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          8. 涂料用溶劑的組成及性能
            人氣:13 評論:0 日期:2022/3/11 10:47:50 標簽:全部

            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,認為它是揮發組份,最后總是揮發掉而不留在漆膜中,所以對漆的質量不會有很大影響。其實不然,各種溶劑的溶解力及揮發率等因素對于制成的漆在生產、貯存、施工及漆膜光澤、附著力、表面狀態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,即真溶劑和稀釋劑。酯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酯的真溶劑,硝酸纖維素的非溶劑(稀釋劑)。醇類是硝酸纖維素的助溶劑,合成樹酯的非溶劑(稀釋劑),但對于含高羥基、酸基等極性基團的合成樹酯,醇類又是真溶劑。脂肪烴(石油溶劑)不能溶解的一般的丙烯酸樹脂(除側鏈較長的聚合物)。

            涂料在施工時,涂料中的樹脂,顏料,增塑劑一般不宜調整,而涂料中的溶劑卻能任意調整比列,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構的構型,極性基團的種類與數量,分子鏈長短等因素的影響,而有不同的性質。高分子化合物如為極性分子,就必須使用極性溶劑使之溶劑;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  溶解度參數原則

                   

                   任何一種高分子材料都是靠分子間作用能使其大分子聚集在一起的,這種作用能稱為內聚能,單位體積的內聚能為內聚能密度(CED), 內聚能密度是平方根定義為溶解參數。溶解度參數可作為選擇溶劑的參考指標,對于非極性高分字材料或極性不很強的高分子材料,當其溶解度參數與其一溶劑的溶解度參數相等或相差不超過1.5時,該聚合物便可溶于此溶劑中,否則不溶。高聚物和溶劑溶解度參數可以測定或計算出來,單位為(卡/cm3)0.5。


            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 7.3~7.6

            低密度PE 8.0

            中密度PE 8.1

            PP 7.9~8.1

            乙丙橡膠 7.9~8.0

            聚異丁烯 8.05

            PS 8.5~9.1

            ABS 低于PS

            PA-66 PA-6 13.6~13.7

            硝酸纖維素 10.6~11.5

            天然橡膠 7.9~8.35    

            聚甲基丙烯酸甲酯 9.3

            聚醋酸異乙烯酯 9.4

            聚碳醋酯 9.5

            PVC 9.5~9.7

            PPO 9.8

            聚氨酯 9.5~10.5

            三聚氰胺甲醛樹脂 9.6~10.1

            聚對苯二甲酸乙二醇酯 10.7

            聚甲基丙烯酸正丁酯 8.7

            醋酸纖維素 10.7~11.4

            酚醛樹脂 9.5~12.7

            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,去能使用一聚合物溶解,混合溶劑具有協同效應,可作為選擇溶劑的一種方法。確定混合溶劑的比例,可按下式計算,使混合溶劑的溶解度參數接近聚合物的溶解度參數,再由實驗驗證最后確定。


            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分數,超過此值,溶解力將完全喪失。硝酸纖維素(或樹脂)析出而使溶劑破壞。在油漆中,除溶劑之外常適當地慘用一些非溶劑以降低成本,當然在慘用非溶劑時,除了選擇適當的品種外還要控制其用量,以保證混合溶劑有相當的溶解力。在硝酸纖維溶劑中,還常加有醇類作為助溶劑。

            硝酸纖維溶劑的稀釋比值


            溶劑 非溶劑

            甲苯 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

            異丙叉丙酮 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 2.2 1.0

            乳酸乙酯 6.3 0.7

            二丙酮醇 3.0 0.5

            環己酮 5.7 1.1


            2.5  溶劑的揮發率

                   

                   溶劑是揮發性液體,硝酸纖維素、丙烯酸酯漆的干燥就是靠溶劑揮發完成的,所以溶劑揮發速率對漆膜的外觀及質量都有極大的影響。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:干的慢些可以保證漆膜的流平及防止桔皮、泛白等。

                  

                   溶劑的揮發率決定于溶劑本身的沸點、分子及分子結構三大因素。一般認為低沸點的溶劑在常溫時蒸汽壓力大,揮發塊。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;中沸點在110~145℃之間;高沸點在145~170℃,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,也就是在78℃時二者的飽和蒸汽壓力都是760mmHg柱,但在30℃時乙醇的蒸汽壓力為79mmHg柱,醋酸乙酯為120mmHg柱,而乙醇的揮發速率僅為醋酸乙酯的40%。其原因是溶劑的揮發除了受蒸汽壓影響外,還與揮發物質間如能產生氫鍵作用,其揮發速度也低。

            溶劑的揮發率有兩種表示方法。一種是以單位質量乙醚的揮發時間為1,其它溶劑單位質量的揮發時間與乙醚揮發時間之比為該溶劑的揮發率。第二種方法是以一定時間內醋酸丁酯揮發的質量為100,將其它溶劑在相同時間內所揮發的質量與之相比來表示。由于表示方法不一樣,用第一種方法是數值愈大發揮的愈慢;而第二種方法則是數值愈大揮發的愈快。


            3 混合溶劑的組成

                   

                   涂料的組成可分為揮發份及不揮發份(即成膜物質)兩個部分。在揮發份中包括真溶劑、助溶劑及稀釋劑。揮發份的組成配方方應遵循涂料粘度、溶劑揮發率、溶劑平衡原則進行調整。


            3.1  涂料的粘度

                   

                   不揮發份的品種、規格及數量影響著漆的粘度,同時揮發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,溶液的粘度就會急劇增高,說明混合溶劑的溶解力盡管還沒達到稀釋比值,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, 在處理配方為降低成本加入稀釋劑,但其最大用量不應達到引起粘度升高的程度。助溶劑的用量對粘度也用影響。在外理配方是助溶劑的用量只宜少于真溶劑而不億等于或多于真溶劑。


            3.2  混合溶劑的揮發率

                  

                    混合溶劑的揮發影響漆膜干燥的快慢,但它對漆膜外觀也起著極大影響。硝酸纖維素漆、丙烯酸酯漆的施工工藝以噴涂為主,漆紫離槍口分散成霧狀小粒灑落到物件表面的過程是溶劑已開始揮發,如果混合溶劑的揮發率太快的話,那么落到物件表面以前溶劑可能已揮發掉30%以上,落在物件表面的小粒的粘度就大大提高,流動性大大下降,嚴重地影響漆膜的流平性,從而產生漆膜不平滑即所謂桔皮現象。為了得到較光潔平整的漆膜,就不能片面地追求快甘,而要有一定比例的慢揮發溶劑保證流平性。

                   

                   噴涂過程中常常噴到所謂發白現象,這層白膜是由于水分于漆混合造成的。當水分不能全溶于揮發份是就與成膜物構成一層白色的乳狀體。水分逐步揮發,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,則漆膜的連續相破壞,導致樹脂析出,出現發白現象。水分的來源,一方面是由于原料中含水量過高或是揮發份含有如乙醇、丙酮等易吸水原料,另一主要原因就是揮發率的影響。溶劑的揮發是一個吸熱反應,快速的揮發使噴漆的霧粒及物件的表面上被帶走很多熱量。一般使用快揮發溶劑時,可使噴涂物件表面溫度下降15~20℃。這就足夠使周圍空氣中的水分凝結于物件表面與漆膜相遇。所以,每當氣候濕熱空氣中水分含量高時,發白現象格外嚴重。因此應適當地控制揮發性組分的揮發率,減少表面降溫水分凝結即使稍有發白現象,又在揮發后期用存留的溶劑重新溶解,以消除白膜。

                   因此,從揮發速率方面來考慮,在噴漆及流平的初階段,揮發過快對質量產生不良影響,如桔皮、麻點、發白等缺陷往往由此產生。在后階段中,有一些慢揮發性溶劑在漆膜中還可以改善一些發白現象及提高光澤。但最終階段漆膜中若仍存留少量揮發分,則將引起漆膜發軟、發粘等不良現象,為避免這種現象發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種組份又有快揮發、中揮發、,慢揮發之別。所以當一種混合溶劑配成之后,由于這些原料的揮發率不一樣,總是揮發快的原料首先逸出,所以,自漆霧噴除后溶劑的成分即開始變化,怎樣的變化才是最理想,須根據以下原則進行平衡。

            ① 溶劑的揮發應均衡。② 真溶劑、助溶劑與稀釋劑比例應平衡。


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