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碳酸二甲酯在涂料中的应用-对常用树脂的溶解性能、挥发速率、安全性能等各方面性能

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碳酸二甲酯在涂料中的应用


随着人类环保意识的增强,传统有机溶剂对环境和健康造成的危害正日益引起人们的重视,涂料行业逐渐向无溶剂和水性方向发展,但就目前来看,无溶剂涂料在施工性能方面受到很大限制;水性涂料无论是涂膜性能和施工性能方面目前都难以取代溶剂型涂料。在未来相当长时期,溶剂型涂料仍将处于重要地位,而且其绝对用量还是呈增加态势。所以,研制低毒性和低气味的环境友好溶剂型涂料显得尤为重要。

碳酸二甲酯(简称DMC)作为一种新兴溶剂近几年来在业内一直备受关注,它有几点优势:首先,绿色环保。DMC毒性很低,1992DMC在欧洲通过了非毒性化学品(Non toxic substance)的注册登记,属于无毒或微毒化工产品,是一种符合现代“清洁工艺”要求的环保型化工原料。第二,在涂料中应用性能优良。它能与几乎任何一种有机溶剂混溶,能单独或与其他溶剂一起溶解绝大部分涂料常用树脂;挥发速率适中,不影响涂膜成膜性能,还能提高涂膜干燥速度。第三,有价格优势。它可以用价格低廉的CO2生产合成,在有效利用碳资源的同时,生产成本低。在涂料中应用可消除或显著减少传统有机溶剂对环境和健康的危害并降低原材料成本,因此受到了国内外化工界的广泛重视。

1 DMC在涂料中的应用性能

1.1 DMC的物理性能

DMC的物理性能见表1

1.2 碳酸二甲酯对几种常用树脂的溶解性能

DMC对几种常用液体树脂的溶解性见表2

DMC对几种固体树脂的溶解性见表3

实验表明,DMC对以上液体树脂和部分固体树脂均具有良好的溶解性能,对几种固体树脂不能溶解,但与其他溶剂混合后,可以将树脂溶解得到透明的树脂液。因此,从溶解度角度来看,DMC完全可以替代部分传统溶剂应用在涂料中。

1.3 DMC的挥发速率

DMC挥发速率适中,与几种传统有机溶剂的挥发速率对比见表4

由表4可以看到,DMC挥发速率比大部分传统溶剂稍快一点,但比醋酸乙酯要慢。溶剂挥发速率主要影响涂膜流平、干燥等性能,将DMC代替传统溶剂制漆,测其干燥时间,观察涂膜表观状态。以环氧面漆为例,见表5

实验证明,从挥发速率角度来看,DMC可以部分替代传统溶剂,但全部替代在有些体系中则可能产生表观状态不好的问题。

1.4 DMC替代传统溶剂后的涂料性能

DMC、环氧溶剂分别溶解60%E-20环氧树脂,测其旋转黏度,见表6

实验表明,DMC溶解E-20环氧树脂时,比环氧溶剂溶解更快,黏度更低。

将环氧溶剂的50%60%70%100%分别用DMC代替,制环氧厚涂面漆,测其各方面性能,与未替代的漆样进行比较,见表7

可以看到,当DMC部分代替环氧溶剂时,涂膜干燥速度提高,体系黏度降低,其对涂膜表观状态有轻微影响,但基本不影响产品使用性能。

DMC替代环氧溶剂50%时,各项性能均能达到技术指标,见表8

实验证明,DMC替代原配方中环氧溶剂的50%后所制漆样各项性能均达到技术指标。

1.5 DMC的低温凝固问题

DMC熔点较高,为24 ℃,当气温降到4 ℃左右时,即结为固体,因此存在低温凝固问题,给它的使用和贮存带来不便。

当温度为4 ℃时,DMC与其他几种常用溶剂混合后低温凝固情况见表9

实验表明,当温度为4 ℃时,加入10%的其他溶剂与其混合,即可解决DMC低温凝固问题;当温度降到-9 ℃时,则需加入至少一半的其他溶剂才能使其保持液体状态。

1.6 DMC的安全性能

DMC易燃,遇明火、高热易燃烧,其蒸汽与空气混合,能形成爆炸性混合物,其闪点与爆炸危险度与传统溶剂相比见表11

注:爆炸危险度=(爆炸上限浓度-爆炸下限浓度)/爆炸下限浓度。

由表11可以看到,DMC属于中闪点液体,其闪点比有些常用溶剂低一点,但比甲苯、乙苯、乙醇等常用溶剂要高。而其爆炸危险度与传统溶剂相比,属于中等水平。因此,符合安全规范的条件下,DMC是可以安全使用的。

2 结 语

碳酸二甲酯是一种绿色的环保溶剂,可以替代传统溶剂应用于涂料的生产,无论从环保、职业健康方面还是改善涂料性能、降低原材料成本等方面考虑都是值得大力推广应用的。

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