什么是技术?就是在确定需求和具体的现实条件下的一个解决(通达)方案。用这个方案就可以在现在的条件下满足那个需求。
需求就是高处(阳),条件就是低处(阴),使用技术就可以从低处走到高处。技术就是阴阳的连接通道。
子曰:“一阴一阳之谓道”。道在这里表现为了技术。
子曰:“不患无位,患所以立”。就凭这句话孔子就是教授级高级工程师。可惜我们经常不去照着做。所以还是小工程师。
本月初,我见美国某知名涂料公司的一位工程师,他正在开发双组分乳液型水性环氧防腐工业漆,低温烘烤或自干。
他告诉我,还是比较慢干。我问,你用什么成膜助剂,他说用2-3种,以醇酯12为主。我又问,你希望初期耐水性好吗?他说希望!
所以我写下了本文的题目,让有缘人得之。
一般水性工业漆根本不应该用醇酯12(也称texanol),一点都不要用,很多人为了心里安慰而加入,这都是惯性思维在作怪。
醇酯12太有名了,也用了太多年了,美誉度太高了,大量的书上都说是主流成膜助剂。为什么你说不要用?因为太慢干了!影响干燥时间,影响初期耐水性,影响初期硬度。
醇酯12有太多优点,因此取得了现在的江湖地位,当之无愧。
我们来数一数它的优点。【不患无位】
结构里既有羟基又有酯基,溶解力强,广泛适用于各种乳液。
沸点在250℃附近,测VOC时,其绝大部分不表现为VOC,可以降低所测的VOC值,适应了时代,得到了广泛的欢迎。
结构里含有一个羟基,微微的亲水,加入水性漆时比较容易。
分子量较大,溶解力不是太强,比较不容易造成破乳,也不容易在漆的干燥过程中早早的溶解了乳胶粒子,令漆膜流平性不好。
分子中有12个C,竟然有6个甲基 -CH3,表面张力低,虽然很慢干,但可以从内部出来,可以干透,但很慢干!
可以想见当时设计该分子结构时的工程师是多么的深谋远虑!这个世界上就没有随随便便的成功。
几乎不溶于水,这样它就主要在乳胶粒里面,不会渗入亲水底材中,如混凝土、木材。这样就不损失成膜助剂。
由于沸点很高,挥发速度很低,它用量少,即使在很低的温度下也能帮助成膜。
够了,不说了,优点太多了,但就是太慢干,用过的都知道,要7-21天才能挥发完,建筑漆不怕,上了墙,慢慢去干吧。
你工业漆等得了吗?你为什么还用?书上写的!
“不患无位,患所以立。”减少想象。从今日开始,在低温烘烤或常温自干漆中不要再选择它了,它有很多好处,但有一大坏处。
那么选什么成膜助剂呢?
就选沸点在110-210℃的水溶性溶剂,有很多可以选择,因为水性工业漆是非吸水底材,如金属、塑料、FRP等。当然也可以选难溶于水的溶剂,但前者的好处是既可以帮助成膜,又可以防冻,后者就不能防冻了。
怎么选择呢?
我们先来看看水的特性。【不患无位】
性能 | 醋酸正丙酯 | 水 | 比较结果 |
分子量 | 102 | 18 | 很小 |
沸点,℃ (极大挥发点) | 101.6 | 100 | 相当 |
冻点,℃ (不挥发点) | -92 | 0 | 很高 |
挥发温度区间 (极大挥发点-不挥发点) | 194 | 100 | 约窄一倍 |
挥发速度,丁酯=1,23℃ | 2.3 | 0.35 | 常温很慢,低温更慢 |
比重 | 0.8878 | 0.9970 | 虽很小,但很紧密 |
水和醋酸正丙酯的沸点相近,都在100 ℃附近,也就是说在高温处挥发速度相当。
但冻点相差很大,水0℃就结冰了,而正丙酯在-92℃才结冰。
在沸点,物质的挥发性最大,在冻点物质的挥发性最小,两者相减等于物质的挥发温度区间。水的挥发区间几乎比丙酯小一倍。也就是说水的挥发速度受温度的影响非常大,2倍的系数。
这是一个非常重要的结论,这是水和有机溶剂相比的一个非常重要的特点。
我们不能改变它【不患无位】,但可以认识它,不能避开它,但可以适应它【患所以立】。
水为什么这样呢?主要由分子排列决定。也可以说由氢键导致。由于水分子有很强的极性,能通过氢键结合成缔合分子。液态水,除含有简单的水分子(H₂O)外,同时还含有缔合分子(H₂O)2和(H₂O)3等,当温度在0℃水未结冰时,大多数水分子是以(H₂O)3的缔合分子存在,当温度升高到3.98℃(101.375kPa)时水分子多以(H₂O)2缔合分子形式存在,分子占据空间相对减小,此时水的密度最大。如果温度再继续升高在3.982℃以上,一般物质热胀冷缩的规律即占主导地位了。水温降到0℃时,水结成冰,水结冰时几乎全部分子缔合在一起成为一个巨大的缔合分子,在冰中水分子的排布是每一个氧原子有四个氢原子为近邻两个氢键这种排布导致成是种敞开结构,冰的结构中有较大的空隙,所以冰的密度反比同温度的水小。
水的分子量比丙酯小的多(18/102),但在常温下挥发速度比丙酯要慢的多(0.35/2.3),就是因为水有很强的极性、氢键力。但在温度提高后,它的挥发速度提高很快。(两倍)
所以做水性工业漆要想快干,一定要加快干的有机溶剂,不能使用太慢干的。【患所以立】。
经验如下:
需要在很低的温度干燥的如5-10℃,多加慢干的溶剂,不能加很慢干的,因为这时水的挥发很慢,要想提高干燥速度,同时增加快干的溶剂,或者同时采用更换树脂的方法。
在VOC允许的情况下可以多用中干的溶剂而减少慢干的溶剂,这样干燥更快。
当在中温干燥时,可以采用中干的溶剂,需要快干的,增加快干的溶剂。如PM,甚至异丁醇。
当在低温烘烤干燥时,如60℃,成膜助剂的功能已可以大量减少,这时的成膜助剂主要起流平剂作用。因这时的水干燥很快,慢干溶剂变成必要,才能形成致密的涂膜。
坚决不能为了VOC的控制而减少溶剂,因为溶剂才能让乳胶粒子固化。可以用更换更小粒径的树脂的方法减少使用溶剂。
溶剂的溶解力太强了,会造成在水还没有走尽时,乳胶粒子就溶解了,造成流平性下降。但Tg高的树脂必须搭配低沸点的强溶剂,才能良好成膜。
水溶性成膜助剂本身就是很好的防冻剂,尽量不要用丙二醇等二元醇,因为它在涂料里的保留时间也长,影响初期耐水性。
选择成膜助剂时利用结构相似,溶解性更好的原理选择,可以节省成膜助剂。
临时增塑的概念很重要,各种成膜助剂的增塑性是不同的,含醚键或C3以上的碳链降低MFFT更明显。
粒径小而软的乳液可以少用溶剂。
Tg很高的乳液粒子,选择少量不水溶的成膜助剂搭配,它预先埋伏在油相内,可以节省成膜助剂,降低VOC。(里应外合)
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