碳酸二甲酯在涂料中的应用前景

1 引言 碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate,简称DMC)经过几年的推广应用,生产规模不断扩大。仅山东省东营市就建有6 万t 级的DMC 装置,联产丙二醇4.8 万t…

1 引言
碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate,简称DMC)经过几年的推广应用,生产规模不断扩大。仅山东省东营市就建有6 万t 级的DMC 装置,联产丙二醇4.8 万t/a、碳酸甲乙酯1.2 万t/a。其中DMC 远销日本、韩国、欧美和东南亚。早在1992 年,DMC 在欧洲就通过了非毒性化学品的注册登记(CAS 号616-38-6)。在全球越来越关注环保和生态问题的形势下,大量使用有机溶剂的涂料行业,面临的环保压力更为突出。DMC 之所以成为关注的少数溶剂之一,是因为它有三大优势:低毒性、广泛性、能充分利用碳资源。我国现在已成为世界CO2 排放量第一大国,降低CO2 排放量是全球性面临的大问题。能利用廉价的CO2 和甲醇合成DMC,具有环保和有效利用碳资源的双重优势,因而这种方法成为DMC 主要的合成方法。DMC 作为一种溶剂,其应用主要集中在快干型涂料,如作为硝基漆、美术漆、热塑性丙烯酸涂料的稀释剂。DMC 几乎能与所有的有机溶剂混溶;能单独和涂料用大多数液体树脂混溶;能单独或与其它溶剂配成混合液,溶解某些固体树脂。

2 DMC 的技术指标
DMC 的技术指标见表1。
DMC 的技术指标
DMC 能以任何比例与醇、酮、酯等几乎所有的有机溶剂混溶,微溶于水。可用于涂料、胶黏剂等行业。

3 利用DMC 对传统稀释剂进行改进
稀释剂在涂料配方设计、生产和施工中都能起到非常重要的作用。虽然溶剂不是涂膜的永久性成分,但它对涂膜结构和耐久性影响很大。溶剂的性质也极大地影响涂膜的外观和应用性能。一般来说,在稀释剂配方中,高、中、低3 种不同挥发速率的溶剂应合理搭配。2009 年我国涂料年产量已达755 万t。其中溶剂型涂料近500 万t,加上施工用稀释剂,溶剂的年消耗量为200 万~ 250 万t。作为环保型溶剂,DMC 在涂料工业中的应用还是值得大力推广的。
3.1 几种DMC 混合溶剂的溶解度参数计算
常用溶剂的技术指标见表2。
常用溶剂的技术指标
⑴醇酸树脂漆稀释剂
原配方中200# 溶剂汽油和二甲苯的质量比为9∶1,混合溶剂的δ=7.71;改进后用DMC 完全代替二甲苯,δ=7.9。试验证明用DMC 代替二甲苯,作为醇酸树脂漆的稀释剂是完全可行的。假若用质量比为3 ∶ 1 的DMC和200# 溶剂汽油配制成混合溶剂,用来稀释50%豆油醇酸树脂,混容性也很好。加入含DMC 的稀释剂,使醇酸树脂漆的干性得到一定程度的提高。
⑵环氧树脂漆稀释剂
以DMC 与丁醇的质量比为5 ∶ 1 配制的混合溶剂,可以溶解E20 环氧树脂,溶解速率比用二甲苯与丁醇的混合溶剂快,并且也呈透明液体。二甲苯与丁醇混合溶剂的δ = 9.25。若以DMC 代替全部二甲苯,混合溶剂的δ=10.59。
⑶氨基树脂漆稀释剂
氨基树脂漆稀释剂调整前后的配方见表3。
氨基漆稀释剂调整前后配方
原配方的δ=9.07,调整后配方的δ=9.2,略大于原配方的δ,所以喷漆效果比较理想。100 g 氨基漆,分别加入30 g 氨基稀释剂的涂料性能见表4。
氨基漆稀释剂后的涂料性能
⑷丙烯酸树脂漆稀释剂
丙烯酸树脂漆稀释剂调整前后的配方见表5。
丙烯酸树脂漆稀释剂调整前后配方
原配方的δ =8.74,调整后配方的δ =9.03。100 g 丙烯酸树脂漆,分别加入20 g 丙烯酸稀释剂的涂料性能见表6。
丙烯酸释剂的涂料性能
⑸氟碳树脂漆稀释剂
按DMC 与乙酸丁酯的质量比为5 ∶ 1 配制混合溶剂,稀释氟碳树脂,可以得到透明溶液。混合溶剂的δ=9.88,可作为氟碳树脂的稀释剂。
⑹高氯化聚乙烯防腐漆稀释剂
高氯化聚乙烯防腐漆稀释剂调整前后配方见表7。
高氯化聚乙烯防腐漆稀释剂调整前后配方
原配方的δ=8.53,调整后配方的δ=8.78。此外,DMC 对PU 固化剂也有很好的溶解性,也可用作聚脲树脂的稀释剂。用DMC 改进传统稀释剂配方是可行的,一般来说,用DMC 改进后的配方,能够提高涂膜的干性,δ 也略有提高。
3.2 DMC 对固体树脂的溶解性
⑴对HCPE 树脂的溶解性
HCPE 树脂是一种防腐漆用树脂,如果用HCPE树脂来改性醇酸树脂漆,可以提高醇酸树脂漆的防腐性和干燥性。但HCPE 树脂和醇酸树脂不能混溶。HCPE 树脂能被二甲苯溶解,其δ也应在8.8 左右。加DMC 和200# 溶剂汽油,调整混合溶剂配方见表8。用该混合溶剂制备的HCPE 树脂液比较透明,干膜半透明。和醇酸树脂按1 ∶ 2 混溶,清漆干膜透明。此HCPE 树脂液可以提高醇酸树脂漆的干性和耐水性。如果HCPE 单独用作防腐漆,DMC 虽不是HCPE的真溶剂,但可代替部分二甲苯溶解HCPE,形成一定浓度的树脂液。混合溶剂的配方见表9。
混合溶剂配方
混合溶剂的配方
⑵C9 石油树脂
通常C9 石油树脂液也是用二甲苯溶解的,如果减少醇酸树脂漆中的芳烃含量,可用DMC 代替二甲苯。DMC 对C9 石油树脂的溶解力比二甲苯强,可制得较高固体含量的石油树脂液,并用于改善醇酸树脂的耐水性。可以减少整体溶剂的挥发量。混合溶剂的配方见表10。
混合溶剂的配方
⑶氯化橡胶
DMC 不能溶解氯化橡胶,也就是说DMC 不是氯化橡胶的真溶剂。但以DMC 代替部分二甲苯是可行的。经试验,当DMC 与二甲苯的质量比为75 ∶ 25 时配制的混合溶剂可以溶解氯化橡胶,调整后的混合溶剂配方见表11。
混合溶剂配方
⑷固体丙烯酸树脂
沈阳三环A04 固体丙烯酸树脂用DMC 也可以溶解成50%的树脂液。树脂液清澈透明,但黏度较大。

4 涂料常用树脂的δ 的范围
涂料用树脂的溶解度参数δ 有一个范围,在试验DMC 对各种树脂的溶解性时,涉及到的一些树脂的δ范围见表12。
涂料常用树脂的δ 范围
5 结语
DMC 可在各种涂料中得到合理应用,从节能环保、节约资源等方面考虑是值得大力推广应用的。

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