第二章涂料的溶剂

nullnull第二章 涂料的剂型 学习目标：了解溶剂溶剂对大气的污染 掌握溶剂的分类、作用及选择。 教学重难点：溶剂的分类、作用及选择。 教学时间：4学时 第一节 溶剂型涂料 大多数涂料含挥发物，它们在施工和成膜时挥发。一般将挥发性有机物称为溶剂。涂料工业是溶剂工业的最大用户，一半以上是烃类，其余是酮、醇、乙二醇、醚、酯、硝基直链烷烃以及少量其他物质。null溶剂对大气的污染 空气污染主要有两个来源，一是酸雾，一是有毒的臭氧。臭氧是烃类溶剂（除甲烷外）与氮化物在光的作用下生成的。对于人类的生存环境来说，臭氧含量不可大于0.12ppm，否则将有害健康。 涂料工业产生的VOC量占总VOC挥发量的47.2%null挥发性涂料所用溶剂可以分为三类（重点） 第一、真溶剂，是有溶解此类涂料所用高聚物能力的溶剂。 (主要有醇类、酮类、酯类、苯类、烃类) 第二、助溶剂，在一定限量内可与真溶剂混合使用，并有一定的溶解能力，还可影响涂料的其他性能。 (主要有乙二醇丁醚、乙二醇醋酸酯类、N、N-二甲基甲酰胺、乙醇、丁醇类) 第三、稀释剂，无溶解高聚物能力，也不能助溶，但它能溶于树脂的溶液中，并且价格较低，它和真溶剂、助溶剂混合作用可降低成本 。（如香蕉水） 一、溶剂的种类： 一、溶剂的种类：1.石油溶剂 是指用蒸馏或热裂石油的方法得到的溶剂，前者得到的主要是烷烃类化合物，但含有部分芳香族化合物，后者得到的是芳香族含量高的溶剂。 蒸馏：烷烃类化合物、芳烃（少量） 热裂解：芳香族含量高的溶剂 null（1）漆用溶剂汽油或称白油或松香水，一般含15—18%的芳烃，沸点范围为150—190℃，挥发较慢，可以溶解大部分天然树脂，以及含油量高的醇酸树脂，但对合成树脂一般溶解力较差。如汽油 （2）高芳烃含量的石油溶剂，芳烃含量可高达80—93%，主要是各种三甲苯的混合物，沸点在100—210℃间，它有很高的溶解力，有淡的不难闻的气味。 null2.苯系溶剂 主要有甲苯和二甲苯。 甲苯：常用于混合溶剂，用于氯化橡胶涂料的溶剂级硝基漆的稀释剂。 Eg热塑性丙烯酸清漆配方： 丙烯酸共聚物（固体分50%） 65 甲苯 16 邻苯二甲酸丁苄酯 3 甲乙酮 16null 二甲苯：溶解能力强，挥发度适中，广泛用作醇酸树脂、氯化橡胶、聚氨酯以及乙烯基树脂的溶剂。它的溶解力还可以用加入10—20%的丁醇而增加，是用于烘漆、快干气干漆的溶剂，具有很好的抗流挂性能。 Eg：防污涂料用丙烯酸树脂的合成Eg：防污涂料用丙烯酸树脂的合成试剂：丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、偶氮二异丁腈、二甲苯、正丁醇均为分析纯试剂。 丙烯酸预聚物的合成： 实验前将丙烯酸类单体用旋转蒸发器进行减压蒸馏,得到纯的单体。取一定量的二甲苯与正丁醇的混合物放入四口瓶中,恒温水浴加热温度达80℃时,将一定质量配比的丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯以及偶氮二异丁腈的混合物装入烧杯中,溶解后,装入滴液漏斗中,将其安装在四口瓶上,开动搅拌装置,采用间歇加料法并控制滴液漏斗的流速,滴加完毕后再保温1小时左右。 null3.醇与醚 Eg乙醇：很少单独使用，常加少量甲醇。作为聚乙酸乙烯酯、聚酯、聚乙烯醇缩丁醛等溶剂。 正丁醇：挥发速度较慢，可和烃类溶剂及亚麻油等混溶，可用为油基漆，氨基漆和丙烯酸树脂，聚乙酸乙烯酯的溶剂，也可用于硝基漆的混合剂中。 null醚类一般在涂料中较少使用，但乙二醇的单醚和醚酯，如乙二醇单乙醚，乙二醇单乙醚醋酸酯、乙二醇单丁醚等都曾是涂料中的重要溶剂，它们可和烃类溶剂混溶，大部分还可和水混溶，是不少树脂的优良溶剂。它们常作为共溶剂的组分，特别是用于水性涂料中作为共溶剂和乳胶涂料中作为助成膜剂。但是，近来发现乙二醇的这类衍生物毒性太大，因此不宜继续使用，它们的代用品是丙二醇的单醚或醚酯。 null4.酮与酯 酮类溶剂主要有丙酮，丁酮和甲基异丁基酮。（1）丙酮挥发很快，溶解力很强，可用于烯类聚合物和硝基纤维素的溶剂，它常和其它溶剂合用。 （2）丁酮也是挥发快和溶解力强的溶剂，可用于烯类共聚物、环氧树脂、聚氨酯涂料中作溶剂，它也常和一些溶解力差的溶剂混用以改进涂料的成膜性和涂布性能。 （3）甲基异丁基酮用途和丁酮类似，但其挥发速度较慢。 （4）环己酮也是一种优良的溶剂，挥发速度较慢，但有难闻的味道。 null 酯类主要有乙酸乙酯和乙酸丁酯，它们以前都主要用于硝基漆，现在使用更为广泛，可用于多种合成树脂，特别是乙酸丁酯挥发速度较慢，更为合用。乙酸乙酯和丁酯的溶解力都低于酮类溶剂，酮类溶剂也较便宜，所以有被取代的趋势，但乙酸乙酯和丁酯的味道比酮容易为人所接受。 高固含量丙烯酸酯的合成高固含量丙烯酸酯的合成丙烯酸酯改性聚酯聚氨酯水分散体的合成丙烯酸酯改性聚酯聚氨酯水分散体的合成原　料 聚酯二元醇;异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI);二羟甲基丙酸(DMPA);N-甲基吡咯烷酮(NMP);甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA);甲基丙烯酸甲酯(MMA);偶氮二异丁腈(AIBN);三乙胺(TEA);去离子水。null5.氯代烃与硝基烃 很好的溶解性、沸点较低、但毒性很大，不宜在涂料中使用。可用于调节静电喷涂涂料的电阻（分子极性很高）。 随着对环保和安全健康的重视，越来越多的法律法规规定或建议不使用氯化溶剂类（三氯乙烷、氯甲烷等）。 二、溶剂的作用(重点)二、溶剂的作用(重点)1.降低黏度，调节流变性 由于含固量高，聚合物分子之间距离靠近、缠绕、互穿作用增强，使流动困难，因而黏度增加。溶剂与聚合物分子充分作用，使其舒展，减少分子间纠缠，从而降低黏度。 null 黏度的大小和氢键关系很大，含有大量羟基和羧基的低聚物溶液，由于相互间的氢键作用，粘度可以很高，但加一些像环己酮这样的溶剂，可使粘度降低很多。因为酮是氢键受体，而不是氢键给体，可以破坏由于分子间的氢键而形成的“网状”结构，从而大大降低粘度。 Eg：聚氨酯中由于氢键的作用，很容易形成胶冻，加入酮类溶剂可使其恢复流动。null2.改变涂料的电阻 涂料的电阻可用溶剂来调整，在高电阻涂料中添加电阻低的极性溶剂，电阻值低的涂料中添加非极性溶剂。 静电涂装法以被涂物为阳极，涂料雾化器为阴极，使两极间产生高压静电场，并在阴极产生电晕放电，使喷出的漆滴带电荷和进一步雾化，使沿电力线方向高效地吸附到被涂物上，完成涂装工作。静电涂装对涂料的电性能有一定的要求，为达到最好的效果。 null3.作为聚合物反应溶剂，用来控制聚合物的分子量分布 在制备高固体涂料的聚合物时，利用有合适的沸点和链转移常数的溶剂作为聚合物介质，可得到满意的分子量和分子量分布。例如，可用二甲苯、苯甲醇、甲基戊基酮、乙酸丙酯和庚酯等溶剂作为聚合溶剂，以制备分子量低而分布窄的丙烯酸酯聚合物。 null4.改进涂料涂布和漆膜性能 通过控制溶剂的挥发速度，特别是混合溶剂中不同溶剂挥发速度的调节，可以改进涂料的流动性，提高漆膜的光泽。选用合适的溶剂，可以改进对基材的润湿而增加漆膜的附着力等。null三、涂料溶剂选择的要求： 溶剂选择不好，可引起各种弊病。如挥发太快，流平性不好，还易使漆膜发白与起气泡等。另外，良溶液与不良溶液对漆膜结构和对颜料分散稳定性都有非常重要的影响，需要妥善选择。 null 发白的原因是溶剂挥发太快，涂装时涂料表面迅速冷却，使周围达到露点温度以下，水气凝结成小滴渗入漆膜中，表面成半透明的白色，待最后水分挥发后，留下了很小的空隙，由于散射，漆膜没有光泽。 气泡是因为挥发速度太快，表面很快固化，底层溶剂不能逸出，在进入烘箱时，残留的溶剂从底层挤出表面，于是形成气泡。从挥发快慢考虑，涂料溶剂的选择要平衡下列各种要求：从挥发快慢考虑，涂料溶剂的选择要平衡下列各种要求：（1）快干：挥发要快 （2）无缩孔：挥发要快 （3）无边缘变厚现象：挥发要快 （4）无流挂：挥发要快 （5）流动性、流平性好：挥发要慢 （6）无气泡、不发白：挥发要慢 null 对溶剂还要求色浅、透明、化学性质稳定、无刺激性气味、毒性小。 从历史上看，几乎所有的涂料都是溶剂型涂料，到目前已有水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料和光固化涂料等。 四、高固体份涂料溶剂的选择四、高固体份涂料溶剂的选择1.对溶剂的要求包括溶解力强、降低黏度效果好、毒性小、来源广泛、成本低 2.使用有高溶剂化能力的高沸点溶剂来获得良好的流动性。 3.使用部分免除环保限制的溶剂：采用非光化学活性溶剂部分取代光化学活性溶剂。如1,1,1-三氯乙烷，没有光学活性，进入大气不产生光化学烟雾。null如：尼龙酸甲酯是一种高沸点环保溶剂，杜邦命名DBE，首诺命名DME，国内又名NME 。 DBE是一种无毒、无色透明的液体，有淡淡酯的芳香味，具有超强溶解能力，是可生物降解的环保型高沸点溶剂广泛用于汽车涂料，彩色钢板涂料，罐头涂料，漆包线和家电料、家具木器涂料等行业。 null环保型涂料涂料工业的一个重要发展方向是开发省溶剂、省资源、低污染涂料——水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料等。一、水性涂料null涂料树脂水性化可通过三个途径： （1）在分子链上引入相当数量的阳离子或阴离子基 团，使之具有水溶性或增溶分散性； （2）在分子链中引入一定数量的强亲水基团（如羧 基、羟基、氨基、酰胺基等），通过自乳化分散于水中； （3）外加乳化剂乳液聚合或树脂强制乳化形成水分散 乳液。有时几种方法并用，提高稳定性。制备水溶性涂料时，应兼顾其它性能（如耐水性、耐腐蚀性等），因此聚合度应适当（最好能较大），亲水基应适量（最好能较少）。null水性涂料与溶剂型涂料比较，具有以下优点： （1）水性涂料仅含很少量的助溶剂和成膜助剂，污染小，避免了易燃易爆危险性； （2）涂膜均匀平整，展平性好； （3）可在潮湿表面施工，对底材表面适应性好，附着力强水性涂料面临的问题： 水挥发比有机溶剂难； 　水的表面张力大，对颜料的分散和涂料的涂布不利 　对金属的腐蚀，需加入助溶剂、表面活性剂、还原剂等，而这些助剂又会带来不同的负面影响； 　配制比溶剂型复杂。null二、粉末涂料 是一种含100%固体，不使用溶剂的粉末状涂料，它是随各种粉末涂装方法的开发，在粉末塑料的基础上发展起来的。静电粉末涂装法null流动床浸渍法熔射法null粉末涂料的优缺点不使用溶剂，因而污染小，不用担心溶剂中毒和引起火灾；涂料利用率可接近100%；涂装工艺易自动化；涂膜性能优良。储存时易结块；调色困难，闪光型面漆的光泽较差，烘烤温度比一般的要高。需防止粉尘污染和粉尘爆炸；粉末涂料的分类热塑性粉末涂料—以热塑性树脂为基料。热固性粉末涂料—由基本树脂和交联剂的混合物组成。