涂料用溶剂有什么作用?
溶剂在涂料中的作用往往不为人们所重视,认为它是挥发组分,最后不会留在涂膜中,所以对涂膜的质量不会产生很大的影响。其实不然,各种溶剂的溶解力及挥发速率等因素对于涂料的生产、贮存、施工等方面,以及涂膜的光泽度、附着力、表面状态等多方面性能都有极大的影响。溶剂在涂料中所起的作用如下。溶剂可以溶解并稀释涂料中的成膜物质,降低涂料的黏度,便于涂刷或喷、浸、淋等工艺。涂料的黏度主要与树脂的性质、溶剂的组成、树脂的浓度、颜料浓度以及温度有关。在同系物溶剂中,涂料的黏度通常随溶剂分子量的升高而升高。由于溶剂分子量的升高降低了溶剂的溶剂化能力,所以说涂料黏度与溶剂化能为有关似乎很合理。但对不是同系物的一系列的溶剂比较表明,溶剂黏度与溶剂化能力无关。树脂溶液的黏度是由多种树脂一溶剂之间的相互作用力所决定的,也受溶剂本身的黏度、树脂分子的非卷曲程度、树脂的分子量、溶剂与树脂分子间的氢键、溶剂分子之间的氢键等的影响。也就是说,涂料的黏度并不是当混合溶剂的参数值落在树脂溶解区域的中心时才为最低,因为树脂分子在其溶解度区域中心为高度伸展的(体积为最大)。溶剂的溶解度参数如果正好位于该区域中心,则配制的涂料黏度特别高。为了获得低黏度的涂料,可使用溶剂的添加剂,调整溶剂的溶解度参数值,使其位于树脂的溶解度区域边界,但如果超出边界的话,溶液会变得浑浊,黏度也会突然上升。含有醇类溶剂的涂料或含羟基树脂的黏度可以通过加少量非溶剂而降低(200号溶剂油)。在这个稀释过程中,氢键明显遭到破坏。
溶剂型涂料是以有机溶剂为分散介质而制得的涂料。虽然溶剂型涂料存在着污染环境、浪费能源以及成本高等问题,但溶剂型涂料仍有一定的应用范围,还有其自身明显的优势。
首先从性能比较来看,溶剂型涂料仍占很大优势。涂料溶剂主要包括三大类产品,第一类是烃类溶剂,根据不同沸点进行分级; 第二类,也是应用最为广泛、最为主流的一类,是含氧溶剂类;第三类则是最为独特的溶剂-水。
中文名
溶剂型涂料
外文名
Solvent-based paints
快速
导航
性能
种类
烃类溶剂:通常是不同分子量材料的混合物,并且通过沸点不同进行分级,包括:脂肪族烃、芳香烃、氯化烃和萜烃等产品。
含氧溶剂:分子中含有氧原子的溶剂。它们能提供范围很宽的溶解力和挥发性,很多树脂不能溶于烃类溶剂中,但能溶于含氧溶剂。常见的包括醇、酮、酯和醇醚等产品。
水:作为独一无二的溶剂类型,水分子中存在两个活泼的氢离子和一个电负性的氧分子,与醇类形成线性链不同,水分子在三维阵中相结合,类似于交联聚合物。当水分子以这种方式相互结合时,其次价键的强度要大于醇类。与醇作溶剂相比,采用水作溶剂需要更大的能量来分离分子并将它们与其它材料结合。这意味着水对许多树脂材料而言是一种高效的溶剂,与此同时它又存在着比能高、沸点高的缺点。与多数溶剂不同,水的蒸发速率受到施工时周围环境的相对湿度和贯穿湿膜气流的很大影响。最后,代表水低蒸汽压力的同样独特的分子结构也造就了其较高的表面张力。这直接影响到涂料产品的润湿能力和对基材的粘结性。这种由氢离子提供的高表面能造成了水润湿以及获得对低表面能基材良好粘附键的困难[1] 。
①降低粘度,调节流变性
聚合物溶液的粘度与溶剂性质有关。涂料是一种浓度较高的溶液,聚合物在良溶剂里的溶液比同浓度的不良溶剂的溶液粘度要低。粘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,可使标线涂料粘度降低很多。
②控制涂料的电阻
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。
③制备分子量低而分布窄的丙烯酸酯聚合物
④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,可以改进标线涂料的流动性,提高漆膜的光泽。选用合适的溶剂,可以改进对路面的润湿而增加附着力等。
因为涂料的主要成分是油脂、油脂加工产品、纤维素衍生物、天然树脂或合成树脂。所以在活性溶剂中,树脂分子在溶液中可以充分伸展, 虽然分子间缠绕较多,但分子链柔顺性较好而在填充溶剂中,高分子链柔顺性较差,不易于解缠结, 表现为粘度明显增加。
另外,涂料用树脂多是极性的,含有能形成氢键的基团如羟基或氨基等。这些基团的存在使得树脂分子之间倾向于相互缔合,增加了溶液的粘度。为减少这种倾向,加入氢键接受型溶 剂如酮、醚和醇类可以有效地降低体系粘度。加入颜料和填料也会在相当程度上增加涂料的粘度。
在配制涂料时,为了使粘度满足产品施工要求,应综合考虑溶剂粘度和溶解力,以达到最佳平衡。
合理选择主活性溶剂和填充溶剂 并不是所有溶剂都可溶解聚合物: 我们将对聚合物具备溶解能力的有机溶剂称为活性溶剂(中等和强氢键溶剂),对聚合物不具备或仅有,微弱溶解能力的有机溶剂我们称为填充溶剂。
活性溶剂特点:多数带极性基团,普遍价格较高。
主要有下列几大类:
酮类:丙酮、丁酮、甲戊酮、甲基异丁基酮及环己酮等。
酯类:醋酸乙酯、醋酸丁酯及醋酸异丙酯等。
醇类:乙醇、正丁醇、异丙醇等。
带多于两个官能团的溶剂:乙二醇丁醚(BCs)及丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)等。
在涂料中溶剂发展的方向低毒甚至无毒化 如果大量吸入的话,所有溶剂都有毒! 美国国会在1990 年列出了将要减少使用危害空气污染物(HAP)清单。其中包括MIBK、BCs、芳烃、甲醇、 乙二醇及乙二醇醚等。
以下对几类高效溶剂进行重点介绍:
二丙酮醇 其分子中含一个酮基和一个羟基。因此是许多树脂如醇酸树脂,环氧树脂,聚醋酸乙烯树脂和醋酸纤维 素的良好溶剂。其沸点为166,由于强氢键作用,相对挥发速率为0.15。二丙酮醇仅应用于乙烯基树 脂涂料不够,其它塑胶涂料甚至卷材涂料也可大量采用,实际上,二丙酮醇对纤维素醚、丙烯酸树脂、 苯氧树脂和环氧树脂有非常强的溶解力。
醇醚类溶剂 醇醚类溶剂是一种含氧溶剂,主要是乙二醇和丙二醇的低碳醇醚。组成中既有醚键,又有羟基。前者具 有亲油性,可溶解憎水化合物,后者具有亲水性,可溶解水溶性化合物。醇醚类溶剂在溶剂型涂料中与 其它溶剂混合使用,特点是在大多数溶剂挥发后仍能保持涂膜的流平性。 乙二醇醚类溶剂由于毒性原因正被其它低毒溶剂所取代,目前,丙二醇醚类溶剂在涂料中正被广泛使用。
醚酯类溶剂 醚酯类溶剂是一种多官能团的中,高沸点含氧溶剂,分子中既含有醚醚,又含有酯键和烷基。同一分子 中的极性部分和非极性部分既相互制约排斤,又各自起到其固有的作用。它对多种树酯的高溶解力,对 其它溶剂的高比例混溶性以及挥发速率较慢等综合性能,可使涂料在大多数溶剂挥发后,仍能保持良好 的流动性。使涂膜均匀,光泽和附着力得到相应提高。涂料用的醚酯溶剂主要是二醇醚的醚及烷氧基丙 酸酯(如EEP:3-乙氧基丙酸乙酯)。目前应用最广泛的是丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)。