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[分享]涂料中溶剂系统介绍（2010-05-24 9:59:03）

标签：粘度 流变 成膜物 颜料 溶剂  

涂料中溶剂除水外都是可挥发的有机物。它们用于溶解或分散成膜物（主要是聚合物），调节由成膜物和颜料组成的复合体系的粘度和流变性能，使其成为易于涂布的流体，即涂料。涂料在涂布于基材上之后，溶剂应从漆膜中挥发掉使漆膜具有较好的物理机械性能。涂料中选择溶剂的标准主要是溶剂的溶解能力，挥发性，闪点，毒性及价格。从广义上来说增塑剂也是一种溶剂，但在成膜以后，它基本保留于漆膜中不易挥发。这里主要讨论一般溶剂。

1、溶剂的分类

溶剂现在大多来源于石油化工产品，其主要品种介绍于后：

①石油溶剂

是指用蒸馏或热裂石油的方法得到的溶剂，前者得到的主要是烷烃类化合物，但含有部分芳香族化合物，后者得到的是芳香族含量高的溶剂。通常称为石油醚的溶剂是指低沸点的石油馏分，只含1—5%的芳烃。石油醚一般分三个馏分，40—60℃，60—80℃和80—100℃，它们的比重为0.645—0.676。漆用溶剂汽油或称白油或松香水，一般含15—18%的芳烃，沸点范围为150—190℃，挥发较慢，可以溶解大部分天然树脂，以及含油量高的醇酸树脂，但对合成树脂一般溶解力较差。白油除用作溶剂外，也用于清洗溶剂。高芳烃含量的石油溶剂，芳烃含量可高达80—93%，主要是各种三甲苯的混合物，沸点在100—210℃间，它有很高的溶解力，有淡的不难闻的气味。

②苯系溶剂

主要有工业甲苯和二甲苯。甲苯常用于混合溶剂，用于气干乙烯基涂料、氯化橡胶涂料的溶剂以及硝基漆的稀释剂。二甲苯是涂料中最重要的溶剂之一，它溶解力强，挥发速度适中，广泛用于醇酸树脂，氯化橡胶，聚氨酯以及乙烯基树脂的溶剂。它的溶解力还可以用加入10—20%的丁醇而增加，是用于烘漆、快干气干漆的溶剂，具有很好的抗流挂性能。

③萜烯类溶剂

主要有松节油、二戊烯和松油等，松节油是从松树等针叶树及其分泌物中提取的清亮、无色而有刺激味的液体，主要成分是α-蒎烯、β-蒎烯、蒈烯和二戊烯等。松节油的沸程一般在140—220℃。松节油的来源不同，溶解力也不同，一般用木材蒸馏而得的因含有较多二戊烯，溶解力较好。因松节油中含有不饱和化合物，它们可以被氧化或聚合，生成的物质可成为漆膜的一部分，这种特性使它有助于干性油的干燥，所以广泛用于油基漆中。松节油的挥发速度适中，溶解力强，用于烘漆中能改进流平性，增加光泽度。其沸点在175—195℃间。松油具有更高的沸占（200—230℃），它通过分馏得到，主要成分为萜烯醇。

④醇和醚

醇类主要有乙醇和和丁醇。乙醇中常加入少量甲醇成为变性乙醇，它是挥发快的溶剂，常用为聚乙酸乙烯酯、虫胶、聚乙烯醇缩丁醛等的溶剂，也可以用于硝基纤维素的混合溶剂。正丁醇挥发速度较慢，可和烃类溶剂及亚麻油等混溶，可用为油基漆，氨基漆和丙烯酸树脂，聚乙酸乙烯酯的溶剂，也可用于硝基漆的混合剂中。二丙酮醇（Ⅰ）是一种无味的高沸点（167℃）溶剂，它是硝基漆的良溶剂，溶解性很高。它在受热时可分解出丙酮。

醚类一般在涂料中较少使用，但乙二醇的单醚和醚酯，如乙二醇单乙醚，乙二醇单乙醚醋酸酯、乙二醇单丁醚等都曾是涂料中的重要溶剂，它们可和烃类溶剂混溶，大部分还可和水混溶，是不少树脂的优良溶剂。它们常作为共溶剂的组分，特别是用于水性涂料中作为共溶剂和乳胶涂料中作为助成膜剂。但是，近来发现乙二醇的这类衍生物毒性太大，因此不宜继续使用，它们的代用品是丙二醇的单醚或醚酯。

⑤酮和酯

酮类溶剂主要有丙酮，丁酮和甲基异丁基酮。丙酮挥发很快，溶解力很强，可用于烯类聚合物和硝基纤维素的溶剂，它常和其它溶剂合用。丁酮或称甲乙酮也是挥发快和溶解力强的溶剂，可用于烯类共聚物、环氧树脂、聚氨酯涂料中作溶剂，它也常和一些溶解力差的溶剂混用以改进涂料的成膜性和涂布性能。甲基异丁基酮同途和丁酮类似，但其挥发速度较慢。环己酮也是一种优良的溶剂，挥发速度较慢，但有难闻的味道。

酯类主要有乙酸乙酯和乙酸丁酯，它们以前都主要用于硝基漆，现在使用更为广泛，可用于多种合成树脂，特别是乙酸丁酯挥发速度较慢，更为合用。乙酸乙酯和丁酯的溶解力都低于酮类溶剂，酮类溶剂也较便宜，所以有被取代的趋势，但乙酸乙酯和丁酯的味道比酮容易为人所接受。

⑥氯代烃和硝基烃

它们都有很好的溶解性能，如二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烷、硝基甲烷等等，但毒性太大，不宜在涂料中使用。由于高的极性，可用于调节静电喷涂涂料的电阻。

2、涂料中溶剂的作用

涂料中的溶剂主要有如下功能：

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。以前已经提到过，由于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，可使粘度降低很多。下式表示羧酸自身及在酮类溶剂中氢键的情况：

因为酮是氢键受体，而不是氢键给体，可以破坏由于分子间的氢键而形成的“网状”结构，从而大大降低粘度。聚氨酯中由于氢键的作用，很容易形成胶冻，加入酮类溶剂可使其恢复流动。当含羧基的低聚物的溶解度参数和溶剂的溶解度参数接近时，溶液的粘度有时反而较两者有一定差距的高，当然，溶解度参数差别较大时，粘度又会上升，其机理也可用上述氢键的情况说明。

溶剂对漆料溶解能力，也就是降低粘度的能力，一般以溶剂指数表示。

溶剂指数＝用标准溶剂调稀的涂料粘度/用被测溶剂调稀的涂料粘度

标准溶剂和被测溶剂是在等重条件下比较的，溶剂指数大于1，表示被测溶剂溶解能力强。另外，溶剂也可明显影响涂料的表面张力，因而对涂布性能产生很大的影响。

②控制涂料的电阻

静电涂装法以被涂物为阳极，涂料雾化器为阴极，使两极间产生高压静电场，并在阴极产生电晕放电，使喷出的漆滴带电各和进一步雾化，使沿电力线方向高效地吸附到被涂物上，完成涂装工作。静电涂装对涂料的电性能有一定的要求，为达到最好的效果。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作为聚合反应溶剂，用来控制聚合物的分子量及分布

在制备高固体涂料的聚合物时，利用有合适的沸点和链转移常数的溶剂作为聚合物介质，可得到满意的分子量和分子量分布。例如，可用二甲苯、苯甲醇、甲基戊基酮、乙酸丙酯和庚酯等溶剂作为聚合溶剂，以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，可以改进对基材的润湿而增加漆膜的附着力等。

涂料中的溶剂挥发情况对漆膜性能影响很大。溶剂从涂料中挥发分两个阶段（如下图）。第一阶段是湿的阶段，溶剂的挥发主要决定于溶剂本身的挥发度，随着溶剂的挥发，涂层的粘度愈来愈大。第二阶段是干的阶段，溶剂的挥发主要由溶剂在涂层中扩散速度所决定，它和漆膜中的聚合物的Tg，溶剂分子的大小与形状有关，但不与溶剂的挥发性与溶解性相平行。例如，醋酸正丁酯和醋酸异丁酯的挥发性在两个阶段的秩序是相反的，第一阶段异丁酯挥发较快，而第二阶段是正丁酯较快。第二阶段溶剂挥发速度极慢，少量溶剂可能长期存在于漆膜之中。在干的阶段，用真空干燥无效，因此时扩散与大气压、蒸汽压等无关。在湿和干的阶段之间有一过渡阶段。

溶剂选择不好，可引起各种弊病。如挥发太快，流平性不好，还易使漆膜发白与起气泡等。发白的原因是溶剂挥发太快，涂装时涂料表面迅速冷却，使周围达到露点温度以下，水气凝结成小滴渗入漆膜中，表面成半透明的白色，待最后水分挥发后，留下了很小的空隙，由于散射，漆膜没有光泽。气泡是因为挥发速度太快，表面很快固化，底层溶剂不能逸出，在进入烘箱时，残留的溶剂从底层挤出表面，于是形成气泡。另外，良溶液与不良溶液对漆膜结构和对颜料分散稳定性都有非常重要的影响，需要妥善选择。从挥发快慢考虑，涂料溶剂的选择要平衡下列各种要求：

（1）快干：挥发要快（5）无边缘变厚现象：挥发要快

（2）无流挂：挥发要快（6）无气泡：挥发要慢

（3）无缩孔：挥发要快（7）不发白：挥发要慢

（4）流动性好、流平性好：挥发要慢

3、溶剂对大气的污染

溶剂对大气的污染已引起社会的重视。1967年美国洛杉矶市首先实行了著名的66法规后，各国环保部门对油漆的挥发性有机溶剂（VOC）量，都有严格的限制。空气污染主要有两个来源，一是酸雾，一是有毒的臭氧。臭氧是烃类溶剂（除甲烷外）与氮化物在光的作用下生成的。氮的氧化物是燃烧过程中产生的，而烃来自各种有机物的挥发。反应非常复杂，现公简单地表示如下：

对于人类的生存环境来说，臭氧含量不可大于0.12ppm，否则将有害健康。