Введение растворителей для покрытий
2025-05-21
1.Роль растворителя
Растворители — это компоненты, которые растворяют или диспергируют пленкообразующие материалы, снижают вязкость покрытия и улучшают его свойства. Функции растворителей в покрытиях:
1) Растворить пленкообразующие вещества в краске, снизить вязкость краски и сделать ее пригодной для выбранного метода нанесения.
2) Повышают стабильность краски при хранении и предотвращают загустевание пленкообразующего вещества. Упаковка краски заполнена парами растворителя, что может замедлить образование пленки на поверхности краски.
3) Повысить смачиваемость покрытия на поверхности покрываемой основы и улучшить адгезию пленки покрытия к базовому слою.
4) Обеспечьте пленке покрытия хорошие выравнивающие свойства, чтобы избежать ее слишком толстой, слишком тонкой, неравномерной толщины, следов от кисти, морщин и других нежелательных явлений.
2.Типы растворителей
Органические растворители, обычно используемые в традиционных покрытиях на основе растворителей, можно разделить на углеводородные растворители, спиртовые и эфирные растворители, сложноэфирные и кетонные растворители и т. д.
Обычно используемые углеводородные растворители: толуол, ксилол и масляный растворитель № 200.
Обычно используемыми спиртовыми и эфирными растворителями являются: бутанол, этанол и эфир пропиленгликоля.
Обычно используемые эфирные и кетоновые растворители включают: ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон, циклогексанон, бутилацетат и этилацетат.
При выборе растворителя следует учитывать два важных фактора: способность растворителя растворять смолу и летучесть растворителя.
Растворяющая способность — это способность растворителя диспергировать и растворять растворенное вещество. Силу способности растворителя растворять полимер обычно можно определить, наблюдая за скоростью образования раствора определенной концентрации или за вязкостью раствора определенной концентрации. Чем сильнее растворяющая способность, тем выше скорость растворения и ниже вязкость раствора.
Выбор растворителей осуществляется на основе трех принципов: принципа одинаковой полярности, принципа одинаковых параметров растворимости и принципа сольватации.
Принцип подобной полярности, то есть принцип растворения подобного в подобном: полярные растворители растворяют полярные смолы, а неполярные растворители растворяют неполярные смолы. Ниже приведены некоторые часто используемые растворители и смолы с аналогичной полярностью:
1) Высокополярный растворитель и смола
Усовершенствованный растворитель:
- Спирты: метанол (δH=14,5), этанол (δH=12,7), н-бутанол (δH=15,8)
- Кетоны: ацетон (δP=10,4), циклогексанон (δH=9,9)
- Эфиры: бутилацетат (δP=8,5), ацетат метилового эфира пропиленгликоля (PMA)
Соответствующая смола:
- Эпоксидная смола: требуются кетоны (например, циклогексанон) или эфирные растворители (например, ПМА) с высокими значениями δP. Водородные связи между гидроксильными и эпоксидными группами и растворителем повышают эффективность растворения.
- Полиуретан: рекомендуются эфирные растворители (например, бутилацетат), поскольку их способность к образованию водородных связей соответствует реакционной способности отвердителя смолы, что позволяет избежать разделения фаз.
- Нитроцеллюлоза: для разрушения кристаллической структуры целлюлозы и образования стабильного раствора требуется сильный полярный растворитель (например, ацетон).
2) Растворитель и смола средней полярности
Растворители средней полярности:
- Ароматические углеводороды: толуол (δD=8,9), ксилол (δD=8,8)
- Эфиры: этилацетат (δP=6,0), бутиловый эфир этиленгликоля (δH=9,1)
- Хлорированные углеводороды: дихлорметан (δP=7,3), хлороформ (δP=4,1)
Соответствующая смола
- Акриловая смола: обычно используется смешанный растворитель толуол/ксилол. Его значение δD (8,8–9,0) соответствует дисперсионной силе смолы и оптимизирует выравнивание.
- Алкидные смолы: лучше всего совместимы с ксилолом, средняя полярность растворителя уравновешивает жесткость и гибкость смолы.
- Хлорированный каучук: Для усиления межмолекулярного дипольного эффекта и повышения плотности покрытия требуется хлорированный растворитель (например, дихлорметан).
3) Растворители и смолы с низкой полярностью
Растворители с низкой полярностью:
- Алифатические углеводороды: петролейный эфир (δD=7,0), гексан (δD=7,3)
- Циклоалканы: циклогексан (δD=8,2), скипидар (δD=7,5)
- Неполярный разбавитель: 200 растворитель, уайт-спирит
Соответствующая смола:
- Полиэтилен (ПЭ): петролейный эфир или гексан растворяют неполярные сегменты посредством сил Ван-дер-Ваальса и часто используются для дисперсий порошковых покрытий.
- Лак на масляной основе: скипидар совместим с жирными алкидными смолами, а вязкость системы снижается за счет растворителей с низкой полярностью.
- Бутадиен-стирольный каучук (SBR): Алифатические углеводородные растворители (например, сольвентное масло 200) могут проникать в резиновую сетку и улучшать текучесть при обработке.
Приведенные выше примеры основаны исключительно на принципе одинаковой полярности. В реальных условиях применения необходимо также учитывать такие факторы, как скорость испарения растворителя, токсичность, экономичность, безопасность и защита окружающей среды. Вышеуказанные δD, δP и δH являются трехмерными параметрами растворимости, также известными как параметры Хансена, δD — дисперсионная сила, δP — полярный эффект, а δH — эффект водородной связи.
В следующей таблице приведены параметры растворимости некоторых часто используемых растворителей и смол в покрытиях:
В красках на водной основе вода является дисперсионной средой (или растворителем) для частиц латекса, пигментов и наполнителей, составляя 30–50 % от общей массы краски. Вода как дисперсионная среда имеет следующие преимущества: нетоксична, не имеет запаха, соответствует требованиям охраны окружающей среды, негорюча, невзрывоопасна, безопасна и безвредна, легкодоступна, экономит ресурсы.
Вода как дисперсионная среда имеет также следующие недостатки:
1) Вода имеет высокое поверхностное натяжение.
2) Вода имеет совершенно иные параметры растворимости, чем органические растворители. В латексных красках вода используется в качестве дисперсионной среды, а не растворителя.
3) Скрытая теплота испарения воды высока.
4) Скорость испарения воды сильно зависит от температуры и влажности окружающей среды.
5) Вода замерзает при 0℃.
6) Вода имеет высокую электропроводность, что может легко вызвать коррозию металлов.
7) Склонны к росту микроорганизмов.
3.Влияние скорости испарения растворителя на эксплуатационные характеристики покрытия
Летучесть растворителя оказывает большое влияние на эксплуатационные характеристики покрытия. Слишком быстрое или слишком медленное испарение окажет определенное влияние на процесс строительства и эксплуатационные характеристики покрытия.
Слишком быстрое испарение:
1) Плохое смачивание и сцепление с основанием
2) Легко вызвать конденсацию влаги, и пленка покрытия станет белой.
3) Склонность к образованию апельсиновой корки, проколов и следов от кисти
Испарение происходит слишком медленно:
1) Увеличенное время высыхания
2) Покрытие нельзя наносить слишком толстым слоем, так как оно склонно к потекам.
3) Блеск и полнота ухудшаются
4) Повышенное удержание растворителя
5) Плохие противообрастающие свойства
Летучесть растворителя обычно характеризуется относительной скоростью его улетучивания, а растворители с одним химическим составом, как правило, не используются в большинстве покрытий.
4. Примеры растворителей, часто используемых в системах покрытий
1) Акриловая краска
Акриловые покрытия на основе растворителя:
- Термопластичная акриловая смола: обычно используется смешанный растворитель из ксилена и метилэтилкетона (МЭК) (соотношение примерно 6:4) с небольшим количеством ацетона для регулировки градиента летучести.
- Гидроксилированная акриловая смола (двухкомпонентная): в качестве основного растворителя используется бутилацетат (БАЦ), а в качестве растворителя-наполнителя — ксилол, что позволяет избежать реакции с изоцианатным отвердителем.
Акриловая краска на водной основе:
- Гидроксилированная акриловая эмульсия: в качестве пленкообразующих добавок используются метиловый эфир дипропиленгликоля (DPM) и бутиловый эфир дипропиленгликоля (DPnB), а для регулирования вязкости — деионизированная вода.
- Термопластичная эмульсия: для снижения температуры пленкообразования добавляется тексанол (эстер-12), а для улучшения выравнивания используется пропиленгликольметиловый эфир (ПМ).
2) Полиуретановое покрытие
Полиуретановые покрытия на основе растворителей:
- Двухкомпонентная система: основным растворителем является бутилацетат (сильная растворяющая способность, умеренная летучесть), наполнителем является ксилол или ароматический углеводород S-100, дополненный циклогексаноном для улучшения смачиваемости пигмента.
Полиуретановое покрытие на водной основе:
Основными ингредиентами являются бутиловый эфир этиленгликоля (БЭГ) и деионизированная вода, а также ацетат метилового эфира пропиленгликоля (ПМА) в качестве разбавителя и отвердителя.
3) Эпоксидное покрытие
Эпоксидные покрытия на основе растворителей:
- Обычная эпоксидная смола (E-20): смешайте ксилол и бутанол (4:1) в качестве основного растворителя и добавьте небольшое количество циклогексанона для улучшения растворимости.
- Высокотвердое покрытие: ацетат метилового эфира пропиленгликоля (ПМА) и смешанные ароматические соединения S-150 используются для балансировки растворимости и вязкости конструкции.
Эпоксидные покрытия на водной основе:
- Двухкомпонентная система: в основной краске в качестве пленкообразующей добавки используется пропиленгликольбутиловый эфир (PnB), а отвердитель разбавлен пропиленгликольдиацетатом (PGDA).
