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揮發性溶劑在UV涂料中的作用與機理

編輯:[清心] 時間:2019-6-4 瀏覽數: 相關欄目:防水涂料招商

揮發性溶劑在UV涂料中的作用與機理手機版網址二維碼

    1.揮發溶劑在涂料中的作用 

    溶劑在UV涂料中的作用往往不為人們重視,認為它是揮發組份,最后總是揮發掉而不留在漆膜中,所以對漆的質量不會有很大影響。其實不然,各種溶劑的溶解力及揮發率等因素對于制成的漆在生產、貯存、施工及漆膜光澤、附著力、表面狀態等多方面性能都有極大影響。

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           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各種纖維素,也能溶解UV樹脂,是真溶劑。醇類是UV樹脂的非溶劑(稀釋劑),但對于含高羥基、羧基等極性基團的合成樹脂,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(除側鏈烷基碳鏈較長的聚合物)。

    涂料在施工時,UV涂料中的樹脂、活性稀釋劑、顏填料一般不宜調整,而涂料中的溶劑卻能任意調整比例,達到最佳施工粘度。

    2.揮發溶劑的選擇原則

    ● 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構的構型,極性基團的種類與數量,分子鏈的長短等因素的影響,而有不同的性質。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律。硝酸纖維素的分子具有較強的極性,所以能溶于酯、酮等極性溶劑,而不溶于烴類等非極性溶劑。

    ●溶解度參數原則

    任何一種高分子材料都是分子間的作用力能使其分子粒聚集在一起的,這種作用能稱為內聚能,單位體積的內聚能為內聚能密度(CED),內聚能密度的平方根定義為溶解度參數。溶解度參數可作為選擇溶劑的參考指標,對于非極性高分子材料或極性不很強的高分子材料,當其溶解度參數與某一溶劑的溶解度參數相等或相差不超過±1.5時,該聚合物便可溶于此溶劑中,否則不溶。

    ● 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。有時兩種溶劑單獨都不能溶解的聚合物,如將兩種溶劑按一定比例混合起來,卻能使同一聚合物溶解?;旌先薌輛哂行в?,可作為選擇溶劑一種方法。確定混合溶劑的比例,使混合溶劑的溶解度參數接近聚合物的溶解度參數,由實驗驗證最后確定。

    ●溶劑的溶解力

    溶劑對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、粘度以及此溶液對非溶劑的容忍度(稀釋比值)等幾個方面來表示。稀釋比值就是指一份溶劑可以容忍非溶劑的最高份數,超過此值,溶解力將完全喪失。樹脂析出而使溶液破壞。

    ●溶劑的揮發率

    溶劑是揮發性液體,含揮發溶劑類的UV涂料中的漆膜鋪張與流平方面的能力和溶劑揮發有密切關聯,所以溶劑揮發的速率對漆膜的外觀及質量都有極大的影響。在施工過程中首先接觸到的是溶劑揮發快慢的問題,這和施工現場給予的溶劑揮發時間成正比,時間短則需溶劑揮發過快,會影響漆膜的流平性、光澤等指標;揮發慢些可以保證漆膜的流平及防止桔皮、泛白等,但容易造成干膜內溶劑揮發不完全的隱患。

    溶劑的揮發率決定于溶劑本身的沸點、分子量及分子結構三大因素。一般認為低沸點溶劑在常溫時蒸氣壓力大,揮發快。通常將溶劑劃分為低沸點溶劑、中沸點溶劑和高沸點溶劑。低沸點溶劑是指沸點在100℃以下的溶劑;中沸點是在110~145℃之間;高沸點是在145~170℃之間,而170℃以上的則稱為特高沸點溶劑。但事實上不完全如此,例如醋酸乙酯與乙醇的沸點都在78℃左右,也就是說在78℃時二者的飽和蒸氣壓力都是760mmHg柱,但在30℃時乙醇的蒸氣壓力為79mmHg柱,醋酸乙酯為120mmHg柱,而乙醇的揮發速率僅為醋酸乙酯的40%。其原因是溶劑的揮發除了受蒸氣壓影響外,還與揮發物質的分子量相關。醇類溶劑分子量較酯為低,在揮發同樣分子數時其重量要小的多。此外揮發物質間如能產生氫鍵作用其揮發速度也低。

    溶劑的揮發率有兩種表示方法。一種是以單位質量乙醚的揮發時間為1,其它溶劑單位質量的揮發時間與乙醚揮發時間之比為該溶劑的揮發率。第二種方法是以一定時間內醋酸丁酯揮發的質量為100,將其它溶劑在相同時間內所揮發的質量與之相比來表示。由于表示方法不一樣,用第一種方法時數值愈大揮發的愈慢;而第二種方法則是數值愈大揮發得愈快。兩種揮發速率可用下式表示。

    乙醚法:      揮發速率=(受驗溶劑的揮發時間)/(同重量乙醚的揮發時間)。

    醋酸丁酯法:  揮發速度=(相同時間內揮發的受驗溶劑的質量×100)/(相同時間內揮發的醋酸丁酯的質量)。

    3.混合溶劑的組成

    UV噴涂或部分輥涂施工的涂料的組成可以分為揮發份及不揮發份(即成膜物質)兩個部分。在揮發份中包括真溶劑、助溶劑及稀釋劑。大部分份的揮發溶劑在UV涂料中的使用都是做為稀釋劑的作用,也有一些配方中的材料是需要溶劑做為溶解介質來將其溶解到配方組分當中?;臃⒎蕕淖槌膳浞接ψ裱苛險扯?、溶劑揮發率、溶劑平衡原則進行調整。

    ● 涂料的粘度

    不揮發份的種類及數量影響著涂料的粘度。溶劑溶解力強,溶液的粘度低;溶解力差,溶液的粘度高。此外,稀釋劑用量對粘度也有影響,多用稀釋劑固然可以降低成本,但用量高到一定限度時,溶液的粘度就會增高,說明混合溶劑的溶解力盡管還沒有達到稀釋比值,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,在處理配方時為降低成本加入稀釋劑,但其最大用量不應達到引起粘度升高的程度。助溶劑的用量對粘度也有影響,在處理配方時助溶劑的用量只宜少于真溶劑而不宜等于或多于真溶劑。

    ●混合溶劑的揮發率

    混合溶劑的揮發率影響膜內溶劑能否完全揮發,它對漆膜外觀也起著極大的影響。大部份含溶劑的UV涂料施工工藝以噴涂為主,涂料自離開槍口分散成霧狀小粒灑落到物件表面的過程中溶劑已開始揮發,如果混合溶劑的揮發率太快的話,那么落到物件表面以前溶劑可能已揮發掉30%以上,落到物件表面上的小粒的粘度就大大提高,流動性大大下降,嚴重地影響漆膜的流平性,從而產生漆膜不平滑即所謂桔皮現象。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溶劑以保證流平性。

    噴涂過程中常常碰到所謂發白的現象,這層白膜是由于水分與漆混合造成的。當水分不能全溶于揮發份時就與成膜物構成一層白色的乳狀體。水分逐步揮發,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,則漆膜的連續相破壞,導致樹脂析出,出現發白現象。水分的來源,一方面是由于原料中含水量過高或是揮發分含有如乙醇、丙酮等易吸水原料,另一主要原因就是揮發率的影響。溶劑的揮發是一個吸熱反應,快速的揮發使噴漆的霧粒及物件的表面上被帶走很多熱量。一般使用快揮發溶劑時,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于物件表面與漆膜相遇。所以,每當氣候濕熱空氣中水分含量高時,發白現象常格外嚴重。因此應適當地控制揮發性組分的揮發率,減少表面降溫水分凝結。即使稍有發白現象出現,又可在揮發后期用存留的溶劑重新溶解,以消除白膜。

    因此,從揮發速率方面來考慮,在噴漆及流平的初階段,揮發過快對質量產生不良影響,如桔皮、麻點、發白等缺陷往往由此產生。在后階段中,有一些慢揮發性溶劑在漆膜中還可以改善一些發白現象及提高光澤。但最終階段漆膜中若仍存留少量揮發份,則將引起漆膜發軟、回粘等不良現象,為避免這種現象發生要控制高沸點溶劑的用量,使其不殘留在漆膜中。

    ●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、中揮發、慢揮發之別。所以當一種混合溶劑配成之后,由于這些原料的揮發率不一樣,總是揮發快的原料首先逸出,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,須根據以下原則進行平衡。

    ①溶劑的揮發應均衡?;旌先薌戀惱裊笄哂Τ善交荷仙男巫?,否則將引起多種漆膜表面的缺陷,因此,在配方中應考慮不同組份的揮發速率,快、中、慢的組份用量要平穩,例如配方中快揮發溶劑及慢揮發溶劑的使用量都較大,而沒有適量中揮發溶劑加以平衡的話,那么其蒸餾曲線必將是前階段直線上升,然后突然轉折形成一個鈍角改為低斜率上升,這樣的溶劑配方缺點較大。

    ②真溶劑、助溶劑與稀釋劑的比例應平衡。真溶劑、助溶劑及稀釋劑的比例對漆的粘度影響很大。在揮發過程中,隨著不揮發份含量逐步增加,漆的粘度增大,假如此時真溶劑大量揮發則稀釋劑的比例相對地增高,就會促使漆的粘度突然變稠而喪失流動性,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份處于溶液狀態,不使其中任一組份不溶析出,否則造成漆膜連續相破壞以及表面粗糙失光等現象。為了防止干燥過程中出現沉析現象,必須根據不揮發份的性質對溶劑的組份加以很好地平衡,既要節約真溶劑,又不能過量使用稀釋劑。在考慮配方時不僅要有足夠的真溶劑,還必須根據不同揮發速率加以平衡,以達到殘余在漆膜中的溶劑能保持不低于原來的溶劑比例。

    來源:涂料市場

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