正文
[分享]特性溶剂（2010-11-04 15:42:12）
标签：HAPS VOCS MIRS 溶剂
在涂料配方的黄金时代，当几乎所有的配方都是以溶剂为基础时，与粘合剂体系溶解在溶剂中的程度相比，溶剂从施涂的薄膜中脱离的效率对于配方设计者而言要苛刻得多。当今的配方标准更强调降低挥发性有机化合物（VOC），因此具有最可能低的粘度和最高固体填充量的高效媒介物体系已经变得与能够实际涂覆为无缺陷的薄膜同等重要了。
对于当代配方设计者而言，必须尽其所能从有时是次优选溶剂的减少的容量中挖掘出最佳的应用性能。该溶剂或溶剂混合物对于溶解涂料的粘合剂体系必须是高效的。这使得当今溶剂体系更为复杂，通常由溶剂的组合构成以协同提供树脂溶解性，同时满足涂料的粘度或施涂需要。
由于这样或那样的原因，作为配方设计者，我们发现不再将溶剂看作是一大群更有利。将其区分为“旧世界”或商品溶剂和这些以新用途为导向的“调和”溶剂的最早的方法是提出对新制品的一整套新的分类，从而出现了特性溶剂的名称。
溶剂和树脂的关系―溶解
很显然，必须将涂料配方的树脂或粘合剂部分溶解在某种媒介物中，从而使进一步加工和最终的施涂成为可能。从定义来看，树脂是分子链的无定形的聚合团，其中分子链缠结并且通过相邻的聚合物链上位点间的副价吸引而固定。动能（例如用高速分散机）可以部分克服该价吸引。这使得聚合物团拉伸和移动，使得相对小的溶剂分子侵入聚合物。如果作用于聚合物链间的分子间力比溶剂分子和聚合物链间的力强，则不会产生溶解。在这种情况下，引入的“溶剂”是该聚合物的非溶剂。
但是，如果溶剂对聚合物链的吸引比该聚合物链与其相邻的链间的吸引强，在利用动能的情况下副价键断裂，侵入的溶剂将每一个聚合物链彼此分离。由于溶剂分子占据了键合位置，因此聚合物链的再结合已不可能。该过程继续作用于整个聚合物或树脂团，直至将聚合物链分开和解缠结，树脂链彼此分离地漂浮并且均匀地分散在涂料配方中。
该已溶解的“树脂汤”的分子彼此相互作用以及与配方的其他组分（包括颜料、填料和改性剂）相互作用的程度建立起最终配方的粘度。粘度在配方的多个层次上是至关重要的，这包括从下游的可加工性到将薄膜施涂到基材上以及在整理过的干涂膜中缺陷的个数。
溶剂的种类―特性溶剂所属种类
现有10种溶剂，分为三大类。第一类溶剂为烃类，其通常为不同分子量的材料的混合物，并且通过沸点而不是化学结构进行分类。该类的成员包括：
脂肪族烃类
芳香族烃类
氯代烃类
萜烯
第二类也是最重要的一类为氧化溶剂，特性溶剂类的绝大多数存在于该类。这些纯化学品在分子中某一位置上存在氧，并且对于用于涂料的绝大多数树脂种类具有更大的溶剂性。
该类的成员包括：
醇类
二元醇醚类
酯类
酮类
硝基烷类
最后的一类，也是独自的一类，是那些奇怪的小分子“通用溶剂”―水。水独自为一类主要是因为其分子结构，对于涂料应用要么立刻非常好，要么特别不好。在水中具有两个活性（暴露的）氢离子和一个电负性的原子（氧）。没有如（类似结构的）醇那样形成直线链，水分子在三维空间缔结，与交联的聚合物类似。当以这种方式彼此缔结时，其副价键的强度大于（更不易断裂）醇。与醇相比需要高得多的能量使分子解离并且使它们与其他材料结合。这意味着尽管水对于许多树脂材料是一种高效的溶剂，但其劣势在于高比能和高沸点。不同于绝大多数的溶剂，水的蒸发速度在很大程度上受施涂时环境相对湿度的影响以及受吹过湿膜的空气的影响。最后，定义了水的低蒸汽压的相同的独一无二的分子结构也决定了其高表面张力。这直接影响着配方在基材上湿润和粘附的能力。由氢离子提供的该高表面能造成了水难于在更低表面能的基材上湿润并获得良好的粘附。由此绝大多数的特性溶剂走到了前台，通过从根本上“固定”水不良的接触角参数，同时使其可取的性能不受到损害。
在绝大多数乳液和溶液类型的水性体系中，需要加入这些特性溶剂。对于本行业而言这些特性溶剂有很多名称，但在该行业中多年来一直使用共溶剂这一通用种类名称。共溶剂可以包括高达15％或更多的水性配方，而且所需量根据配制的体系的种类而变化。这些材料用于多种用途。
在乳液中，它们可以充当聚结剂、冻结-融化稳定剂、流平剂和湿边助剂。在溶液醇酸树脂和丙烯酸树脂中，它们有利于更低挥发性的媒介物溶解，加速水分释放，调节干燥速率，改善流动和流平性并且控制起泡。许多共溶剂用于辅助颜料分散。其他的共溶剂起偶联剂的作用，使水和树脂的不混溶混合物成为稳定的分散体。
特性溶剂作为聚结剂 由于乳液涂料固化的方式，悬浮于媒介物中的聚合物小液滴可以结合成为相邻的膜一直是人们所关心的。例如，由于Tg（玻璃化转变温度）必须低于周围环境温度，或者必须利用热使薄膜聚结，因此胶乳涂料必须在很窄的温度范围内施涂。在这种情况下，特性溶剂做共聚的工作。少量的这些溶剂材料可以起到外部增塑剂的作用。随着涂料中的水蒸发，溶剂分子保留在树脂液滴之间。水蒸发后，溶剂迁移到胶乳树脂液滴中并且使其膨胀，实际上是使它们聚结成相邻的膜。
特性溶剂作为分散剂
一些分散剂对于水以及干膜的抗腐蚀性具有负作用。配方设计者常常试图用特性溶剂降低这些影响，特性溶剂起到分散助剂的作用。由于在干燥工序中其完全从薄膜中蒸发并且不作为水吸引剂残留，因此特性溶剂优于一些表面活性剂。
特性溶剂作为消泡剂
由于它们不溶于水，但可以对泡膜室壁给予低表面张力，因此这些材料在某些体系中可以起到消泡剂的作用。它们的使用量很小，但具有在固化时脱离配方的优点，不会对干膜产生任何复杂性问题。
特性溶剂作为薄膜改性剂
配方设计者常常使用这些材料以延长湿膜迁移性，使流变性更缓慢地恢复，反过来改善了流平性。某些快速干燥的涂料需要湿边改性剂以去除重叠区域的材料堆积。这些材料中的一些可以使重叠区域回流，从而去除重叠痕迹。
水性溶液中的特性溶剂
一些特性溶剂作为偶合溶剂用于水性溶液中以改善粘合剂可溶性。为了使其能正常发挥作用，溶剂和水必须同时脱离开薄膜。这些材料通过在配方中与水形成共沸物而确保上述的实现。共沸物为缔结在一起的多种溶剂的混合物，并且具有更低的不同于任何溶剂的固定的沸点，优点在于溶剂间形成氢键。
此外，当水作为稀释剂加入时绝大多数溶液体系的粘度并不会直线下降―实际上经过努力粘度可以升高。添加某些特性溶剂可以降低该影响并且改善粘度降低的效率。
法规、HAPs,VOCs,MIRs
理解对于胶浆的政府法规需要将这些溶剂在配方中结合在一起的能力，以一种使配方设计者的控制参数优化的方式，不管VOC总含量如何、危险气体污染物含量如何或更低的反应性。AHAP是危险的空气污染物的缩写，或任何一种空气污染物的缩写，其通过吸入或其他途径的暴露对身体构成或可以构成威胁。
VOC为任何碳的化合物，其参与大气光化学反应，但不包括一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物或碳酸盐和碳酸铵。由于认为这些物质在大气的所有水平上产生问题，因此根据涂料类型和用g/L表示的配方中的VOC容量，在涂料中对其进行调节。无VOC的溶剂对于配制符合低VOC限度的配方有用。不受VOC含量限制（对于所有类别，除了木炭轻质流体）的材料包括如下物质：
（1）20℃的VP20℃并且不升华（即不会在没有熔融情况下就直接从固体变为气体）。
配制低MIR（最大增量反应性）的配方对于涂料工业而言是一项相当新的实践，并且当意识到并不是所有的VOC在与大气形成臭氧方面具有同等的反应性时便建立了起来。
几十年来，光化学反应性或反应性科学一直在发展和扩充。从1952年开始便发现不同的有机化学物具有不同的形成臭氧的潜能。臭氧的形成包括VOC与空气中氮的氧化物或NOx的复杂的化学作用。在这些相互作用中，发现VOC在形成臭氧的能力方面有所差异。
随后的烟雾室试验证实了在形成臭氧的潜能方面的不同。在烟雾室研究中，在能够产生最大量臭氧的条件下将已知量的VOC注入试验室中。测定化学反应的反应产物及它们的量，并且对其进行分析以帮助理解化学反应速率和VOC反应的机理。为了说明VOC在形成臭氧的能力方面的不同，发展出了反应性等级（例如Dodge,1984;Bufalinietal.,1976）。美国环境保护局（EPA）早在1977年就认识到了VOC在臭氧形成潜能方面的不同并且创造出了两类反应性等级用以从法规方面控制VOC：“微乎其微反应性的”和“反应性的”。