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1、1,溶剂、稀释剂和助剂,第六章,2,涂料中的溶剂主要用于溶解或分散成膜物质（主要是聚合物），调节由成膜物和颜料组成的复合体系的黏度和流变性能，使其成为易于涂布的流体。,涂料在涂布于基材上之后，溶剂应从漆膜中挥发掉，使漆膜具有较好的机械物理性能。除此之外，溶剂还可以用来调节调节静电涂装涂料的电阻；也可以作为聚合反应溶剂，用来控制聚合物的相对分子质量与分布。,3,在涂料的生产和施工中，合理地选择溶剂和助剂十分重要，它直接影响涂料的贮存稳定性、施工性、涂膜质量和安全性、对人体的毒性、对环境的污染性等，是涂料工作者在设计色漆配方、选择溶剂时所要考虑的问题。,VOC,4,6.1 溶剂,主要内容,6.3
2、助剂,6.2 稀释剂,5,溶剂是指那些用来溶解或分散成膜物质（主要是聚合物），形成便于施工的溶液（或流体），并在涂膜形成过程中挥发掉的液体（水或可挥发的有机物）。,6.1 溶剂,6.1.1 溶剂的含义,能溶解成膜物质的溶剂（真溶剂） 能增进溶剂溶解能力的助溶剂 能稀释成膜物质溶液的稀释剂 能分散成膜物质的分散剂,溶剂,6,6.1.2 溶剂的作用,1.溶解作用。其主要是溶解或稀释高粘度的成膜物质。,2.调节作用。调节由成膜物和颜料组成的复合体系的黏度和流变性能，使涂料粘度适合施工应用。,3.其他作用,（1）增加涂料贮存稳定性，防止凝胶； （2）减少桶内涂料表面结皮； （3）增加涂料对木材等表面的
3、润湿性，提高涂层附着力； （4）改善涂层流平性，形成均匀涂层。,7,现代涂料产品中又开发应用了一种既能溶解或分散成膜物质，又能在涂料成膜过程中和成膜物质发生化学反应，形成不挥发组分而留在涂膜中的化合物，它也属于溶剂的一种，称为反应性溶剂或活性稀释剂。,反应性溶剂,溶剂在涂料中不是一种永久性组分，但它对涂料产品的贮存稳定性，涂料施工过程中涂膜的干燥速度、涂膜的结构和涂膜外观的完美性，及最终涂层的各种性能等等均有不可忽视的影响；另外，溶剂的安全性，对人体的毒性、对环境的污染性也是涂料工作者在设计色漆配方、选择溶剂时所要考虑的问题。,8,6.1.3 溶剂的分类,溶剂按照其化学组成可以分为：石油（烃类
4、）、煤焦油、萜烯类、醇和醚、酮和酯、氯代烃和硝基烃、超临界二氧化碳等。,一. 石油（烃类）溶剂,别名石油精，主要成分为戊烷、己烷；无色透明液体，有类似乙醚气味 ；相对密度0.669，沸点60-90 ；不溶于水，溶于无水乙醇、丙酮、苯、氯仿、醋酸乙酯、油类等多数有机溶剂。用作快干溶剂和稀释剂。,1.石油醚,9,2.松香水,松香水又称香蕉水，颜色在无色到淡黄色之间，呈半透明状；是辛烷、苯乙烷、二甲苯、三甲苯所调配而成的有机溶剂；一般业界会因气候及产品需求而对配方有所更动。,10,二.煤焦油系列溶剂,煤焦油系列溶剂主要有：二甲苯、甲苯、苯等。,溶解性比脂肪烃大。苯的闪点低，挥发快，安全性差，使用较少
5、。,在挥发性涂料中，要求有较快的挥发性和较好的溶解力，甲苯用量较多；在热喷涂用热塑性涂料和烘烤涂料中，多选用挥发速度适中的二甲苯。,甲苯和二甲苯广泛用作合成树脂涂料的稀释剂，甲苯的溶解力、挥发性及毒性均大于二甲苯。,11,三.萜烯类溶剂,此类溶剂为松节油，沸点140200，挥发性适中，对天然树脂和油类的溶解力大于松香水，小于苯类 。,沸点在195220的叫松油，含大量萜烯醇，溶解力强，挥发慢，有流平作用。,该类溶剂含有双键，能促进涂膜干燥。,12,四.醇和醚,主要有乙醇和丁醇。,1. 乙醇多用作乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛及醇溶性酚醛树脂的溶剂。 2. 丁醇挥发性较慢，溶解力不如乙醇，是氨基树脂
6、的良溶剂。,醇类溶剂对含有亲核基团的树脂有溶剂化作用，即氢键作用。它们对大多数合成树脂没有单独溶解性，但具有潜在溶解力，称为助溶剂。,13,五.酮和酯,酮对合成树脂的溶解力很强，与酯类溶剂常合称为强溶剂。,1.酮,常用的酮有丙酮、甲乙酮、环己酮等。,丙酮、甲乙酮挥发性大；环己酮挥发性最慢，常用于改善流平性。,醋酸乙酯溶解力强，挥发快，为高极性溶剂； 醋酸丁酯溶解力强，挥发速度适中 ；醋酸戊酯溶解力强，挥发速度较慢 。,2.酯,酯是各类溶剂中溶解力较强的一类，常用的为醋酸酯类。,14,六.氯代烃和硝基烃,主要有二氯乙烷、三氯甲烷、1,1,1-三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烷、硝基甲烷等。,这类溶剂都
7、有很好的溶解性能，由于极性高，可用于调节静电喷涂涂料的电阻。但毒性较大，属于HAP溶剂，不宜在涂料中大量使用。,15,七.超临界二氧化碳（SFE）,当温度高于31.1，压力超过7.38MPa时，CO2形成气液不分的混沌状态，气体摩尔体积与液体摩尔体积相同，此时便是二氧化碳的超临界流体。它具有气体低黏度、低表面张力和高扩散系的特点，又具有液体的高密度、强溶解性和高传热系数的特征。,临界二氧化碳的密度对温度和压力变化十分敏感，且与溶解能力在一定压力范围内成比例，所以可通过控制温度和压力改变物质的溶解度。,16,1.超临界液体萃取的基本原理,（1）超临界流体定义,任何一种物质都存在三种相态-气相、液
8、相、固相。三相成平衡态共存的点叫三相点。液、气两相成平衡状态的点叫临界点。在临界点时的温度和压力称为临界压力。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。,超临界流体(Supercritical fluid，SCF)技术中的SCF是指温度和压力均高于临界点的流体，如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时，气液两相性质非常相近，以至无法分别，所以称之为SCF。,17,超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。,2.超临界液体萃取的基本原理,当气体处于
9、超临界状态时， 成为性质介于液体和气体之间的单一相态物质，具有和液体相近的密度，粘度虽高于气体但明显低于液体, 扩散系数为液体的10100倍；因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力， 能够将物料中某些成分提取出来。,18,在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加, 极性增大, 利用程序升压可将不同极性的成分进行分步提取。,当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，
10、被萃取物质则自动完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取、分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理。,19,2. 超临界二氧化碳（SFE）作为溶剂的优点,（1）从来源上看，是生产合成氨和天然气的副产物。对它加以利用只会减少二氧化碳的排放，故不会加剧温室效应。,（4）其临界温度为31，临界压力7.38MPa，在现有的无空气喷涂设备的使用范围之内。,（3）二氧化碳虽能引起窒息，但允许浓度比有机溶剂高10100倍，不会发生中毒和爆炸事故。,（5）与大多数涂料相容，而且溶解能力很高。,因此，SFE是很有使用前景的环保型溶剂。,（2）不燃烧，不形成光化学烟雾，也不破坏臭氧层，有利于
11、操作人员健康。,20,超临界二氧化碳喷漆技术,用二氧化碳代替快挥发溶剂，减少污染70%左右。,3.超临界二氧化碳（SFE）的使用,21,6.1.4 溶剂的主要特性,一. 溶剂的挥发性,决定湿涂层处于流体状态时间的长短；决定涂层的干燥速度；影响涂膜的形成质量。,溶剂的挥发性是用溶剂的挥发速率来衡量的。溶剂的挥发速率是指溶剂从涂层中挥发到空气中去的速度。,1.溶剂挥发性对涂料性能的影响,22,23,2. 影响溶剂挥发性的主要因素,（1）沸点的影响,低沸点（100）,挥发快,防止湿涂层流挂,中沸点（100-150）,挥发快,利于湿涂层流平 形成致密漆膜,高沸点（150）,挥发快,利于流平 防止涂层变
12、白,影响溶剂挥发性的因素主要有：沸点、氢键、温度、表面气流、比表面积和聚合物的性质等。,24,部分溶剂的沸点及挥发速率 （以醋酸正丁酯挥发速率=1.0）,25,（2）温度的影响,以质量为基础的溶剂挥发速率EV和温度的关联式:,式中:EV1温度为T1时溶剂的挥发速率（以质量为基础） EV2温度为T2时溶剂的挥发速率（以质量为基础） H摩尔蒸发潜能，J/mol T1 、T2温度，K,26,在高分子溶液中，溶剂的挥发将比预料的慢，但稀释剂的挥发速率不受高分子聚合物的影响。,（3）高分子聚合物的影响,27,涂料工业中，对溶剂挥发速率的表示用课本上的挥发度表示即可。,对于理想系统，其蒸汽压和挥发率的关系
13、由拉乌尔定律来确定： P1 = P10 X1 P1 -混合物中某一组分的分压，Pa; P10-某一纯组分的蒸汽压，Pa; X1 -液体组分的摩尔分数。,混合溶剂的挥发速率,3.溶剂的挥发速率,预测纯溶剂的挥发性最好的依据是其蒸汽压。,28,4.溶剂挥发的描述,汉森（Hansen） “两阶段挥发”理论,29,“湿”阶段：决定于溶剂本身的挥发度，可依据溶剂相对挥发速率来判断溶剂挥发快慢。,如：以醋酸正丁酯为溶剂的涂料比以醋酸异丁酯为溶剂的涂料表干快。,“干”阶段：决定于溶剂在涂层中扩散速度,影响“干”阶段挥发速率的因素： （1） 溶剂分子的大小与形状的影响 （2） 聚合物和溶剂相互作用的影响,如：
14、以醋酸正丁酯为溶剂的涂料比以醋酸异丁酯为溶剂的涂料实干慢。,30,（3）聚合物玻璃化温度Tg(与T室)的影响,31,（4）涂膜厚度的影响,残留溶剂多少和涂膜厚度的关系可以表示为：,式中：C溶剂浓度（质量比）； X膜厚，m； t时间，h； A、B常数,32,5.挥发性对涂膜性能的影响,缩孔是涂料因流平不良而出现的故障之一。湿膜在流平过程中出现回缩后成了小圆形的裸露出基材或在表面形成圆形的小坑，产生缩孔的主要原因是湿膜上下部分的表面张力不同。,快干：挥发要快 无流挂：挥发要快 无缩孔：挥发要快 流动性好、流平好：挥发要慢 无边缘变厚现象：挥发要快 无气泡：挥发要慢 不发白：挥发要慢,33,溶剂的溶
15、解力是指溶剂溶解成膜物质而形成均匀的聚合物溶液的能力。或指溶剂能把成膜物质溶解分散的能力，能使成膜物质均匀地分散在溶剂中而形成稳定的溶液的能力。,二.溶剂的溶解力,2.溶剂溶解力的判断,1.溶剂溶解力的含义,（1）观察一定溶液的形成速度。 （2）观察一定浓度溶液的粘度。,34,表征溶剂溶解能力的参数：溶剂溶解度参数,在涂料工业中，常用的有机溶剂的溶解度参数和聚合物溶解度参数是可查、可测的。,35,（C）依据溶解度参数可以估计两种或两种以上树脂的互溶性；,（B）依据溶解度参数相同或相近可以互溶的原则，预测两种溶剂的互溶性；,（D）利用涂料用树脂在一系列已知溶解度参数的溶剂中的溶解情况，可以判断该
16、树脂的溶解度参数范围；,（E）利用溶解度参数可以判断涂膜的耐溶剂性；,（F）利用溶解度参数可以选择漆用增塑剂。,溶解度参数的应用,（A）依据溶解度参数相同或相近可以互溶的原则，判断树脂在溶剂中可否溶解；,36,增塑剂是指增加塑料的可塑剂，改善在成型加工时树脂的流动性，并使制品具有柔韧性的有机物质。增塑剂首先要与树脂具有良好的相容性，相容性越好，其增塑效果也越好。添加增塑剂可降低塑料的玻璃转化温度，使硬而刚性的塑料变得软且柔韧。,37,三. 溶剂的黏度,1.溶剂黏度对涂料性能的影响,相同浓度（固体含量）的树脂溶液黏度越低越好。这样，当达到相同的施工黏度时，漆液的固体含量较高，涂料附盖力大，从而使施工效率提高，而挥发到大气中的溶剂量较小，对环境的污染较轻。,38,2.影响溶剂的黏度的因素,因素很复杂，但主要有两个因素要考虑：,（1）溶剂对高聚物的溶解力,溶剂的溶解力对树脂溶液黏度的影响,39,（2）溶剂自身的黏度。,往往被人们忽视的溶剂自身的粘度，对树脂溶液粘度的影响十分显著，溶剂自身粘度相差不大于1mPa.S
