涂料的溶劑在涂料中發(fā)揮了什么作用呢？

我們都知道涂料是由很多成分組成的，其中溶劑是涂料中的重要成分之一，今天咱們就來(lái)探討一下關(guān)于溶劑在涂料中發(fā)揮的作用！

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(rèn)為它是揮發(fā)組份，最后總是揮發(fā)掉而不留在漆膜中，所以對(duì)漆的質(zhì)量不會(huì)有很大影響。其實(shí)不然，各種溶劑的溶解力及揮發(fā)率等因素對(duì)于制成的漆在生產(chǎn)、貯存、施工及漆膜光澤、附著力、表面狀態(tài)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、助溶劑和稀釋劑。酯類、酮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脂的真溶劑，硝酸纖維的非溶劑(稀釋劑)。醇類是硝酸纖維素的助溶劑，合成樹脂的非溶劑(稀釋劑)，但對(duì)于含高羥基、羧基等極性基團(tuán)的合成樹脂，醇類又是真溶劑。脂肪烴(石油溶劑)不能溶解一般的丙烯酸樹脂(除側(cè)鏈烷基碳鏈較長(zhǎng)的聚合物)。

涂料在施工時(shí)，涂料中的樹脂，顏料，增塑劑一般不宜調(diào)整，而涂料中的溶劑卻能任意調(diào)整比例，達(dá)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(jié)構(gòu)的構(gòu)型，極性基團(tuán)的種類與數(shù)量，分子鏈的長(zhǎng)短等因素的影響，而有不同的性質(zhì)。高分子化合物如為極性分子，就必須使用極性溶劑使之溶解；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(guī)律。硝酸纖維素的分子具有較強(qiáng)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(shù)原則

任何一種高分子材料都是*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(nèi)聚能，單位體積的內(nèi)聚能為內(nèi)聚能密度(CED)，內(nèi)聚能密度的平方根定義為溶解度參數(shù)。溶解度參數(shù)可作為選擇溶劑的參考指標(biāo)，對(duì)于非極性高分子材料或極性不很強(qiáng)的高分子材料，當(dāng)其溶解度參數(shù)與某一溶劑的溶解度參數(shù)相等或相差不超過(guò)±1.5時(shí)，該聚合物便可溶于此溶劑中，否則不溶。高聚物和溶劑的溶解度參數(shù)可以測(cè)定或計(jì)算出來(lái)，單位為(卡/cm3)0.5。常見聚合物SP見表1。

表1 常見聚臺(tái)物的溶解度參數(shù)

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

高密度PE 8.2

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 13.06～13.7

硝酸纖維素 10.6～11.5

天然橡膠 7.9～8.35

聚甲基丙烯酸甲酪 9.3

聚醋酸乙烯酯 9.4

聚碳酸酪 9.5

PVC 9.5～9.7

PPO 9.8

聚氨酯 9.5～10.5

環(huán)氧樹脂 9.7～10.9

三聚氰胺甲醛樹脂 9.6～10.1

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 10.7

聚甲基丙烯酸正丁酪 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(shí)兩種溶劑單獨(dú)都不能溶解的聚合物，如將兩種溶劑按一定比例混合起來(lái)，卻能使同一聚合物溶解。混合溶劑具有協(xié)同效應(yīng)，可作為選擇溶劑一種方法。確定混合溶劑的比例，可按下式進(jìn)行計(jì)算，使混合溶劑的溶解度參數(shù)接近聚合物的溶解度參數(shù)，再由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證最后確定。

SPm=SP1Φ1+SP2Φ2+……+SPnΦn式中Φ1、Φ2……Φn分別表示每種純?nèi)軇┑捏w積分?jǐn)?shù)；

SP1、SP2……SPn是每種純?nèi)軇┑娜芙舛葏?shù)；

SPm為混合溶劑的溶解度參數(shù)。

2.4 溶劑的溶解力

溶劑對(duì)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(duì)非溶劑的容忍度(稀釋比值)等幾個(gè)方面來(lái)表示。稀釋比值就是指一份溶劑可以容忍非溶劑的最高份數(shù)，超過(guò)此值，溶解力將完全喪失。硝酸纖維素(或樹脂)析出而使溶液破壞。在油漆中，除溶劑之外還常適當(dāng)?shù)負(fù)接靡恍┓侨軇┮越档统杀?，?dāng)然在摻用非溶劑時(shí)，除了選擇適當(dāng)?shù)钠贩N外還要控制其用量，以保證混合溶劑有相當(dāng)?shù)娜芙饬?。在硝酸纖維素溶劑中，還常加有醇類作為助溶劑。硝酸纖維溶劑的稀釋比值見

硝酸纖維素溶劑的稀釋比值

溶劑 ──────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*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 2.1 1.2

醋酸異戊酯 2.2 1.0

乳酸乙酯 6.3 0.7

二丙酮醇 3.0 0.5

環(huán)已酮 5.7 1.1

2.5 溶劑的揮發(fā)率

溶劑是揮發(fā)性液體，硝酸纖維素漆、丙烯酸酯漆的干燥就是*溶劑揮發(fā)來(lái)完成的，所以溶劑揮發(fā)的速率對(duì)漆膜的外觀及質(zhì)量都有極大的影響。在施工過(guò)程中首先接觸到的是干燥快慢的問題，這和溶劑的揮發(fā)速度成正比施工時(shí)往往希望漆膜干得快些，但是干燥過(guò)快會(huì)影響漆膜的流平性、光澤等指標(biāo)；干得慢些可以保證漆膜的流平及防止桔皮、泛白等。

溶劑的揮發(fā)率決定于溶劑本身的沸點(diǎn)、分子量及分子結(jié)構(gòu)三大因素。一般認(rèn)為低沸點(diǎn)溶劑在常溫時(shí)蒸氣壓力大，揮發(fā)快。通常將溶劑劃分為低沸點(diǎn)溶劑、中沸點(diǎn)溶劑和高沸點(diǎn)溶劑。低沸點(diǎn)溶劑是指沸點(diǎn)在100℃以下的溶劑；中沸點(diǎn)是在110～145℃之間；高沸點(diǎn)是在145～170℃之間，而170℃以上的則稱為特高沸點(diǎn)溶劑。但事實(shí)上不完全如此，例如醋酸乙酯與乙醇的沸點(diǎn)都在78℃左右，也就是說(shuō)在78℃時(shí)二者的飽和蒸氣壓力都是760mmHg柱，但在30℃時(shí)乙醇的蒸氣壓力為79mmHg柱，醋酸乙酯為120mmHg柱，而乙醇的揮發(fā)速率僅為醋酸乙酯的40%。其原因是溶劑的揮發(fā)除了受蒸氣壓影響外，還與揮發(fā)物質(zhì)的分子量相關(guān)。醇類溶劑分子量較酯為低，在揮發(fā)同樣分子數(shù)時(shí)其重量要小的多。此外揮發(fā)物質(zhì)間如能產(chǎn)生氫鍵作用其揮發(fā)速度也低。

溶劑的揮發(fā)率有兩種表示方法。一種是以單位質(zhì)量乙醚的揮發(fā)時(shí)間為1，其它溶劑單位質(zhì)量的揮發(fā)時(shí)間與乙醚揮發(fā)時(shí)間之比為該溶劑的揮發(fā)率。第二種方法是以一定時(shí)間內(nèi)醋酸丁酯揮發(fā)的質(zhì)量為100，將其它溶劑在相同時(shí)間內(nèi)所揮發(fā)的質(zhì)量與之相比來(lái)表示。由于表示方法不一樣，用第一種方法時(shí)數(shù)值愈大揮發(fā)的愈慢；而第二種方法則是數(shù)值愈大揮發(fā)得愈快。兩種揮發(fā)速率可用下式表示。

乙醚法:揮發(fā)速率=(受驗(yàn)溶劑的揮發(fā)時(shí)間)/(同重量乙醚的揮發(fā)時(shí)間)。

醋酸丁脂法:揮發(fā)速度=(相同時(shí)間內(nèi)揮發(fā)的受驗(yàn)溶劑的質(zhì)量×100)/(相同時(shí)間內(nèi)揮發(fā)的醋酸丁酯的質(zhì)量)。

3 混合溶劑的組成

涂料的組成可以分為揮發(fā)份及不揮發(fā)份(即成膜物質(zhì))兩個(gè)部分。在揮發(fā)份中包括真溶劑、助溶劑及稀釋劑。揮發(fā)份的組成配方應(yīng)遵循涂料粘度、溶劑揮發(fā)率、溶劑平衡原則進(jìn)行調(diào)整。

3.1 涂料的粘度

不揮發(fā)份的品種、規(guī)格及數(shù)量影響著漆的粘度，同時(shí)揮發(fā)份的配方對(duì)粘度也有影響。溶劑溶解力強(qiáng)，溶液的粘度低；溶解力差，溶液的粘度高。此外，稀釋劑用量對(duì)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(shí)，溶液的粘度就會(huì)急驟增高，說(shuō)明混合溶劑的溶解力盡管還沒有達(dá)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，在處理配方時(shí)為降低成本加入稀釋劑，但其最大用量不應(yīng)達(dá)到引起粘度升高的程度。助溶劑的用量對(duì)粘度也有影響，在處理配方時(shí)助溶劑的用量只宜少于真溶劑而不宜等于或多于真溶劑。

3.2 混合溶劑的揮發(fā)率

混合溶劑的揮發(fā)率影響漆膜干燥的快慢，但它對(duì)漆膜外觀也起著極大的影響。硝酸纖維素漆、丙烯酸酯漆的施工工藝以噴涂為主，漆自離開槍口分散成霧狀小粒灑落到物件表面的過(guò)程中溶劑已開始揮發(fā)，如果混合溶劑的揮發(fā)率太快的話，那么落到物件表面以前溶劑可能已揮發(fā)掉30%以上，落到物件表面上的小粒的粘度就大大提高，流動(dòng)性大大下降，嚴(yán)重地影響漆膜的流平性，從而產(chǎn)生漆膜不平滑即所謂桔皮現(xiàn)象。為了得到較光潔平整的漆膜，就不能片面地追求快干，而要有一定比例的慢揮發(fā)溶劑以保證流平性。

噴涂過(guò)程中常常碰到所謂發(fā)白的現(xiàn)象，這層白膜是由于水分與漆混合造成的。當(dāng)水分不能全溶于揮發(fā)份時(shí)就與成膜物構(gòu)成一層白色的乳狀體。水分逐步揮發(fā)，如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(xù)相破壞，導(dǎo)致樹脂析出，出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象。水分的來(lái)源，一方面是由于原料中含水量過(guò)高或是揮發(fā)分含有如乙醇、丙酮等易吸水原料，另一主要原因就是揮發(fā)率的影響。溶劑的揮發(fā)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，快速的揮發(fā)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(fā)溶劑時(shí)，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(jié)于物件表面與漆膜相遇。所以，每當(dāng)氣候濕熱空氣中水分含量高時(shí)，發(fā)白現(xiàn)象常格外嚴(yán)重。因此應(yīng)適當(dāng)?shù)乜刂茡]發(fā)性組分的揮發(fā)率，減少表面降溫水分凝結(jié)。即使稍有發(fā)白現(xiàn)象出現(xiàn)，又可在揮發(fā)后期用存留的溶劑重新溶解，以消除白膜。

因此，從揮發(fā)速率方面來(lái)考慮，在噴漆及流平的初階段，揮發(fā)過(guò)快對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，如桔皮、麻點(diǎn)、發(fā)白等缺陷往往由此產(chǎn)生。在后階段中，有一些慢揮發(fā)性溶劑在漆膜中還可以改善一些發(fā)白現(xiàn)象及提高光澤。但最終階段漆膜中若仍存留少量揮發(fā)份，則將引起漆膜發(fā)軟、發(fā)粘等不良現(xiàn)象，為避免這種現(xiàn)象發(fā)生要控制高沸點(diǎn)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種組份中又有快揮發(fā)、中揮發(fā)、慢揮發(fā)之別。所以當(dāng)一種混合溶劑配成之后，由于這些原料的揮發(fā)率不一樣，總是揮發(fā)快的原料首先逸出，所以，自漆霧噴出后溶劑的成份即開始變化，怎樣的變化才是最理想，須根據(jù)以下原則進(jìn)行平衡。

①溶劑的揮發(fā)應(yīng)均衡?；旌先軇┑恼麴s曲線應(yīng)成平緩上升的形狀，否則將引起多種漆膜表面的缺陷，甚至使漆膜產(chǎn)生應(yīng)力而影響漆膜壽命。因此，在配方中應(yīng)考慮不同組份的揮發(fā)速率，快、中、慢的組份用量要平穩(wěn)，例如配方中快揮發(fā)溶劑及慢揮發(fā)溶劑的使用量都較大，而沒有適量中揮發(fā)溶劑加以平衡的話，那么其蒸餾曲線必將是前階段直線上升，然后突然轉(zhuǎn)折形成一個(gè)鈍角改為低斜率上升，這樣的溶劑配方缺點(diǎn)較大。

②真溶劑、助溶劑與稀釋劑的比例應(yīng)平衡。真溶劑、助溶劑及稀釋劑的比例對(duì)漆的粘度影響很大，較高含量的稀釋劑或過(guò)高含量的助溶劑都會(huì)明顯地提高漆的粘度。在揮發(fā)過(guò)程中，隨著不揮發(fā)份含量逐步增加，漆的粘度增大，假如此時(shí)真溶劑大量揮發(fā)則稀釋劑的比例相對(duì)地增高，就會(huì)促使漆的粘度突然變稠而喪失流動(dòng)性，引起氣泡、桔皮等漆膜缺陷，另外，溶劑的主要作用在于干燥成膜之前保持全部不揮發(fā)份處于溶液狀態(tài)，不使其中任一組份不溶析出，否則造成漆膜連續(xù)相破壞以及表面粗糙失光等現(xiàn)象。為了防止干燥過(guò)程中出現(xiàn)沉析現(xiàn)象，必須根據(jù)不揮發(fā)份的性質(zhì)對(duì)溶劑的組份加以很好地平衡，既要節(jié)約真溶劑，又不能過(guò)量使用稀釋劑。在考慮配方時(shí)不僅要有足夠的真溶劑，還必須根據(jù)不同揮發(fā)速率加以平衡，以達(dá)到殘余在漆膜中的溶劑能保持不低于原來(lái)的溶劑比例。

4 混合溶劑的配方處理

為了保證真石漆的貯存性能，制漆時(shí)所用混合溶劑的質(zhì)量要高于施工沖稀時(shí)用的混合溶劑。由于成品漆中的混合溶劑有較大的溶解力，所以沖稀用的混合溶劑中可含有較多的稀釋劑，其溶解力可在漆中的多余溶劑中得到補(bǔ)償。確定漆中混合溶劑配方時(shí)，按不揮發(fā)份的情況，參考資源及成本，先決定稀釋劑的品種及數(shù)量。對(duì)于硝酸纖維素漆來(lái)說(shuō)，芳烴是非溶劑，苯的毒性較大，并且揮發(fā)太快，除特殊品種外很少使用。二甲苯揮發(fā)太慢，與一般溶劑不易平衡，所以也不多用。石油溶劑毒性較小，但其稀釋比值太小，一般也不采用。甲苯作為稀釋劑，在揮發(fā)率、稀釋比值、價(jià)格等多方面都較理想，最為常用，其用量在考慮漆的質(zhì)量及成本之后，最好在40%～60%。稀釋劑決定之后，再考慮真溶劑與助溶劑的比例。相同碳原子數(shù)的醇比酯的揮發(fā)速率要慢1～2倍以上，而助溶劑離開了真溶劑也就喪失了溶解力，所以助溶劑的用量高于真溶劑是行不通的，因此，配方中助溶劑與真溶劑用量之比，常在1:1.5～1:2之間。另外，還要考慮快揮發(fā)與慢揮發(fā)助劑之間的比例。類似醋酸丁酯的揮發(fā)速率可以獲得較理想的漆膜，溶劑中這類慢揮發(fā)的溶劑應(yīng)不少于一半，最好能達(dá)60%～80%。

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