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关于溶剂应用中的几个问题
 
慧聪网   2006年4月28日13时48分   信息来源:江苏三木集团有限公司    

    溶剂溶剂型涂料的重要组成部分,但在相当长的时间里我们的涂料工作者对它的应用缺乏系统的研究,主要有三个原因:
1、对研究成果的确认上,基本上以树脂合成、改性、拼用为核心,认为溶剂配方是很简单的随之而产生的,很多人不以为在这方面有多少学问可做;
2、一些涂料生产企业,不重视施工应用,很多情况下是施工应用单位来摸索如何用好涂料、树脂生产企业的科研人员,仅用较少精力研究施工应用;
3、由于溶剂应用水平主要是在施工应用阶段才表现出来,探讨最佳配方所需进行的实验周期长,难度大,工作量大。
    市场经济的发展使行业内对涂料施工用户的反馈逐渐重视,产品在施工、成膜过程中的表现已成为市场竞争的重要因素。
下面就溶剂在树脂中应用涉及的几个问题进行一下探讨:
一、溶剂在涂料中的功能
溶剂在涂料中包括四个方面的功能:
1、溶解树脂,使之成为稳定的高分子化合物溶液;
2、满足生产、贮存过程中的需要,使树脂处于稳定的状态,能进行相应的施工;
3、在施工过程中影响湿膜状态;
4、在成膜过程中影响干膜状态。
前二个功能是溶剂的基本功能,后二个方面是获得良好漆膜外观的重要条件。
二、溶解力问题
   关于溶解力所涉及的一些基本概念,有许多专业书籍论述,这里主要讲一讲在应用过程中施工温度对溶解力的影响。
   大家知道无机化合物在水中溶解度,随温度变化影响很大,高分子化合物在有机溶剂中的溶解度随温度变化虽没有无机化合物那么显著,但仍然有明显的表现,只是由于高分子化合物的不规则性,很难有统一的溶解数据来说明。   
如苯类溶剂的表现为例:
    大家知道在许多体系中甲苯溶解力大于二甲苯,二甲苯溶解力更明显大于三甲苯。在实际工作中可以发现,对羟基醇酸树脂而言:
(1)在同一温度下,甲苯溶解力相当于二甲苯加5%左右强溶剂的溶解力,三甲苯加10%左右强溶剂相当于二甲苯溶解力(注意:对不同树脂情况会有所不同);
(2)在低温时(如0℃左右)甲苯的溶解力,相当于二甲苯在30℃左右所表现的溶解力(从树脂粘度、稳定性及施工的流平性等综合考察),三甲苯加5%强溶剂在35℃左右时溶解力与10℃以下的二甲苯相当。其它溶剂溶解力与温度间的关系也有同样的趋势,只是程度不一而已。
这样的情况给予我们有以下提示:
(1)从溶解力角度,在冬季、春秋季、夏季,苯类溶剂进行相互调整不会存在障碍。
(2)这种调整也正好与挥发速度的影响形成非常有利的状态。
三、溶剂在施工过程上的表现对湿膜状态的影响
以普通的空气喷涂为例:
1、涂料从离开喷嘴到达物体表面的过程中,溶剂一般可挥发30-70%,挥发的各溶剂比例与涂料中溶剂组成比例是有很大差别的,这主要取决于各溶剂的相对挥发速度。挥发掉的溶剂以高挥发速度、低沸点的品种为主(同时会带着一些高沸点品种一起挥发)。
如果溶剂体系中低沸点物比例过大,施工温度又较高,其极端情况是溶剂全部挥发掉,热塑性丙烯酸树脂喷涂时出现“桔皮”或“抽丝”现象,就是这种情况(实际上,其它树脂也会出现类似状况)。如果配方中真溶剂比稀释剂更容易挥发,湿膜中总体溶解力下降,形成不了“溶液”,高分子化合物析出,无法成膜。
由此给我们有以下提示:
(1)溶剂体系中真溶剂的挥发速度应低于相应的稀释剂,以能够形成平滑的挥发梯度,使湿膜中强溶剂的相对比例有所提高;
(2)溶剂体系设计中应考虑不同气温条件下,有所不同,既给予降低成本提供了空间,又可确保“湿膜”质量。
2、溶剂在施工过程中挥发时需要吸收“蒸发潜热”(大家知道:一克水升高一度需要吸收一卡热量,一克水要变成蒸汽要吸收80卡热量),溶剂带走的大量热能使湿膜温度低于环境温度,当此温度低于空气露点时,空气中的水汽就“凝结”到湿膜中,使湿膜“泛白”,不透明、失光,并影响其它质量指标,因此在湿度比较大的地区及季节里,需要采用所谓的“防潮剂”,在挥发型漆中常用丁醇(价格较便宜),比较优秀的是醇醚类(防“潮”能力高,又是绝大多数涂料的优良溶剂),一般在溶剂系统中有5-10%就有较好的防泛白的能力。
3、如果真溶剂的沸点都比较低,在喷涂过程中,挥发量过大使剩余在湿膜中的溶剂系统的总溶解能力明显下降,严重时会产生树脂析出,漆膜发白不透明。
由此,给我们有以下提示:
1、溶剂系统中必须不少于30%的高沸点溶剂,以保证在湿膜中发挥其作用;
2、溶剂系统中有50%左右的溶剂将在施工过程中挥发掉,对这一部分溶剂要求不高,调整这部分溶剂品种可使降低成本成为可能;
3、提倡注重醇醚等高沸点强溶剂的使用,它对涂料生产、贮存、施工乃至成膜过程可起到溶剂“基石“的功能,一个好的溶剂系统它不应少于10-15%;
4、为适应溶剂在不同阶段的不同功能,应采用混合溶剂,即溶剂中应有不同溶解力,不同挥发速度,不同类型的溶剂组成,此时才会是一个经济合理的配方。
四、溶剂在由湿膜到干膜过程中的状况
   湿膜经历表干——实干——干透三个阶段后,溶剂才完成其全部使命。由湿膜向干膜的变化过程,转化型涂料依靠进一步聚合,成膜物分子量不断增长,逐步成为不溶、不熔的网状高分子化合物。同时,依赖湿膜中溶剂(包括剩余的溶剂、稀释剂)不断挥发。非转化型涂料,仅依赖溶剂挥发成为干膜。
   在漆膜表干后,涂膜内溶剂挥发受表层已“干”的薄膜的阻碍,如果大量溶剂(相对来讲)尚未逸出,下层涂料还具有流动性,在重力作用下出现流挂,即使在平面上,由于内部溶剂挥发受阻,使实干时间延长,并容易顶破表层而出现“痱子”状气泡。
   理想的状态是漆膜在表干前对非转化型涂料、溶剂能够挥发掉90%以上,(当漆膜流平后,溶剂已是漆膜的负担了),对转化型涂料考虑到分子以后有增长过程,溶剂剩余应稍多一点。从这个角度看,前面提到的溶剂体系中采用高沸点强溶剂的沸点只是相对而言,并不是沸点越高越好。
   涂膜进一步干燥,就可达到“实干”,转化型涂料的实干时间主要取决于转化速度,实干是涂膜检测意义上的概念(用同一标准衡量涂膜干燥所需的时间),此时与真正意义上的“干透”还有一定的距离(其内部尚有溶剂的残余分子没有跑净),涂膜硬度也达不到最高,二种类型涂料一般都要在七天后才达到“干透”的阶段。有的时候由于某些高分子化合物对特定品种的溶剂有强亲合力,使这些“剩余”溶剂很难挥发逸出,只有在加热情况下才能赶走,这种情况常称为树脂对溶剂的“滞留”,这也是影响漆膜硬度的重要原因。
由此给予我们有以下提示:
1、溶剂体系中必须有一部分强溶剂的挥发速度低于挥发最慢的稀释剂,确保最后挥发的是真溶剂,才能获得良好的涂膜;
2、涂料成膜过程中,在喷涂时有大量集中的挥发,在湿膜向干膜转化过程中,期望有一个逐步挥发的过程,如果此时挥发过快,不利于成膜性能。
3、设计溶剂配方时在考虑溶解力同时,要充分考虑其挥发速度对成膜的影响,不能认为树脂液中溶剂仅占20-30%,影响不大,由于涂料制造者在用来生产涂料时补加的溶剂也仅为20-30%,是1:1的关系,如处理不当就会引起投诉,如处理好,用户在与其它供应商样品对比时,就会得到良好的评价,如果因此而具有“特色”,它将使本企业树脂产品“质量”得到肯定。
4、涂料制造厂是树脂生产企业的用户,他们在认定树脂质量时,除一些约定的质量标准外,还会进行应用试验,按他们各自的配方和配套稀释剂调合成涂料后进行成膜考察,以双组份聚酯清漆”为例,施工时比例一般是树脂液:固化剂:稀释剂=1:0.5:1-1.5,其树脂液、固化剂的溶剂进入涂料的整体溶剂体系时占了相当的比例,对涂料的影响是显而易见的,我们在改进溶剂体系时一定要进行配漆、成膜的整体考察,考察时一定要使用从用户收集来的稀释剂样品,并且用对比的方法来进行(即同时进行调漆和喷板),才能看出其状况。
   涂料是实验科学,一切分析最终由实验结果来证明,在研究溶剂体系的设计时也不例外,以上分析仅做参考。
作者简介:  刘庆乾,男,助理工程师,江苏三木集团有限公司质管部经理,曾多年从事合成树脂生产及合成研发工作。
 
 
作者:刘庆乾 
 
 
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