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中国涂料业溶剂使用及发展趋势
(2009-07-07)  编辑发布:中国船舶在线  

  溶剂在漆中的作用往往不为人们重视,认为它是挥发物,最后总是挥发掉而不会存留在漆膜中,所以对漆膜质量影响不大。

  实际上,各种溶剂的溶解力、挥发速率等因素将极大地影响油漆生产、贮存、施工、漆膜光泽、附着力及表面状态等多方面的性能。中国涂料业溶剂使用及发展趋势在常规液态涂料中,溶剂约占总体积的30%~50%。溶剂在涂料中的主要作用有:

  溶解、分散涂料中的树脂,并调节其黏度和流变性,使其易于涂装;增加涂料储存稳定性;改善涂膜外观,如光泽、丰满度等;增加涂料对被涂基材的润湿性,提高附着力;组成合理的挥发速率,赋予涂料最佳的流动性和流平性。不同树脂系列只能溶于不同活性溶剂中,在同一油漆配方中,常常采用多种树脂,所以多种活性溶剂配合可达较佳效果。配方原则:在各活性溶剂间取得性能最稳定和最佳平衡,同时尽可能多地加入填充溶剂优化成本和调节施工黏度。尽管为满足日益苛刻的环保要求,低VOC的乳胶漆、水性涂料、UV光固化涂料及粉体涂料得到了迅速发展,但溶剂型涂料以其性能和施工优势仍在涂料领域中占有相当重要的地位。

  迅猛发展的中国经济有力地促进了中国涂料工业的成长壮大。今天的中国,生产制造的绝大多数品种涂料正有效地满足下游客户的需求。随着涂料工业的发展,各厂家对如何有效地使用溶剂有了进一步认识。那种简单“买卖配方”的年代已经过去。在中国涂料工业,溶剂正朝着“复合化、高性价比化及高效低毒”的方向发展。我国涂料工业用溶剂存在的问题第一,对溶剂本身的性能差异认识不足。同一种溶剂也有不同的品质规格,导致其被用于涂料中表现出的性能差异大。如混合二甲苯有溶剂型及混合异构级,前者乙基苯含量达50%%以上,溶剂型二甲苯溶解力不如混合异构级,不能用于对品质要求高的塑胶漆和汽车漆等。

  又如混合芳烃S-100,可分别来自裂解C-9和重整C-9。裂解C-9中的烯烃虽由加氢饱和,但芳烃总含量不够,表现为初馏点下移,且溶解力不够,将其用于船舶漆和防腐涂料问题不大,但用于对挥发速度有要求的木器漆及对溶解力也有要求的树脂制造时一定会影响品质。

  树脂厂通常会采用测苯胺点或混合苯胺点来验收混合芳烃S-100,苯胺点或混合苯胺点越低,溶剂的溶解能力愈强,芳烃的含量也愈高。第二,对溶剂本身的品质要求认识不足。某些厂为了追求价格优势,不惜在配方中采用低品质的溶剂,如在该用混合异构级二甲苯的配方中采用高乙苯含量的溶剂二甲苯,甚至大量用非标低芳烃含量二甲苯。不少工厂仍使用价廉但国际上禁用的CAC。第三,不十分清楚涂料本身对溶剂品质的要求。不同涂料由于采用的树脂不同,对同一种溶剂的要求也不同。混合芳烃S-100在硝基木器漆中主要作用为调节挥发速度,太宽的馏程和低的初馏点不能很好地起作用;混合芳烃S-100在船舶漆和防腐涂料中不十分要求其调节挥发速度,主要作用是降成本和调节施工黏度,适当宽的馏程对使用影响不大。第四,忽视某些溶剂的保质期。一些活性溶剂存在保质期如二丙酮醇,原则上过了保质期不应再被使用,因为其内部活性基团己经产生了变化。

  作为固化剂稀释剂的醋酸丁酯要求含水量低,醋酸丁酯贮存过长且不当或在运输过程中都有可能导致含水量增加。

  丁酮同样对水分敏感,罐装涂料对水分要求高,含水量超标的丁酮会导致某些罐装涂料“变色”。第五,涂料厂“无力”控制所购买溶剂的品质。这类问题在市场上普遍存在,尤其是散水供应的溶剂。主要表现为:供应商尤其是贸易商往往从不同渠道采购同一品种,然后“混罐”贮存。由于不同生产商采用的工艺有别,导致同一品种品质有差异,“混罐”后溶剂品质肯定受影响。

  如混合溶剂级二甲苯,不同生产厂家其芳烃总含量有区别,“混罐”后其芳烃总含量有变,影响到其溶解力。在涂料中溶剂发展的方向第一,低毒甚至无毒化。美国国会在1990年列出了将要减少使用危害空气污染物(HAP)清单。其中包括MIBK、BCs、芳烃、甲醇、乙二醇及乙二醇醚等。苯属中毒性溶剂,会导致造血系统的病害,不能用于涂料中,中国及国际上多数国家对溶剂中苯含量都有严格的限制。乙二醇醚及其酯类溶剂(尤其是CAC)属高毒溶剂,应禁止使用。某些溶剂对于涂料来说仍必不可少:甲苯、二甲苯、混合芳烃S-100、MIBK及乙二醇丁醚等。目前人们正积极寻找新的不在HAP清单上的溶剂。欧盟已立法在与人接触的产品中对某些物质设限,其中包含PAHs多环芳香烃。混合芳烃S-100及S-150肯定含PAHs––多环芳香烃。第二,高效溶剂的使用。多数厂家在选择活性溶剂时一般围绕着“老三样”转。谈到醇类一般选正、异丁醇,异丙醇;谈到酮类均跑不掉丁酮,丙酮;考虑酯类时首选丁、乙酯。

  其实有不少性能优良的溶剂可以考虑。如醇类中的正丙醇;将甲戊酮(2-庚酮)用于硝基漆中可有效地改善漆膜延展性、防潮性和光泽性。三甲基环已酮在涂料中可用作气干和烘干体系的流平剂,可以减少气泡和缩孔的生成,提高流动性和光泽。目前多数以聚酯树脂为基材的卷材涂料制造商为改善涂料的流平性,都会加入具有较高的沸点、很低的吸湿性、较慢的相对挥发速率(0.02)和突出的溶解能力的异氟尔酮。而将二异丁基酮(DIBK)用于以聚酯树脂为基材的卷材涂料和罐装涂料中可有效改进涂料的涂膜性能。含有高碳醇醋酸酯的涂料可获得较高的电阻率,由于电阻率影响涂料的雾化特性和静电喷涂时的转移效率,故希望将静电喷涂时的涂料电阻率调整到0.6~1.0M欧,但这对于金属闪光涂料等却是一个难题,而使用具有接近烃类溶剂电阻率的高碳醇的醋酸酯溶剂不仅可获得高的电阻率,同时又可获得烃类溶剂难以提供的溶解能力。

  作为高碳醇醋酸酯之一的醋酸乙酯。与醇醚醋酸酯和高沸点酮类溶剂相比,将它用于对潮气敏感的各种气干型涂料中,不仅由于其较慢的挥发速率而有效地减少涂膜“发白”,同时由于其从涂膜中扩散逸出的速度比前者快,故可同时得到较快的干燥速度:在正常温度条件下,醋酸乙酯比乙二醇乙醚醋酸酯的干燥速度快15%%~30%%,这一特性使其在硝基漆、双组分聚氨酯涂料及挥发型丙烯酸树脂漆中应用时显示出独特的优势。即使将这些溶剂作为助溶剂也可望起到协同作用,大幅改进涂料的施工和其它综合性能。当然,我们应充分考虑资源的可取得性和成本等因素。第三,无苯化是发展趋势。无苯化是发展趋势。减少甲苯、二甲苯及混合芳烃用量,一直是各油漆厂家努力的方向。脱芳烃溶剂油有望替代甲苯、二甲苯及混合芳烃。

  目前国内市场的脱芳烃溶剂油主要以烷烃、环烷烃为主。烷烃分为正构和异构两类,在常温下其化学稳定性比较好,密度小,黏温性能好。环烷烃的化学稳定性良好,与烷烃近似,凝点低、润滑性好并且无毒。混合烷烃又称D系列脱芳烃溶剂油,它们不含多环芳香烃,芳烃含量被控制在100~150ppm范围。对人基本无毒,性能稳定。但基本上由环烷烃和烷烃组成,无极性,与众多带极性基团的树脂混溶性差,对众多带极性基团的树脂基本无溶解力。直接在配方中用D系列脱芳烃溶剂油替代甲苯,二甲苯和三甲苯被证明难度大。开发与之配套的助溶剂有望提高其混溶性。随着混溶性改进,烷烃溶剂以其低毒性及相对稳定的成本会被更广泛使用。碳酸二甲酯常温时是一种无色透明、略有气味、微甜的液体,熔点4摄氏度,沸点90.1摄氏度,难溶于水,但可以与醇、醚、酮等几乎所有的有机溶剂混溶。DMC毒性很低,在1992年就被欧洲列为无毒产品,是一种符合现代“清洁工艺”要求的环保型溶剂,近年来引起了广泛的重视。由于其分子结构中含有羰基、甲基、甲氧基和羰基甲氧基,作为溶剂,DMC可望部分替代甲苯、二甲苯等用于涂料中。目前DMC市场售价与甲苯,二甲苯几乎一样。在涂料中的应用有望快速增长。当然,由于高活性,碳酸二甲酯的贮存稳定性一直困扰着经销商。高效、低毒性及高性价比将是涂料溶剂发展的方向。溶剂在涂料中的应用是非常复杂的,它受涂料体系中树脂、填料、颜料、助剂及施工要求影响。要充分了解各类溶剂在涂料中所起的作用不是一件容易的事。让我们共同努力,不断寻求最佳性价比平衡,不断寻找更好的高效、低毒溶剂。

 
来源:中国船舶在线
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