涂料用溶剂的组成与性能

1 溶剂在涂料中的作用

溶剂在涂料中的作用往往不为人们重视，认为它是挥发组份，最后总是挥发掉而不留在漆膜中，所以对漆的质量不会有很大影响。其实不然，各种溶剂的溶解力及挥发率等因素对于制成的漆在生产、贮存、施工及漆膜光泽、附着力、表面状态等多方面性能都有极大影响。

涂料用溶剂一般为混合溶剂，由三大部分组成，即真溶剂、助溶剂和稀释剂。酯类、酮类等溶剂既能溶解硝酸纤维素，也能溶解合成树脂，如丙烯酸树脂，是真溶剂，芳香烃及氯烃是合成树脂的真溶剂，硝酸纤维的非溶剂(稀释剂)。醇类是硝酸纤维素的助溶剂，合成树脂的非溶剂(稀释剂)，但对于含高羟基、羧基等极性基团的合成树脂，醇类又是真溶剂。脂肪烃(石油溶剂)不能溶解一般的丙烯酸树脂(除侧链烷基碳链较长的聚合物)。

涂料在施工时，涂料中的树脂，颜料，增塑剂一般不宜调整，而涂料中的溶剂却能任意调整比例，达到最佳施工粘度。

2 溶剂的选择原则

2.1 相似相溶原则

各种高分子化合物及各种溶剂都因其分子结构的构型，极性基团的种类与数量，分子链的长短等因素的影响，而有不同的性质。高分子化合物如为极性分子，就必须使用极性溶剂使之溶解；如果高分子化合物是非极性的，就溶于非极性溶剂中，这就是相似相溶的规律。硝酸纤维素的分子具有较强的极性，所以能溶于酯、酮等极性溶剂，而不溶于烃类等非极性溶剂。

2.2 溶解度参数原则

任何一种高分子材料都是靠分子间作用能使其大分子聚集在一起的，这种作用能称为内聚能，单位体积的内聚能为内聚能密度(CED)，内聚能密度的平方根定义为溶解度参数。溶解度参数可作为选择溶剂的参考指标，对于非极性高分子材料或极性不很强的高分子材料，当其溶解度参数与某一溶剂的溶解度参数相等或相差不超过1.5时，该聚合物便可溶于此溶剂中，否则不溶。高聚物和溶剂的溶解度参数可以测定或计算出来，单位为(卡/cm3）0.5。常见聚合物SP见表1。

表1 常见聚合物的溶解度参数

聚合物 S(卡/cm3）0.5

聚四氟乙烯 6.2

古马隆树脂 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

乙丙橡胶 7.9～8.0

聚异丁烯 8.05

PS 8.5～9.1

ABS 低于PS

PA-66、PA-6 13.6～13.7

硝酸纤维素 10.6～11.5

天然橡胶 7.9～8.35

聚甲基丙烯酸甲酯 9.3

聚醋酸乙烯酯 9.4

聚碳酸酯 9.5

PVC 9.5～9.7

PPO 9.8

聚氨酯 9.5～10.5

环氧树脂 9.7～10.9

三聚氰胺甲醛树脂 9.6～10.1

聚对苯二甲酸乙二醇酯 10.7

聚甲基丙烯酸正丁酯 8.7

醋酸纤维素 10.7～11.4

酚醛树脂 9.5～12.7

聚甲醛 11.1

2.3 混合溶剂原则

选择溶剂，除了使用单一溶剂外，还可使用混合溶剂。有时两种溶剂单独都不能溶解的聚合物，如将两种溶剂按一定比例混合起来，却能使同一聚合物溶解。混合溶剂具有协同效应，可作为选择溶剂一种方法。确定混合溶剂的比例，可按下式进行计算，使混合溶剂的溶解度参数接近聚合物的溶解度参数，再由实验验证最后确定。

SPm=SP11＋SP22＋……+SPnn

式中1、2……n分别表示每种纯溶剂的体积分数；

SP1、SP2……SPn是每种纯溶剂的溶解度参数；

SPm为混合溶剂的溶解度参数。

2.4 溶剂的溶解力

溶剂对高分子化合物的溶解力，可由配制一定浓度溶液的溶解速度、粘度以及此溶液对非溶剂的容忍度(稀释比值)等几个方面来表示。稀释比值就是指一份溶剂可以容忍非溶剂的最高份数，超过此值，溶解力将完全丧失。硝酸纤维素(或树脂)析出而使溶液破坏。在油漆中，除溶剂之外还常适当地掺用一些非溶剂以降低成本，当然在掺用非溶剂时，除了选择适当的品种外还要控制其用量，以保证混合溶剂有相当的溶解力。在硝酸纤维素溶剂中，还常加有醇类作为助溶剂。硝酸纤维溶剂的稀释比值见表2。

表2 硝酸纤维素溶剂的稀释比值

溶剂非溶剂

甲苯石油溶剂

丙酮 4.5 0.7

醋酸乙酯 3.4 1.0

醋酸异丙酯 3.0 1.2

甲乙酮 4.7 0.7

醋酸丁酯 2.7 1.3

异丙叉丙酮 3.8 0.9

甲基异丁基酮 3.6 1.0

溶纤剂 4.9 1.1

醋酸溶纤剂 2.5 0.9

醋酸戊酯 2.1 1.2

醋酸异戊酯 2.2 1.0

乳酸乙酯 6.3 0.7

二丙酮醇 3.0 0.5

环已酮 5.7 1.1

2.5 溶剂的挥发率

溶剂是挥发性液体，硝酸纤维素漆、丙烯酸酯漆的干燥就是靠溶剂挥发来完成的，所以溶剂挥发的速率对漆膜的外观及质量都有极大的影响。在施工过程中首先接触到的是干燥快慢的问题，这和溶

剂的挥发速度成正比，施工时往往希望漆膜干得快些，但是干燥过快会影响漆膜的流平性、光泽等指标；干得慢些可以保证漆膜的流平及防止桔皮、泛白等。

溶剂的挥发率决定于溶剂本身的沸点、分子量及分子结构三大因素。一般认为低沸点溶剂在常温时蒸气压力大，挥发快。通常将溶剂划分为低沸点溶剂、中沸点溶剂和高沸点溶剂。低沸点溶剂是指沸点在100℃以下的溶剂；中沸点是在110～145℃之间；高沸点是在145～170℃之间，而170℃以上的则称为特高沸点溶剂。但事实上不完全如此，例如醋酸乙酯与乙醇的沸点都在78℃左右，也就是说在78℃时二者的饱和蒸气压力都是760mmHg柱，但在30℃时乙醇的蒸气压力为79mmHg柱，醋酸乙酯为120mmHg柱，而乙醇的挥发速率仅为醋酸乙酯的40%。其原因是溶剂的挥发除了受蒸气压影响外，还与挥发物质的分子量相关。醇类溶剂分子量较酯为低，在挥发同样分子数时其重量要小的多。此外挥发物质间如能产生氢键作用，其挥发速度也低。

溶剂的挥发率有两种表示方法。一种是以单位质量乙醚的挥发时间为1，其它溶剂单位质量的挥发时间与乙醚挥发时间之比为该溶剂的挥发率。第二种方法是以一定时间内醋酸丁酯挥发的质量为100，将其它溶剂在相同时间内所挥发的质量与之相比来表示。由于表示方法不一样，用第一种方法时数值愈大挥发的愈慢；而第二种方法则是数值愈大挥发得愈快。两种挥发速率可用下式表示。

乙醚法：挥发速率=(受验溶剂的挥发时间)/(同重量乙醚的挥发时间)。

醋酸丁脂法：挥发速度=(相同时间内挥发的受验溶剂的质量100)/(相同时间内挥发的醋酸丁酯的质量)。

3 混合溶剂的组成

涂料的组成可以分为挥发份及不挥发份(即成膜物质)两个部分。在挥发份中包括真溶剂、助溶剂及稀释剂。挥发份的组成配方应遵循涂料粘度、溶剂挥发率、溶剂平衡原则进行调整。

3.1 涂料的粘度

不挥发份的品种、规格及数量影响着漆的粘度，同时挥发份的配方对粘度也有影响。溶剂溶解力强，溶液的粘度低；溶解力差，溶液的粘度高。此外，稀释剂用量对粘度也有影响，多用稀释剂固然可以降低成本，但用量高到一定限度时，溶液的粘度就会急骤增高，说明混合溶剂的溶解力尽管还没有达到稀释比值，但溶解力已明显地降低。因此稀释剂的加入量有一定的限度，在处理配方时为降低成本加入稀释剂，但其最大用量不应达到引起粘度升高的程度。助溶剂的用量对粘度也有影响，在处理配方时助溶剂的用量只宜少于真溶剂而不宜等于或多于真溶剂。

3.2 混合溶剂的挥发率

混合溶剂的挥发率影响漆膜干燥的快慢，但它对漆膜外观也起着极大的影响。硝酸纤维素漆、丙烯酸酯漆的施工工艺以喷涂为主，漆自离开枪口分散成雾状小粒洒落到物件表面的过程中溶剂已开始