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纸板机    沈阳    
2023年09月23日

高性能的涂料溶剂

在几乎所有配方都是溶剂型的涂料配方黄金时代,对配方师而言,溶剂给涂层带来的效率远比基料体系在溶剂中的溶解程度重要。如今的配方标准对降低VOC含量的要求不断提高,因此,粘度尽可能低和固含量尽可能高的高效基料体系与实际施工时使涂膜无缺陷同样重要。

现代配方师必需尽可能在溶剂量减少或非最优溶剂品种下发掘出最好的应用性能。这种溶剂或溶剂混合物必须有效溶解涂料的基料体系,这使得现代的溶剂体系更加复杂,通常都是由几种溶剂组合而成,在某种程度上能协同提供树脂的溶解性,同时满足涂料粘度或应用的需要。区分传统溶剂或商用溶剂与这些经调整的特殊性能新溶剂的最简单方法是为新产品制定全新的分类,统称其为“高性能溶剂”。

溶剂和树脂的关系 — 溶解(性)

很显然,涂料配方中树脂或基料部分必须被某种介质溶解,从而便于进一步加工和最终的施工。树脂的定义是不定型的分子链聚合体物质,由相邻聚合物链之间的次价吸引力缠结并固定在位置上。由比如高速分散机产生的动能可以部分克服这些次价吸引力,使聚合体物质伸展、移动,从而让相对较小的溶剂分子进入聚合物。如果聚合物链的分子间力大于溶剂分子与聚合物链之间的力,则不发生溶解。这时,所加入的溶剂对那种聚合物来说是一种非溶剂。

但是,如果溶剂对聚合物链的吸引力大于其对相邻链的吸引力时,次价键就会在动能的作用下断裂,进入的溶剂会从旁边取代聚合物链。聚合物链的再结合已不太可能,因为溶剂分子已经聚集在了餐桌键合位置。这一过程会一直延续到整个聚合物或树脂物质,直至聚合物链分离并解除缠结,树脂链浮离出来并均匀分散于涂料系统中。

这种溶解的树脂胶浆之间和与涂料其它组分(包括颜料、填料和改性剂等)的相互反应程度造就了最终产品的粘度。粘度在许多情况下都对涂料产品非常重要,从接下来的加工性能,到将涂膜涂到基材上的应用性能,以及最终干涂层产生的裂纹/瑕疵数目等都大有关系。

溶剂 — 既恨又爱

如今,由于法规和经济的原因,溶剂已经因为其作为物理物质的缺陷而限于不利的境地。它们价格昂贵;容易四处流淌,清洁不方便;大多数在某些程度上可燃,并可能引发爆炸危险;许多都有毒害……溶剂在全球的使用造成了珍贵的石油资源的损耗,并且在使用不当时还会弊大于利。90年代成本的上升,自2000年秋季起价格进一步上扬,以及VOC限制法规的出台都令配方师在很大范围内对溶剂进行重新的审视。配方师对溶剂可以说是既恨又爱。另一方面,对溶剂使用的最小化又对配方师的智力提出了挑战。

适用的高性能溶剂种类

总共有10种溶剂,三大类。第一大类溶剂为烃类,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。

第二大类并且是最重要的一大类是经氧化的溶剂,大多数高性能溶剂就在这类溶剂之中。这类纯化合物在分子的某些部位存在氧,并具有对大多数类型涂料树脂的溶解能力。包括 :醇、乙二醇醚、酯、酮和硝基烷。

最后一个完全独立的大类就是那个奇怪的小分子,独一无二的溶剂 — 水。把水独立分类是由于其分子结构,对涂料应用而言是时好时坏。在水中有两个活泼的(暴露的)氢离子和一个电负性原子(氧)。与醇类(类似结)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(更能抵抗分裂)醇的。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。这就是高性能溶剂

走上前线的原因:它们首先能在保持水其它优点的前提下修复其较差的接触角参数。

在大多数乳液水性体系或溶剂型体系中,加入上述高性能溶剂十分必要。它们在业内有许多名称,但一个叫共溶剂的大类已在行业里使用了多年。共溶剂可以包含比例高达15%或更多的水性配方,该比例根据所需配方的系统类型变化。这类原材料有各种用途。

在乳液中,它们可以作为聚结剂、冻融稳定剂、流平和湿边助剂。在醇酸树脂和丙烯酸树脂溶液中,它们有助于增加低挥发性基料的溶解能力,加速水分释放、调节干燥速率,改善流动性、流平性并控制起泡。许多共溶剂被用于辅助颜料的分散。此外还可用作偶合剂,可将不能融合的水和树脂混合物转变成稳定的分散体系。

高性能溶剂作为聚结剂

由于乳胶涂料的固化方式,人们总是很关心悬浮在基料中的小滴聚合物能与相邻的涂膜结合。比如,乳胶涂料必须在很窄的温度范围内进行施工,因为其玻璃化温度(Tg)必须在室温以下,或施工时必须加热从而使涂膜聚结。在这种情况下,高性能溶剂能起到共聚合的作用。只要很少量的这种溶剂原材料就能用作外加增塑剂。当涂料

中的水分蒸发,铁运溶剂分子就留在树脂小球之间。水分蒸“今年以来发以后,它就迁移进入乳胶树脂小滴并使之膨胀,从而使它们聚结成连续的涂膜。

高性能溶剂作为分散剂

某些分散剂对干膜的耐水性和耐腐蚀性具有消极作用。配方师常常试图采用高性能溶剂削弱这些作用,这里高性能溶剂可作为分散助剂使用。它们具有相对于某些表面活性剂的优势,因为在干燥过程中它们能完全从涂膜蒸发,而不是留在那里作水分的吸收剂。

高性能溶剂作为消泡剂

高性能溶剂还能在某些体系中用作消泡剂,这是因为其不溶于水,但能赋予泡沫单元壁以较低的表面张力。它们只需很少的用量,并具有产品固化时不会产生干膜问题的优点。

高性能溶剂作为涂膜改性剂

配方师经常用高性能溶剂来延长湿膜流动性、延缓流变复原从而改善流平性。某些快干涂料需要湿边改性剂来消除重叠区域的原料集结。那么某些高性能溶剂就能使重叠区域流平,消除重叠印记。

高性能溶剂在水性溶液中

某些高性能溶剂在水性溶液中用作偶联溶剂以提高基料的溶解度。要使这种作用恰到好处,溶剂和水必须同时离开涂膜。高性能溶剂通过在配方中与水形成共沸混合物确保达到上述要求。共对主机、油源和控制系统等做好保养沸混合物是多种溶剂的混合物,有一个较低的固定沸点,任何孤立的溶剂都能从溶剂之间形成的氢键获益。此外,当将水作为一种稀释剂加入大

多数溶液体系时,其粘度并非呈线性下降,实际上粘度反而会事与愿违地有所上升。加入某些高性能溶剂能减轻这种效果,并改善降低粘度的功效。

关于HAP、VOC和MIR的法规

法规要求我们具备将上述溶剂以一六角网机种优化配方师控制参数的方式组合起来的能力,这种参数可以是有机挥发物总含量,或有害空气污染物含量,或是较低的反应速度。HAP是有害空气污染物含量,或任何通过吸入法或其它暴露途径存在或可能存在的空气污染物,会对人体健康产生威胁。

VOC是指任和技艺高深且积极进取的优秀员工团队何包括一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物或金属碳酸盐以及碳酸铵等参与大气光化学反应的碳化合物。由于这些物质被认为在所有大气水平下都容易产生问题,因而在涂料中,人们根据涂料的类型对其作出了规定,VOC在配方中的数量以g/l表示。去除VOC的溶剂在对VOC限量较低的配方中十分有用。达到VOC含量限制的材料包括如下物质:

◆ 20℃下VP(蒸汽压力)20℃且不升华。

降低配方的MIR(最大累积反应活性)对涂料工业而言是一个很新的课题,当人们认识到并非所有的VOC成分与大气反应形成臭氧的活性都相同。成形机床臭氧形成潜能可变性后来由烟雾室试验得到了证实。为了说明VOC形成臭氧能力的不同,人们提出了反应活性等级的说法。美国环保署(EPA)早在1977年就认识到VOC臭氧形成潜能的可变性并在VOC控制法规中开创了一个两级反应活性等级:可忽视活性与一般活性。

鉴于客户对配方师信息方面的需求和不断提高的涂料性能要求,缩短新产品开发时间以及为客户降低新产品开发成本的重要性日益增加,Eastman Chemical Company专门为配方师推出了一个信息化站:

访问站的配方师通过指定自己的选择标准,可获得溶剂的物理性能,比较溶剂与树脂的特性,然后获得树脂溶解度结果。

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