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涂料中溶剂分类及性质解析
2022年06月07日    阅读量:8083    新闻来源:中网信息  |  投稿

一、什么是溶剂?

任何一种具有可溶化其他物质能力的液体,且能生成均匀的溶液,均可称为“溶剂”,水也是一种溶剂,只是溶解的对象与有机溶剂不同而已;而有机溶剂狭义的说是液体把固体溶解,成为其它结构,并无改变成其它新物质的液体。

目前油墨及涂料的溶剂,一般都是挥发性的有机溶剂;其主要功能是控制与调节涂料粘度,即在溶解涂膜形成时给与适当的粘度。溶剂选用和加入量的适当与否,会影响涂料的流动性、干燥速度涂料在线coatingol.com


二、溶剂的性质

1. 溶解力

溶解力是指溶剂能把成膜物质溶解分散的能力,能使成膜物质均匀的分散在溶剂中而形成稳定的溶液。溶剂的溶解力与涂膜形成物的种类有关;溶解的规则是极性树脂需要极性溶剂(如醇类、酯类、酮类);非极性脂肪族碳氢化合物能溶解涂料油(如油性清漆、长油性醇酸树脂)。因此,正确选择溶剂必须了解与每种成膜物质相应的溶剂品种,否则会造成混浊、沉淀、析出、失光甚至报废。

2.溶剂的作用

溶剂的主要功能是溶解与稀释固体或高粘度的成膜物质(树脂与油类),使其能容易地涂饰于工件表面,并使它流平而形成平整连续均匀的薄膜。溶剂的品种和数量在很大程度上决定了液体涂料的许多性能,如粘度、干燥速度、毒性、气味、易燃、易爆等;需要谨慎选择与调配溶剂。

3.溶剂的挥发速度

挥发速度是指溶剂从涂层中挥发到空气中的速度。其决定涂层处于流体状态的时间长短。影响溶剂挥发速度的因素很多,关系最大的是溶剂的沸点。溶剂挥发速度同溶剂的沸点大致成正比。


三、溶剂的分类

溶剂一般可就其沸点、极性、化学组成、用途、溶解力强弱及蒸发速度等来分类。

1.按沸点分类

沸点低于100℃ 的称为 “低沸点溶剂”,如丙酮、乙醇、醋酸乙酯、苯、甲乙酮等;有利于防止湿涂层的流挂,其挥发快、易干燥、粘度低,通常具有挥发气味。

沸点在100℃~150℃ 之间的称为“中沸点溶剂”,如甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、甲异丁酮、丁酯等,其挥发速度适中,在涂层中继低沸点的溶剂挥发后,有利于涂层的流平形成致密的漆膜,在工业中广泛使用。

沸点在150℃~200℃ 的如环己酮、醋酸戊酯、乙二醇丁基醚、环己醇、松节油等称作“高沸点溶剂”,挥发较慢,在涂层中最后挥发,既有利于流平,也能防止挥发型漆因潮湿和低温造成的涂层变白等。

增塑剂:此种溶剂较少用于溶解上,多用于添加剂上,如可塑剂、软化剂等,沸点在300℃以上,几乎没有蒸发性,用于改变高分子的硬度,不可多加,以免不干。

2.按化学组成分类

碳氢溶剂:此类以脂肪族及芳香族为主,脂肪族有可分为直链的石蜡族碳氢化合物;芳香族溶剂是以苯为核心,苯、甲苯、二甲苯应用极广。

含氧溶剂:此类溶剂由于碳氢二元素外,含有氧元素,故溶解力较强,如酒精、丙酮、醋酸乙酯等。

3.按极性分类

是按其是否导电而分类的,所谓的能导电的称为“极性溶剂”;例如:醇类、酯类、酮类等,而其它导电性有强弱大小不同。

4.按蒸发速度分类(此分类以醋酸丁酯(BAC)为基准,在室温下比较)

快干型:较BAC快3倍以上;

中干溶剂:较BAC快1.5倍以上;

慢干溶剂:其挥发速度介于醋酸丁酯(BAC)和戊醇之间者;

极慢干溶剂:如环己酮、二乙二醇醚等。

5.按溶解力分类

真溶剂:又称“活性溶剂”,对某具体树脂来说能够单独溶解者;例如对硝化棉能真正溶解的酯、醚、酮类溶剂。

助溶剂:又称“潜溶剂”,单独使用时无实际溶解能力的,但当与真溶剂并用则可增加溶解力的溶剂;如醇类。

稀释剂:本身无真正溶解溶质作用,但在某些溶剂中调整粘度以利于作业者;一般涂装使用的涂料稀释剂称为“香蕉水”(天那水),如苯类。

一般混合溶剂中真溶剂、助剂与稀释剂的比例约为35:15:50,而低、中、高沸点溶剂的比例约为25:65:10。


常见溶剂的极性顺序表

强极性溶剂:

甲醇〉乙醇〉异丙醇

中等极性溶剂:

乙氰〉乙酸乙酯〉氯仿〉二氯甲烷〉乙醚〉甲苯

非极性溶剂:

环己烷,石油醚,己烷,戊烷

单一溶剂的极性大小顺序为:

石油醚(小) →环己烷→四氯化碳→三氯乙烯→苯→甲苯→二氯甲烷→氯仿→乙醚→乙酸乙酯→乙酸甲酯→丙酮→正丙醇→甲醇→吡啶→乙酸(大)

混合溶剂的极性顺序:

苯∶ 氯仿(1+1)→ 环己烷∶乙酸乙酯(8+2 )→氯仿∶丙酮(95+5 )→苯∶丙酮(9+1 )→苯∶乙酸乙酯( 8+2)→氯仿∶乙醚( 9+1)→苯∶甲醇( 95+5) →苯∶乙醚( 6+4)→环己烷∶乙酸乙酯( 1+1 )→氯仿∶乙醚( 8+2)→氯仿∶甲醇( 99+1)→苯∶甲醇( 9+1)→氯仿∶丙酮( 85+15 )→苯∶乙醚( 4+6)→苯∶乙酸乙酯( 1+1)→氯仿∶甲醇( 95+5 )→氯仿∶丙酮( 7+3)→苯∶乙酸乙酯( 3+7)→苯∶乙醚( 1+9)→乙醚∶甲醇( 99+1 )→乙酸乙酯∶甲醇( 99+1 )→苯∶丙酮( 1+1 )→氯仿∶甲醇( 9+1)

说明一下: 苯∶甲醇( 95+5 )的意思是95 体积的苯混合5 体积的甲醇配成混合溶剂!

常用混合溶剂:

乙酸乙酯/ 己烷:常用浓度0~30%。但有时较难在旋转蒸发仪上完全除去溶剂。

乙醚/ 戊烷体系:浓度为0~40%的比较常用。在旋转蒸发器上非常容易除去。

乙醇/ 己烷或戊烷:对强极性化合物5~30%比较合适。

二氯甲烷/ 己烷或戊烷:5~30%,当其他混合溶剂失败时可以考虑使用。

官能团极性大小比较

烷烃( —CH3,—CH2—)<烯烃( —CH=CH —)<醚类( —O—CH3,—O—CH2—)<硝基化合物(—NO2) <二甲胺( CH3—N—CH3)<脂类( —COOR )<酮类( —CO—)<醛类(—CHO)<硫醇(—SH)<胺类(—NH2)<酰胺(—NHCO—CH3)<醇类(—OH)<酚类(< Ar—OH)<羧酸类( —COOH )

常用流动相极性

石油醚<汽油<庚烷< 己烷<二硫化碳<二甲苯<甲苯<氯丙烷<苯<溴乙烷<溴化苯<二氯乙烷(DCM) <三氯甲烷<异丙醚<硝基甲烷<乙酸丁酯<乙醚< 乙酸乙酯<正戊烷<正丁醇<苯酚<甲乙醇<叔丁醇<四氢呋喃<二氧六环<丙酮< 乙醇<乙腈<甲醇<氮氮二甲基甲酰胺(DMF) <水

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四、常用溶剂的种类与性质

1.脂肪烃类溶剂

脂肪烃类溶剂的化学组成主要是链状碳氢化合物,系石油分馏产物。

①石油醚是石油的低沸点馏分,为低级烷烃类的混合物;现在涂料中用的较少。

② 200#油漆溶剂油是由含C4~C11的烷烃、烯烃、环烷烃和少量芳香烃组成的混合物,主要成分是戊烷、己烷、庚烷和辛烷等。由原油直接蒸馏制得的直馏汽油基本不含烯烃,通过裂化而得的汽油则含有相当的烯烃,做溶剂使用的汽油要求不含裂化馏分和四乙基铅。

200#油漆溶剂油是溶剂汽油中的一种,其沸程范围为145℃~200℃。因开始是代替松节油使用,故历史上称为“松香水”,在国外称“矿油精”。

2.芳香烃类溶剂

芳香烃类溶剂是目前工业中用量最大的一种,根据来源分为焦化芳烃和石油芳烃两大类。焦化芳烃系由煤焦油分馏而得,石油芳烃系由石油产品经铂重整油、催化裂化油及甲苯岐化油精馏而得。

①苯(BENZE)可与大多数有机溶剂相混溶。在涂料中主要用途是和醋酸丁酯、丙酮和丁醇配合使用,作为硝基漆稀释剂。

②甲苯(TOL)可与多种有机溶剂混合。挥发速度是二甲苯的3倍,故很少作为溶剂使用,主要是混合溶剂中的组分之一。

③二甲苯(XL)常用字的是邻、间、对位二甲苯三种异构体的任何一种都不适合单独作为溶剂在涂料中使用。工业混合二甲苯系无色透明液体,具有芳香烃特有的气味,有时会发出微弱的荧光。

涂料工业中常用无水二甲苯,其不溶于水,可与乙醇、乙醚、芳香烃和脂肪烃溶剂混溶。溶解力强、挥发速度适中,是目前用量最大的一种溶剂。

③溶剂石脑油为无色或浅黄色液体,系煤焦轻油分馏所得的焦化芳香烃类混合物。沸程为120℃~200℃,主要有甲苯、二甲苯异构体、乙苯、异丙苯等组成。

④高沸点芳香烃溶剂,石油芳烃的重芳烃是提取C8馏分以后,余下的C9、C10等高沸点馏分的混合物。其开始称“重芳烃”为代替二甲苯用,后发现特殊价值,进一步分出不同馏分,可延伸沸点,溶解和挥发速度特优,是我国涂料工业使用较多的进口产品。

其优点主要是芳香烃,在涂膜干燥、溶剂挥发的全过程都有高度溶解力;故使涂膜无结皮现象,并具有光泽;可与二甲苯混合,提高挥发速率;也可与200号溶剂汽油混合,提高溶解力;闪点较高,较安全。

3.萜烯类溶剂

来源于松树,是较早的溶剂;常用松节油、双戊烯。

4.醇类溶剂

醇、酮、酯、醇醚这四类溶剂常常被称为“含氧溶剂”;即分子中含有氧原子的溶剂。溶解范围宽,可溶解多数树脂,常与其他溶剂混合使用。

乙醇(ETHONL),俗称“酒精”,常与其他溶剂混合配制,作为稀释剂。

异丙醇(IBA),溶解力和挥发速率与乙醇接近,嗅味强烈;主要用于硝基纤维素和醋酸纤维涂料的助溶剂。

正丁醇(NBA)无色透明液体,有特殊的芳香气味,能与醇、醚、苯等多种有机溶剂混溶。正丁醇与二甲苯的混合溶剂广泛用于氨基烘漆和环氧树脂漆中;正丁醇是硝基纤维树脂的助溶剂,由于其沸点较高,挥发较慢,故有“防白作用”;其弊端是粘度较大。

5.酮类溶剂

酮类溶剂是另一类含氧溶剂。

①丙酮(ACT),是沸点低,挥发速率快的强溶剂,是挥发性涂料的良好溶剂。由于其快速挥发的冷却作用,能引起空气中水蒸气在涂膜表面的冷凝,而导致涂膜表面结霜发白,故常和能其防白作用的低挥发醇类和醇醚类溶剂共同使用。

②甲乙酮(MEK)—溶解力和丙酮差不多,但挥发速率较慢,是硝基纤维素、丙烯酸树脂、乙烯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂常用的溶剂之一。

③甲基异丁基酮(MIBK)比甲乙酮挥发还要慢,溶解力强,性能良好,常和其他溶剂混合使用。

④环己酮(CHK)是一种强溶剂,挥发速度较慢,对多种树脂有优良的溶解力,主要用于聚氨酯、环氧树脂、乙烯树脂涂料;可提高漆膜附着力,并使漆膜平整美观。

⑤异佛尔酮(IP)—是一种淡黄色的液体,有类似樟脑气味,具有较高的沸点,很低的吸湿性,较慢的挥发速度和较好的溶解力,能与大部分有机溶剂和多种硝基纤维素涂料混溶。

⑥二丙酮醇—为无色无味的透明液体,常用配制静电稀释剂。

6.酯类溶剂

酯类溶剂也是含氧溶剂的一种。涂料中常用的酯类溶剂大多数都是醋酸酯,也有少量有机酸的酯类。此类溶剂中CAC是PU涂料的极其重要的溶剂(PU慢干水)。

①醋酸乙酯(EAC)是无色透明液体,有水果香味,能与大多数有机溶剂混溶,能溶解植物油、甘油松香酯、硝化纤维素、氯乙烯树脂及聚苯乙烯树脂等,在涂料中可以用作硝化纤维素、乙基纤维素、聚丙烯酸树脂及聚氨酯树脂的溶剂。

②醋酸正丁酯(BAC)—系无色液体,有水果香味,难溶于水,也较难水解,能与醇、醚等一般有机溶剂混溶;对植物油、甘油松香酯、聚醋酸乙烯树脂、聚丙烯酸树脂、氯化橡胶等有良好的溶解能力,是硝基纤维素涂料、聚丙烯酸酯涂料、氯化橡胶涂料、聚氨酯涂料中常用的溶剂。

③醋酸异丁酯(IBAC)—与BAC性质类似,但闪点比较低,为17.8℃。

④高碳醇醋酸酯—是醋酸己酯、醋酸庚酯、醋酸葵酯三种高碳醇的醋酸酯,作为高沸点的酯类溶剂,它既有含氧溶剂的较高的溶解能力,又保持有烃类溶剂的性质。

现有将醋酸己酯用于对潮气敏感的各种气干型涂料中,其较慢的挥发速度可有效地减少涂膜的“发白”倾向,同时其自身又有一定的挥发速度,可以快干,在硝基纤维素涂料、双组分聚氨酯涂料及挥发型丙烯酸树脂漆中具有独特的优势。

7.醇醚及醚酯类溶剂

①乙二醇乙醚—又称为甘醇乙醚或乙醇溶剂纤剂,为无色液体,有温和的香味属于“剧毒”类。能与水、醇、醚、丙酮等多种溶剂混溶,是水性涂料的很好的助溶剂。

②乙二醇丁醚又称甘醇丁醚或丁基溶剂纤剂,为无色液体,唯有香味;能溶解于丙酮、苯、乙醚、甲醇等有机溶剂,是硝化纤维素涂料的优良溶剂,并可起防白作用。在大多数涂料中使用,可起防皱、防雾,提高涂膜流动性和光泽的作用;是水性漆的良好助溶剂。

③乙二醇乙醚醋酸酯——又称甘醇乙醚醋酸酯、乙基溶纤剂醋酸酯或醋酸-2-乙氧基乙酯,为无色液体,微有芳香味。由于其分子结构中含有醚和酯的结构,能与多种溶剂相混合,具有高溶解力,可溶解油脂、松香、氯化橡胶、硝基纤维素、醇酸树脂、酚醛树脂等等多种涂料产品。其挥发速度较慢,利于涂膜流平,使涂膜均匀,光泽附着力提高;在水性涂料中常用于助溶剂。

④丙二醇醚类溶剂——包括丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚及其酯类。其化学性质与乙二醇醚类溶剂相似,但是毒性低的多,国外目前正逐步用其代替乙二醇醚类溶剂。

丙二醇醚类溶剂具有溶解能力强、挥发性慢的性质,可以提高涂膜的流平性、光泽和丰满度,克服某些涂膜常见的病态,是硝化纤维素涂料、氨基醇酸涂料、丙烯酸树脂涂料、环氧树脂涂料的良好溶剂;因与水可以任意比例混溶,也是水性涂料最佳助溶剂及成膜助剂。

⑤二乙二醇醚类溶剂——此类溶剂一般沸点较高,常在制漆中添加,用于改善刷涂性、流平性以及涂膜层间附着力;很少用于二次调解粘度和稀释,在此不多介绍。

8.常用溶剂的沸点与挥发速度

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总 结

通过上述分析可以得出:溶剂作为涂料的重要组成成分,在涂装成膜中具有不可代替的作用,选择和加入量是否合理将直接影响涂膜质量。

目前,因为涂装的环境和基材的差异性较大,家具涂装国内外研究中还没有通用定量的实验;但应遵循以下原则:

设计涂装工艺时应预先注意溶液在已知浓度中的粘度,防止加入树脂中到某一定量时树脂发生沉淀现象;即确定稀释极限。

溶剂的挥发性会影响蒸发速率,蒸发速率将影响树脂的流动性和流平性,即影响成膜质量;其与涂装的方式关系极大,其中喷涂蒸发速率最大,刷涂次之,淋涂、浸涂依次减小;因此在加入时应根据涂装方式进行选择,一般来讲,沸程宽溶剂的适应范围较广。

溶剂的蒸汽已经确定为空气的污染物来源之一,但因目前尚无法完全取代,应该根据溶剂毒性之大小,在溶解力、作用差异不大的情况下尽量选用毒性较小的溶剂(特别是清洗用的稀释剂);一般毒性由大到小依次为:第一类,苯、氯化烯、三氯甲烷等;第二类,酮类、醇类、酯类、甲苯、二甲苯等;第三类,汽油、石油精、松节油、矿油精等。

溶剂的闪点是当火焰在液体表面蒸汽上,可点燃的最低温度,是发生火灾的可能指示;选用时必须充分考虑,并在工艺规程中明确规定处理方法。

成熟的工厂应建立完善的当地气候记录和施工记录以及病例档案,包括温度、湿度、变化范围等,积累基础资料,便于获得更加科学的实验数据,根据变化制定合理的溶剂使用工艺规程。

总之,涂装中涂膜的许多缺陷是由溶剂的选择和使用不当造成的,同时工厂火灾的隐患与忽视溶剂、溶剂废弃物、沉积物的管理有关,根本上的原因是由于对使用的溶剂性质和用途不十分了解造成的。因此,对溶剂的慎重选择将是保证获得高品质的产品和安全生产的基础。


标签:原材料辅料与设备技术中心涂装涂料助剂
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