于成品漆中的混合溶劑有較大的溶解力，所以沖稀用的混合溶劑中可含有較多的稀釋劑，其溶解力可在漆中的多余溶劑中得到補償。確定漆中混合溶劑配方時，按不揮發(fā)份的情況，參考資源及成本，先決定稀釋劑的品種及數(shù)量。對于硝酸纖維素漆來說，芳烴是非溶劑，苯的毒性較大，并且揮發(fā)太快，除特殊品種外很少使用。二甲苯揮發(fā)太慢，與一般溶劑不易平衡，所以也不多用。石油溶劑毒性較小，但其稀釋比值太小，一般也不采用。甲苯作為稀釋劑，