碳酸二甲酯在涂料中的應(yīng)用

隨著人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，傳統(tǒng)有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境和健康造成的危害正日益引起人們的重視，涂料行業(yè)逐漸向無(wú)溶劑和水性方向發(fā)展，但就目前來(lái)看，無(wú)溶劑涂料在施工性能方面受到很大限制；水性涂料無(wú)論是涂膜性能和施工性能方面目前都難以取代溶劑型涂料。在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期，溶劑型涂料仍將處于重要地位，而且其絕對(duì)用量還是呈增加態(tài)勢(shì)。所以，研制低毒性和低氣味的環(huán)境友好溶劑型涂料顯得尤為重要。

碳酸二甲酯(簡(jiǎn)稱DMC)作為一種新興溶劑近幾年來(lái)在業(yè)內(nèi)一直備受關(guān)注，它有幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：首先，綠色環(huán)保。DMC毒性很低，1992年DMC在歐洲通過(guò)了非毒性化學(xué)品(Non toxic substance)的注冊(cè)登記，屬于無(wú)毒或微毒化工產(chǎn)品，是一種符合現(xiàn)代“清潔工藝”要求的環(huán)保型化工原料。第二，在涂料中應(yīng)用性能優(yōu)良。它能與幾乎任何一種有機(jī)溶劑混溶，能單獨(dú)或與其他溶劑一起溶解絕大部分涂料常用樹(shù)脂；揮發(fā)速率適中，不影響涂膜成膜性能，還能提高涂膜干燥速度。第三，有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。它可以用價(jià)格低廉的CO2生產(chǎn)合成，在有效利用碳資源的同時(shí)，生產(chǎn)成本低。在涂料中應(yīng)用可消除或顯著減少傳統(tǒng)有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境和健康的危害并降低原材料成本，因此受到了國(guó)內(nèi)外化工界的廣泛重視。

1　DMC在涂料中的應(yīng)用性能

1.1　DMC的物理性能

DMC的物理性能見(jiàn)表1。

1.2　碳酸二甲酯對(duì)幾種常用樹(shù)脂的溶解性能

DMC對(duì)幾種常用液體樹(shù)脂的溶解性見(jiàn)表2。

DMC對(duì)幾種固體樹(shù)脂的溶解性見(jiàn)表3。

實(shí)驗(yàn)表明，DMC對(duì)以上液體樹(shù)脂和部分固體樹(shù)脂均具有良好的溶解性能，對(duì)幾種固體樹(shù)脂不能溶解，但與其他溶劑混合后，可以將樹(shù)脂溶解得到透明的樹(shù)脂液。因此，從溶解度角度來(lái)看，DMC完全可以替代部分傳統(tǒng)溶劑應(yīng)用在涂料中。

1.3　DMC的揮發(fā)速率

DMC揮發(fā)速率適中，與幾種傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的揮發(fā)速率對(duì)比見(jiàn)表4。

由表4可以看到，DMC揮發(fā)速率比大部分傳統(tǒng)溶劑稍快一點(diǎn)，但比醋酸乙酯要慢。溶劑揮發(fā)速率主要影響涂膜流平、干燥等性能，將DMC代替?zhèn)鹘y(tǒng)溶劑制漆，測(cè)其干燥時(shí)間，觀察涂膜表觀狀態(tài)。以環(huán)氧面漆為例，見(jiàn)表5。

實(shí)驗(yàn)證明，從揮發(fā)速率角度來(lái)看，DMC可以部分替代傳統(tǒng)溶劑，但全部替代在有些體系中則可能產(chǎn)生表觀狀態(tài)不好的問(wèn)題。

1.4　DMC替代傳統(tǒng)溶劑后的涂料性能

用DMC、環(huán)氧溶劑分別溶解60%E-20環(huán)氧樹(shù)脂，測(cè)其旋轉(zhuǎn)黏度，見(jiàn)表6。

實(shí)驗(yàn)表明，DMC溶解E-20環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，比環(huán)氧溶劑溶解更快，黏度更低。

將環(huán)氧溶劑的50%、60%、70%、100%分別用DMC代替，制環(huán)氧厚涂面漆，測(cè)其各方面性能，與未替代的漆樣進(jìn)行比較，見(jiàn)表7。

可以看到，當(dāng)DMC部分代替環(huán)氧溶劑時(shí)，涂膜干燥速度提高，體系黏度降低，其對(duì)涂膜表觀狀態(tài)有輕微影響，但基本不影響產(chǎn)品使用性能。

DMC替代環(huán)氧溶劑50%時(shí)，各項(xiàng)性能均能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，見(jiàn)表8。

實(shí)驗(yàn)證明，DMC替代原配方中環(huán)氧溶劑的50%后所制漆樣各項(xiàng)性能均達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。

1.5　DMC的低溫凝固問(wèn)題

DMC熔點(diǎn)較高，為2～4 ℃，當(dāng)氣溫降到4 ℃左右時(shí)，即結(jié)為固體，因此存在低溫凝固問(wèn)題，給它的使用和貯存帶來(lái)不便。

當(dāng)溫度為4 ℃時(shí)，DMC與其他幾種常用溶劑混合后低溫凝固情況見(jiàn)表9。

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度為4 ℃時(shí)，加入10%的其他溶劑與其混合，即可解決DMC低溫凝固問(wèn)題；當(dāng)溫度降到-9 ℃時(shí)，則需加入至少一半的其他溶劑才能使其保持液體狀態(tài)。

1.6　DMC的安全性能

DMC易燃，遇明火、高熱易燃燒，其蒸汽與空氣混合，能形成爆炸性混合物，其閃點(diǎn)與爆炸危險(xiǎn)度與傳統(tǒng)溶劑相比見(jiàn)表11。

注：爆炸危險(xiǎn)度＝(爆炸上限濃度－爆炸下限濃度)/爆炸下限濃度。

由表11可以看到，DMC屬于中閃點(diǎn)液體，其閃點(diǎn)比有些常用溶劑低一點(diǎn)，但比甲苯、乙苯、乙醇等常用溶劑要高。而其爆炸危險(xiǎn)度與傳統(tǒng)溶劑相比，屬于中等水平。因此，符合安全規(guī)范的條件下，DMC是可以安全使用的。

2　結(jié)　語(yǔ)

碳酸二甲酯是一種綠色的環(huán)保溶劑，可以替代傳統(tǒng)溶劑應(yīng)用于涂料的生產(chǎn)，無(wú)論從環(huán)保、職業(yè)健康方面還是改善涂料性能、降低原材料成本等方面考慮都是值得大力推廣應(yīng)用的。