搜索
溶剂的配方选择和成本降低摘要：本文着重介绍了涂料常用溶剂表征特性、溶剂选择的基本原理。以及针对目前我司使用得比较广泛的环氧溶剂所进行的成本降低的改进做一综述和总结。关键词：溶剂；稀释剂；溶解；挥发；成膜。引言：普通工业涂料大多为溶剂型涂料，溶剂在涂料主剂当中所占比例一般比较大，对于涂料性状和施工性能以及制造成本影响甚巨。针对溶剂在涂料之中的作用、选择溶剂的原则、以及对我司目前部分溶剂品种的成本降低改进工作进行探讨和总结，以期在将来的工作中最大限度提高溶剂的使用效率和降低成本。溶剂的基本概念和在涂料中的作用1.基本概念涂料工业中，溶剂一词泛指那些用来溶解和分散成膜物质，形成便于施工的溶液，并且在涂料成膜过程中挥发掉的液体，从此意义上讲，溶剂包括能够完全溶解成膜物质的真溶剂、能够增加溶解力的助溶剂、能够稀释成膜物，作用类似于填充剂、以利降低成本和调剂溶解力的稀释剂。而高固体涂料用的既能溶解漆基，又能和漆基反应的化合物，称为活性稀释剂。2.涂料中溶剂的作用溶剂对涂料的性状影响主要是其自身的溶解力、挥发速率、和对粘度和表面张力的影响。2.1溶解力溶剂的溶解力是指溶剂溶解漆基形成均匀的高分子聚合物溶液的能力。涂料使用的漆基大多为高分子聚合物，无定型、无结晶，其溶解的过程是漆基的高分子链段体由外而内向溶剂体系扩散和溶剂分子逐层向聚合物内部扩散的双向过程。这样，溶剂分子对和高分子聚合物分子的亲和力就是溶解力强弱的根本原因。评价溶剂溶解力强弱的原则要点主要有三个：极性、溶解度参数、溶剂化效应。2.1.1极性相近，相似相溶分子极性的量度采用偶极距数据，即分子中正负电荷间距和电量的乘积。公式μ=ε.d1.d2（其中ε是电量）也就是说分子正负电荷的不对称决定了极性的大小。而极性相近的物质就能够相溶，即相似相溶原则。但这个原则是定性的、经验性的，并不带有普适性。2.1.2溶解度参数相近者易相溶溶解度参数是分子间力的量度，是内聚能密度的平方根。溶解度参数理论表达式：δ=（ΔE/V）1/2（ΔE是每摩尔物质的内聚能，V是摩尔体积）混合溶剂溶解度参数计算式：δ混合=δ1ф1+δ2ф2+……+δnфn（ф是各组分的体积分数）对于强极性溶剂分子，混合时因为有氢键的影响，单纯计算溶解度参数并不能准确预测真实的溶解效果，必须考虑其氢键表征值，相似者才有很好的溶解性。美国涂料学家BURRELL将溶剂定量分为三组：弱氢键：烃类、氯化烷烃、硝基化烷烃表征平均值=0.3中氢键：酮类、酯类、醚类、醇醚类表征平均值=1.0强氢键：醇类、水表征平均值=1.7计算时通过混合溶剂体积分率和该溶剂氢键表征平均值的乘积和表示。2.1.3溶剂化原则所谓溶剂化，即路易斯酸、碱理论的亲电基团和亲核基团作用。如环氧分子拥有亲电基团，自然和拥有亲核基团的酮类、醇类、醚酯类可以互溶。评价溶解力必须得考虑如上三原则2.2粘度的影响涂料的粘度是涂料制造和施工之中一个重要的技术指标，他关系到储存稳定性、施工效率、涂覆率等诸多方面。溶剂对成膜物粘度的影响有两种方式：A：溶剂对树脂的溶解力B：溶剂自己的粘度对于第二点，常常被忽视。溶剂自己的粘度其实对树脂溶液的粘度影响很大。在设计溶剂时，必须使得溶剂之间的粘度差尽量小。最终还要通过实验数据验证。2.3挥发速率的影响涂膜当中的稀释剂挥发速度必须适当，否则会导致这样那样的漆病，也是溶剂使用中必须考虑的控制点。比如，溶剂挥发太快，则漆膜流平性定然不好；挥发过慢，则不利于快速施工，容易产生流挂。2.3.1挥发速率的基本计算对于纯溶剂的挥发，在理论上可以使用拉乌尔分压定律：P1=r1*P01*X1（r是活度系数，P0是纯组分的蒸汽压，X是液体组分的摩尔分数）。并不常用实验测量使用ASTMD3539规定的方法，测得某溶剂挥发90%体积所用的时间和醋酸丁酯挥发90%体积的时间（常数456秒）的比值。即常用的R值1.置表面皿于天平上2.内置等径滤纸3.滴加一定量的试剂，开始计时每一分钟记一次数，直至挥发到剩余10%以下。2.3.2混合溶剂的挥发速率的使用计算。这一数据应该看作混合溶剂各组分挥发速率的总和。但是混合溶剂大多不是理想溶剂，不能单纯按照理想状态计算。得引入活度概念，即速率计算的修正值。计算推导如下：R总和=∑aiRi0(ai,溶剂i的活度；Ri0溶剂i在纯溶剂时的挥发速率)ai=rCi(r,活性系数；Ci组分体积浓度)以此式可以以体积浓度为度量，大大方便理解。R总和=r1C1R01+r1C1R01+……=∑riCiR0i设计溶剂必须经过计算考察和实验考察，使挥发速率一致，避免漆病出现。如果涂料表面溶剂挥发太快，造成未干漆膜表层的张力大于底层张力，拉动底层颜料上翻，形成贝纳德涡流，产生发花。这也是夏季容易产生发花现象的主要原因。如果溶剂挥发太慢，则涂膜流动时间太长，出现沉降、流挂和浮色的机会增多。强溶剂的影响因素如果涂料中真溶剂过多，导致溶解力太强，使得漆基（树脂）分子间距离拉的过大，涂料体系粘度骤降，加速了不同粒径的颜料粒子沉降分离，通常导致浮色。EPP10#THINNER三、溶剂理论的应用—----对我司环氧涂料溶剂改进我司的环氧涂料是我司产品中最大的系统，种类繁多，年产量巨大，如果在此进行改进，推行成本降低，必将会节约大量采购资金。我司的EPP稀释剂为常用的半成品稀释剂，广泛用于我司环氧涂料的制造。年耗量巨大。而该稀释剂本身固有的缺陷仍十分明显，如各组分挥发速率相差太大，难以稳定的形成涂膜；成本偏高，原料采购不易等，因此对其改造意义较大。1.1配方设计与理论计算：EPP溶剂组分体积比图示T-1E-7K-321.7950.0928.12每公斤原料成本：A元TXH溶剂组分体积比图示X-1T-1H-538.0230.5731.41每公斤原料成本：A-1.55元NEW稀释剂体积组成图示X-1T-1H-5K-3每公斤原料成本：A–1.36元27.4233.3633.955.27三种溶剂的溶解度参数5678910EPPTXHNEW溶剂分类溶解度参数8.819.659.525三种溶剂的氢键力表征平均值0.30.40.50.60.70.80.91EPPTXHNEW系列10.650.740.726三种溶剂的挥发速率计算值11.522.533.5EPPTXHNEW2.302.312.3910020406080体积百分率T-1E-7K-3溶剂组分名EPP挥发组成示意图挥发成分初始液相成分10010203040506070体积百分率X-1T-1H-5溶剂组分名TXH挥发组成示意图挥发成分初始液相成分0102030405060体积百分比X-1T-1H-5K-3溶剂组分名NEW挥发组分示意图挥发成分初始液相成分稀释剂挥发速率的实验测定（ASTMD3539）EPP挥发速率曲线y=-0.0092x+0.824700.20.40.60.81147101316192225283134374043464952555861646770739TXH挥发速率曲线y=-0.0105x+0.834100.10.20.30.40.50.60.70.80.914710131619222528313437404346495255586164677073NEW挥发速率曲线y=-0.0081x+0.835700.20.40.60.8114710131619222528313437404346495255586164677073溶解环氧树脂YD011-X-75粘度变化曲线01000200030004000500060007000010%20%30%40%兑稀率粘度CPsEPPTXHNEW7用三种混合溶剂制备环氧EX-500涂料的各项性能（配方中环氧混合稀料占16.52%）一般性能项目原始要求732(1.51)0.05(100)5800以上平整无异常EPP配方731.598900OKTXH配方731.47104900OKNEW配方731.46101900OK混合流挂表面状态固体份比重粘度类别指触min半硬min干膜μEPP7329075--80TXH6029079--85NEW5628670--90一般性能干燥性能项目类别要求3H3mm4级1/2inch.1000g.500mmEPP配方4H3mm5级-OKTXH配方4H3mm5级OKNEW配方4H-3mm5级OK铅笔硬度屈曲性能附着力性能耐冲击物理性能类别使用日期信息反馈EPP配方2003.5之前无异常TXH配方2003.5之后无异常NEW配方未使用无异常涂装现场试用情况结论：经核算，在性能不受影响的情况下，选择TXH配方最经济，故采用为EX-500涂料制漆使用。结语：经过以上总结和分析计算，可以为涂装服务人员和涂料设计人员提供一个选择涂料适当溶剂的理论程序。同时，利用溶剂理论为环氧EX-500等常规防腐涂料降低成本取得了初步的结果，随着工作的深入和细化，据此可以为将来降低成本工作找到稳定的途径。因为设计功能相似、成本较低的溶剂并不需要对涂料体系的本身做太大变动。参考文献〖1〗《涂料工艺》〖2〗《溶剂手册》〖3〗《有机溶剂をめぐる诸问题について》谢谢观赏