涂料用溶剂课件.ppt
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1、第三章第三章 溶剂溶剂本章参考资料:本章参考资料:1、上课、上课PPT2、武利民编著、武利民编著“涂料技术基础涂料技术基础”之之“溶剂溶剂和溶解理论和溶解理论”章节内容:图书馆四阅章节内容:图书馆四阅3、刘登良主编、刘登良主编“涂料工艺涂料工艺”之第四版之之第四版之“分散介质和溶剂分散介质和溶剂”章节内容:图书馆七章节内容:图书馆七阅阅第一节 概述l涂料工业中,常用的分散介质有两种:涂料工业中,常用的分散介质有两种:水水和有机溶剂,其主要作用有和有机溶剂,其主要作用有:l溶解或分散成膜物质成均一分散体系;溶解或分散成膜物质成均一分散体系;l与颜料相互作用,与助剂和成膜物质形与颜料相互作用,与助
2、剂和成膜物质形成稳定的分散体系;成稳定的分散体系;l成膜过程中逐步挥发,调节最低成膜温成膜过程中逐步挥发,调节最低成膜温度帮助成膜物流平成膜。度帮助成膜物流平成膜。第二节 水的主要特性l水性涂料按其树脂与水相溶的关系分为三种:水性涂料按其树脂与水相溶的关系分为三种:l水溶型涂料水溶型涂料l水分散型涂料水分散型涂料l水乳化型涂料水乳化型涂料第二节第二节 水的主要特性水的主要特性l 水作为溶剂和分散介质,具有以下水作为溶剂和分散介质,具有以下特征特征:l 水在水在0结冰;结冰;l 水在水在100沸腾,单一的水挥发性比溶剂低得多;沸腾,单一的水挥发性比溶剂低得多;l 水的表面张力比有机溶剂高;水的表
3、面张力比有机溶剂高;l 与溶剂相比,水的汽化热很高;与溶剂相比,水的汽化热很高;l 水具有不燃性;水具有不燃性;l 水具有有机溶剂完全不同的溶解度参数;水具有有机溶剂完全不同的溶解度参数;l 水的偶极矩和介电常数与有机溶剂有不同的值;水的偶极矩和介电常数与有机溶剂有不同的值;l 水的导电率和热导率与有机溶剂明显区别。水的导电率和热导率与有机溶剂明显区别。第三节第三节 有机溶剂的主要特性指标及应用有机溶剂的主要特性指标及应用一:相关定义一:相关定义l1、溶剂、溶剂:当物质:当物质A(如食盐、蔗糖)以分子,(如食盐、蔗糖)以分子,或比分子更小的质点,均匀地分散于另一种或比分子更小的质点,均匀地分散
4、于另一种物质物质B(如水)中,生成一种新的稳定体系(如水)中,生成一种新的稳定体系的过程就叫的过程就叫溶解溶解。物质。物质A是是溶质溶质,而物质,而物质B就是就是溶剂溶剂,也叫,也叫“溶媒溶媒”。所以溶剂是能溶。所以溶剂是能溶解其他物质的,为了与助溶剂、冲淡剂等相解其他物质的,为了与助溶剂、冲淡剂等相区别,在某些场合下,区别,在某些场合下,溶剂也叫溶剂也叫“真溶剂真溶剂”。它即可以是无机物的它即可以是无机物的水水,也可以是,也可以是有机物有机物的的醇、酮、苯类(统称为醇、酮、苯类(统称为“有机溶剂有机溶剂”)。在)。在涂料的制造和施工中,用得最普遍的是有机涂料的制造和施工中,用得最普遍的是有机
5、溶剂。溶剂。2、助溶剂:、助溶剂:l 又叫又叫“潜溶剂潜溶剂”。其含义是某一溶剂。其含义是某一溶剂A不能溶解树不能溶解树脂脂E,另一溶剂,另一溶剂B可以溶解可以溶解E,但不理想,若在,但不理想,若在B中中适当加入一些适当加入一些A,即用(,即用(A+B)来溶解来溶解E,结果比单,结果比单用用B溶解要好得多。在此,溶解要好得多。在此,A起了帮助起了帮助B溶解溶解E的作的作用用。A就叫助溶剂或潜溶剂,而就叫助溶剂或潜溶剂,而B就是溶剂或真溶就是溶剂或真溶剂。剂。l 还有一种情况还有一种情况,是,是A与与B均不能单独溶解均不能单独溶解E。如果以。如果以适当比例配成(适当比例配成(A+B)混合溶剂,结
6、果使)混合溶剂,结果使E得到了得到了很好的溶解。这时很好的溶解。这时A和和B都称作助溶剂都称作助溶剂。3分散剂或冲淡剂:能分散树脂但不考虑溶解作用分散剂或冲淡剂:能分散树脂但不考虑溶解作用4、稀释剂:、稀释剂:l稀释剂也叫稀释剂也叫“稀料稀料”。它是用来。它是用来溶解、稀释溶解、稀释涂涂料,使其达到涂装粘度的溶剂。料,使其达到涂装粘度的溶剂。稀释剂可以是稀释剂可以是一种单一的溶剂,也可以是该种涂料的溶剂、一种单一的溶剂,也可以是该种涂料的溶剂、助溶剂的混合物,即用混合溶剂作稀释剂助溶剂的混合物,即用混合溶剂作稀释剂。从。从溶剂的溶解力、挥发率、安全性和经济效果各溶剂的溶解力、挥发率、安全性和经
7、济效果各方面考虑,用混合溶剂作稀释剂往往是比较合方面考虑,用混合溶剂作稀释剂往往是比较合适的。涂料施工中大多是用混合溶剂作稀释剂。适的。涂料施工中大多是用混合溶剂作稀释剂。l稀释剂直接关系到涂料的施工性能和漆膜的质稀释剂直接关系到涂料的施工性能和漆膜的质量。错用稀释剂时会造成涂料沉淀、析出或漆量。错用稀释剂时会造成涂料沉淀、析出或漆膜失光、不干等质量事故。涂料的稀释剂是有膜失光、不干等质量事故。涂料的稀释剂是有选择性的。施工中一定要按涂料的要求来选用选择性的。施工中一定要按涂料的要求来选用合适的稀释剂。合适的稀释剂。二、溶剂种类二、溶剂种类(1)按化学结构分类)按化学结构分类有烃类溶剂(烷烃、
8、烯烃、环烷烃、芳香烃);有烃类溶剂(烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃);醇、酯、酮、醚类溶剂;卤代烃溶剂;含氮醇、酯、酮、醚类溶剂;卤代烃溶剂;含氮化合物溶剂以及缩醛类、呋喃类、酸类、含化合物溶剂以及缩醛类、呋喃类、酸类、含硫化合物等溶剂。硫化合物等溶剂。(2)按溶剂的沸点分类)按溶剂的沸点分类 有低沸点溶剂(常压下沸点在有低沸点溶剂(常压下沸点在100以下);以下);中沸点溶剂(沸点在中沸点溶剂(沸点在100150);高沸点);高沸点溶剂(沸点在溶剂(沸点在150以上)。以上)。二、溶剂种类二、溶剂种类(3)按溶剂的极性分类)按溶剂的极性分类 极性溶剂(指酮、酯等具有极性和较大的介电常数以极性溶剂
9、(指酮、酯等具有极性和较大的介电常数以及偶极矩大的溶剂);非极性溶剂(指烃类等无极及偶极矩大的溶剂);非极性溶剂(指烃类等无极性功能基团、介电常数、偶极矩小的溶剂)。性功能基团、介电常数、偶极矩小的溶剂)。(4)按溶剂的溶解能力分类)按溶剂的溶解能力分类 溶剂溶剂 指能单独溶解溶质,一般不包含助溶剂和稀指能单独溶解溶质,一般不包含助溶剂和稀释剂的溶剂。释剂的溶剂。助溶剂助溶剂 (潜伏性溶剂)单独不能溶解溶质,和其他(潜伏性溶剂)单独不能溶解溶质,和其他成分混合使用时才能表现出溶解能力。如醇类对硝成分混合使用时才能表现出溶解能力。如醇类对硝化纤维素的溶解。化纤维素的溶解。稀释剂稀释剂 对溶质没有
10、溶解性,可稀释溶液又不使溶质对溶质没有溶解性,可稀释溶液又不使溶质析出或沉淀的溶剂,有时也称非溶剂。例如甲苯、析出或沉淀的溶剂,有时也称非溶剂。例如甲苯、二甲苯、庚烷等烃类都可作为硝化纤维素的稀释剂。二甲苯、庚烷等烃类都可作为硝化纤维素的稀释剂。二、溶剂种类二、溶剂种类(5)按氢键强弱和形式分类)按氢键强弱和形式分类 按氢键强弱和形式,溶剂主要分为按氢键强弱和形式,溶剂主要分为3种类型:种类型:弱氢弱氢键溶剂、氢键接受型溶剂和氢键授受型溶剂键溶剂、氢键接受型溶剂和氢键授受型溶剂。弱氢弱氢键溶剂主要包括烃类和氯代烃类溶剂键溶剂主要包括烃类和氯代烃类溶剂。烃类溶剂又。烃类溶剂又分为脂肪烃和芳香烃。
11、商业上脂肪烃溶剂是直链脂分为脂肪烃和芳香烃。商业上脂肪烃溶剂是直链脂肪烃、异构脂肪烃、环烷烃以及少量芳烃的混合物。肪烃、异构脂肪烃、环烷烃以及少量芳烃的混合物。优点是价格低廉,芳烃较脂肪烃贵,但能溶解许多优点是价格低廉,芳烃较脂肪烃贵,但能溶解许多树脂;树脂;氢键接受型溶剂主要指酮和酯类氢键接受型溶剂主要指酮和酯类。酮类溶剂。酮类溶剂较酯类溶剂便宜,但酯类溶剂较酮类溶剂气味芳香;较酯类溶剂便宜,但酯类溶剂较酮类溶剂气味芳香;氢键授受型溶剂主要为醇类溶剂氢键授受型溶剂主要为醇类溶剂,常用的有甲醇、,常用的有甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇等。大多数乳胶漆乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇等。大多数乳
12、胶漆中也含有挥发性慢的水溶性醇类溶剂,如乙二醇、中也含有挥发性慢的水溶性醇类溶剂,如乙二醇、丙二醇等,目的之一是降低凝固点。丙二醇等,目的之一是降低凝固点。三、溶剂在涂料中的作用:三、溶剂在涂料中的作用:l 溶剂在涂料中的作用有以下几点:溶剂在涂料中的作用有以下几点:l 溶解树脂;溶解树脂;l 使组成成膜物的组分均一化;使组成成膜物的组分均一化;l 改善颜料和填料的润湿性,减少颜料的漂浮;改善颜料和填料的润湿性,减少颜料的漂浮;l 延长涂料的存放时间;延长涂料的存放时间;l 在生产中调整操作粘度,用溶剂来优化涂料,减少在生产中调整操作粘度,用溶剂来优化涂料,减少问题的发生;问题的发生;l 改善
13、涂料的流动性和增加涂料的光泽;改善涂料的流动性和增加涂料的光泽;l 在涂刷时,可以帮助被涂表面与涂料之间的润湿;在涂刷时,可以帮助被涂表面与涂料之间的润湿;l 当涂刷垂直物体表面时,可校正涂料的流挂性及物当涂刷垂直物体表面时,可校正涂料的流挂性及物理干燥性;理干燥性;l 减少刷痕、气孔、接缝及涂料的浑浊;减少刷痕、气孔、接缝及涂料的浑浊;l 选择合适的活性溶剂。选择合适的活性溶剂。四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力l在涂料工业中,在涂料工业中,溶剂的溶解力溶剂的溶解力是指溶剂溶是指溶剂溶解树脂而形成均匀的高分子聚合物溶液的解树脂而形成均匀的高分子聚合物溶液的能力。溶剂
14、将高聚物分散成小颗粒,形成能力。溶剂将高聚物分散成小颗粒,形成均匀溶液的能力;一定浓度的树脂溶液形均匀溶液的能力;一定浓度的树脂溶液形成的速度;一定浓度溶液的粘度以及溶剂成的速度;一定浓度溶液的粘度以及溶剂之间的互溶性是我们之间的互溶性是我们设计色漆配方时选择设计色漆配方时选择溶剂首先要考虑到问题。溶剂首先要考虑到问题。四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力l 1极性相似原则极性相似原则l 极性高聚物溶解于极性溶剂之中,非极性高聚物溶极性高聚物溶解于极性溶剂之中,非极性高聚物溶解于非性溶剂溶剂之中;极性大的高聚物溶解于极解于非性溶剂溶剂之中;极性大的高聚物溶解于极性大的溶
15、剂之中,极性小的高聚物溶解于极性小的性大的溶剂之中,极性小的高聚物溶解于极性小的溶剂之中。溶剂之中。例如天然橡胶、丁苯橡胶是非极性的无例如天然橡胶、丁苯橡胶是非极性的无定型高聚物,能溶于碳氢化合物等非极性溶剂中定型高聚物,能溶于碳氢化合物等非极性溶剂中(如苯、石油醚、甲苯、已烷等)及卤素衍生物溶(如苯、石油醚、甲苯、已烷等)及卤素衍生物溶剂中;聚苯乙烯可溶于非极性的苯或乙苯中,也可剂中;聚苯乙烯可溶于非极性的苯或乙苯中,也可以溶于极性不太大的丁酮中。高分子链含有极性基以溶于极性不太大的丁酮中。高分子链含有极性基团,则该高聚物只能溶于具有与它极性相似的溶剂团,则该高聚物只能溶于具有与它极性相似的
16、溶剂中,如聚乙烯醇是极性的,可溶于水和乙醇中;聚中,如聚乙烯醇是极性的,可溶于水和乙醇中;聚丙烯腈能溶于极性的二甲基甲酰胺;聚甲基丙烯酸丙烯腈能溶于极性的二甲基甲酰胺;聚甲基丙烯酸甲酯不易溶于苯而能很好溶于氯仿和丙酮中。甲酯不易溶于苯而能很好溶于氯仿和丙酮中。l2溶剂化原则溶剂化原则l高聚物的溶胀和溶解与溶剂化的作用高聚物的溶胀和溶解与溶剂化的作用有关。所谓有关。所谓溶剂化作用是指溶质与溶剂接溶剂化作用是指溶质与溶剂接触时,溶剂分子与溶质分子相互产生作用,触时,溶剂分子与溶质分子相互产生作用,此作用大于溶质之间的分子内聚力,使溶此作用大于溶质之间的分子内聚力,使溶质分子彼此分离而溶解于溶剂中。
17、质分子彼此分离而溶解于溶剂中。极性溶极性溶剂分子和高聚物的极性基团相互吸引能产剂分子和高聚物的极性基团相互吸引能产生溶剂化作用,使高聚物溶解。生溶剂化作用,使高聚物溶解。 四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力l溶解度参数相近原则又称内聚能密度相近原溶解度参数相近原则又称内聚能密度相近原则。内聚能密度的平方根称为溶解度参数则。内聚能密度的平方根称为溶解度参数,溶解度参数也是分子间力的一种量度。溶解度参数也是分子间力的一种量度。它和它和内聚能密度的关系是:内聚能密度的关系是: l l (3-1)ll式中式中 E摩尔
18、内聚能;摩尔内聚能;l V摩尔体积摩尔体积3溶解度参数相近原则溶解度参数相近原则2121 VECED四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力溶解力l 根据希尔德布兰德半经验公式得知:根据希尔德布兰德半经验公式得知:l l (3-2)l 式中式中 H混合过程热量的变化,混合热;混合过程热量的变化,混合热;l N1、N2分别为组分分别为组分1和组分和组分2的摩尔数;的摩尔数;l V1、V2分别为组分分别为组分1和组分和组分2的摩尔体积;的摩尔体积;l V溶液的总体积,溶液的总体积,VN1V1N2V2;l 1、2分别为组分分别为组分1和组分和组分2的体积分数,的体积分数,l 1=
19、N1V1/(N1V1+N2V2);2=N2V2/(N1V1+N2V2);l E1、E2分别为组分分别为组分1和组分和组分2的摩尔内聚能的摩尔内聚能2212221112211221122122211121 VEVEVNVNVNVNVEVEVHl要使两种液体能自发地互相混合,从热力学要使两种液体能自发地互相混合,从热力学的观点来看,必须使混合自由能的观点来看,必须使混合自由能G为负值。为负值。即:即:lGHTS0l因为在因为在混合混合过程中,分子的排列是趋向混乱过程中,分子的排列是趋向混乱的,即混合过程熵的变化是增加的,的,即混合过程熵的变化是增加的,S0。所以不管溶质和溶剂的内聚能密度差别如何,
20、所以不管溶质和溶剂的内聚能密度差别如何,总是总是H0,要使,要使G0,则,则H越小越好,越小越好,即溶质与溶剂的即溶质与溶剂的CED越接近越好。所以越接近越好。所以溶解溶解度参数相近的或相等的两种液体能很好地混度参数相近的或相等的两种液体能很好地混合。合。四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力溶解力l 对于高聚物溶液来说,由于高分子的体积比小分子大得多,也对于高聚物溶液来说,由于高分子的体积比小分子大得多,也就是说,高分子的体积要比溶剂分子的体积大就是说,高分子的体积要比溶剂分子的体积大x倍,即倍,即V2xV1。
21、所以式(。所以式(3-2)变为:)变为:l (3-3)l 式中式中x高分子链的平均链段数。高分子链的平均链段数。l 令:令: ; 则:则:l l (3-4)l 式中式中1、2分别为溶剂和溶质的溶解度参数分别为溶剂和溶质的溶解度参数。22122211112121 VEVEVxNNxNNH21111 VE21221 VE22212121VxNNxNNH四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力溶解力l 由式(由式(3-4)即知,)即知,H取决于取决于1和和2的差值,两的差值,两者越接近,者越接近,H越小。就越容易溶解。一般选择时,越小。就越容易溶解。一般选择时,只要只要|12|1
22、.8就可以。就可以。l 混合溶剂的溶解度参数:混合溶剂的溶解度参数:l 混合混合=l 其中其中和和分别为混合体系中各组分的体积分数和分别为混合体系中各组分的体积分数和溶解度参数溶解度参数n112233ii1 + + + .= 四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力溶解力l例例1:已知二甲苯的溶解度:已知二甲苯的溶解度=8.8,-丁内酯丁内酯的溶解度的溶解度=12.6,试问一体积分数计,配制,试问一体积分数计,配制成成33%二甲苯和二甲苯和67%-丁内酯的混合溶剂,丁内酯的混合溶剂,该混合溶剂的溶解度参数该混合溶剂的溶解度参数是多少?是多少?l解:解:l混合混合=l =0.
23、33x8.8+0.67 x12.6=11.3n112233ii1 + + + .= 四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力溶解力l依据溶解度参数相同或相近互溶的原则,依据溶解度参数相同或相近互溶的原则,可以判断树脂在溶剂中是否可以溶解。可以判断树脂在溶剂中是否可以溶解。l例例2:已知聚苯乙烯树脂的溶解度参数已知聚苯乙烯树脂的溶解度参数=8.59.3,聚醋酸乙烯酯树脂的溶解度参,聚醋酸乙烯酯树脂的溶解度参数数的平均值为的平均值为9.4,试问前者在丁酮中,试问前者在丁酮中,后者在苯、甲苯及氯仿中可否溶解?后者在苯、甲苯及氯仿中可否溶解?4溶解度参数的应用:溶解度参数的应用:四
24、、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力溶解力l解:查表知丁酮的解:查表知丁酮的1=9.3,和聚苯乙烯树脂,和聚苯乙烯树脂的溶解度参数的溶解度参数2的差的差|1-2|=00.6,差值范,差值范围小于围小于1.31.8,所以聚苯乙烯树脂在丁酮中,所以聚苯乙烯树脂在丁酮中可以溶解可以溶解l查表知苯、甲苯及氯仿的溶解度参数查表知苯、甲苯及氯仿的溶解度参数分别为分别为9.2,8.9,和和9.7。和聚醋酸乙烯酯树脂的溶解度。和聚醋酸乙烯酯树脂的溶解度参数参数2的差值的绝对值分别为的差值的绝对值分别为0.2,0.5和和0.3,差值范围小于差值范围小于1.31.8,所以聚醋酸乙烯酯树,所以
25、聚醋酸乙烯酯树脂可以溶解在这三种溶剂中。脂可以溶解在这三种溶剂中。四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力溶解力l例例3:今有环己酮、甲基苯基酮和甲基正丁今有环己酮、甲基苯基酮和甲基正丁基酮基酮3种溶剂,试确定哪种可以溶解氯乙烯种溶剂,试确定哪种可以溶解氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚树脂醋酸乙烯酯共聚树脂?四、有机溶剂的性质四、有机溶剂的性质:(一):(一) 溶解力溶解力l解:解:查表知环己酮、甲基苯基酮和甲基正丁查表知环己酮、甲基苯基酮和甲基正丁基酮的溶解度参数基酮的溶解度参数为为9.9/10.6和和8.5;查表;查表知氯乙烯知氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚树脂的溶解度参数醋酸乙烯酯共聚
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