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)逐漸向無溶劑和水性方向發(fā)展，但就目前來看，無溶劑涂料在施工性能方面受到很大限制；水性涂料無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。在未來相當(dāng)長時(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(簡稱DMC)作為一種新興溶劑近幾年來在業(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在歐洲通過了非毒性化學(xué)品(Non toxic substance)的注冊(cè)登記，屬于無毒或微毒化工產(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的物理性能見表1。

1.2　碳酸二甲酯對(duì)幾種常用樹脂的溶解性能

DMC對(duì)幾種常用液體樹脂的溶解性見表2。

DMC對(duì)幾種固體樹脂的溶解性見表3。

實(shí)驗(yàn)表明，DMC對(duì)以上液體樹脂和部分固體樹脂均具有良好的溶解性能，對(duì)幾種固體樹脂不能溶解，但與其他溶劑混合后，可以將樹脂溶解得到透明的樹脂液。因此，從溶解度角度來看，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，見表5。

實(shí)驗(yàn)證明，從揮發(fā)速率角度來看，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)氧樹脂，測(cè)其旋轉(zhuǎn)黏度，見表6。

實(shí)驗(yàn)表明，DMC溶解E-20環(huán)氧樹脂時(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題，給它的使用和貯存帶來不便。

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

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。