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乙二醇醚溶剂的应用

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: 点击:
本文将重点讨论乙二醇醚,尤其是丁醇基乙二醇醚在溶剂型和水性产品中的广阔应用前景。

溶剂的主要作用是将固体成分溶解到液体中,因此选择溶剂主要是以不同的溶解特性(即溶解能力)为依据。当然,水是最常用的溶剂,用于清洗、清洁,以及作为树脂或薄膜连接剂(如乳液)生产的介质。然而,水是一种无机溶剂,其在许多工业和家庭用途中不具备良好的溶解性,比如油漆、油墨和粘结剂等,而这些产品使用最多的是有机溶剂。特别是在、油墨和粘结剂工业中,所采用的技术也由传统溶剂(主要是烃)转向更环保的类型(主要是经氧化的溶剂)以达到更高的固含量,同时也向水性涂料和粉末涂料(即 :比如热熔胶已转向无溶剂)方向发展。然而,尽管由于发达国家的一些工业对空气质量控制的法规导致少用溶剂的趋势,亚洲地区溶剂的需求量仍在上升(见图1)。此外,清洁剂、农用化学品、医药和汽油添加剂等产品对溶剂的需求量也在迅速上升。除了溶解能力以外,涂料溶剂的选择还取决于所需要的蒸发速率、使用粘度和安全运输所需的燃点。如今的涂料和油墨都采用具备满足上述应用性能参数的溶剂体系。溶剂的溶解能力更多地取决于所要溶解的树脂种类,从而溶剂可被分为活性溶剂、潜在溶剂或共溶剂和稀释溶剂。活性溶剂是指溶剂本身即可溶解树脂,潜在溶剂在不含活性溶剂时无法溶解树脂。最后,稀释溶剂的作用是对涂料粘度进行稀释并降低单位体积的成本。


数据由Freedonia提供

烃类溶剂系直接从石油精练工艺中获得,主要含有脂肪族和芳香族成分。脂肪族溶剂对油类、脂类、蜡类、橡胶具良好的溶解力,而芳香族溶剂则对上述物质有更好的溶解性,且对乙烯基树脂和聚丙烯酸树脂也具有良好的溶解性。氯化溶剂的不足之处是其毒性显著上升。经氯化处理产生的氯化溶剂具有更强的溶解力、较低的可燃性和更快的蒸发速度。随着油漆、油墨及粘结剂越来越朝着使用更高固含量或水性树脂的方向发展,石油产品或油性树脂乃至烃类溶剂开始越来越不适用。此外,由于氯化烃类溶剂“损耗臭氧”的特性,这类溶剂开始面对更严苛的环保法规。同时,由于健康法规的影响,烃类的芳香成分需要降低,从而生产出脱芳结构的烃类溶剂。随着涂料树脂工业向含烃量或油性成分更低的方向发展,烃类溶剂的用途开始不如活性溶剂那么广泛,而更多地用作稀释剂。

顾名思义,氧化溶剂含有氧分子,有醇类、酯类、酮类和乙二醇醚等。与烃类溶剂不同的是,由于氧的存在,这类溶剂无需环境中更多的氧气就能化学燃烧或降解。醇类通常比烃类更溶于水和更有极性,但其水溶性和对极性树脂(如氨基树脂)的溶解性随醇类链长增加而下降。酯类具有好闻的水果香味,较之用于溶解硝化纤维的极性树脂的醇类有更好的溶解性。由于醇类只有在活性酯类溶剂存在的条件下才能溶解树脂,因此它们通常被认为是共溶剂。常用的酯类如乙酸乙酯、乙酸丁酯都是通过相应的醇类与乙酸反应得到的。

酮类(带有碳原子与氧原子的双键)属于活性溶剂,其中以丙酮(采用枯烯法制得)最为常用,并具有最高的蒸发速率。更长链酮类通常气味较强,燃点较低,但技术上而言它们的溶解性比先前论述的溶剂都好。

乙二醇醚和其酯类都带有羟基(-OH-)和醚基团(-O-),这使得它们具备与水性和有机化合物相结合的能力。这种亲水亲油平衡(HLB)的关键特性使其可在溶剂型和水性产品中都被选用,二者结合的特性使其能广泛应用于各种清洁剂、洗涤剂、制动液、化妆品、油墨和添加剂,以及用于热稳定剂和增塑剂的化学中间体等。乙二醇醚主要由环氧乙烷或环氧丙烷(EO或PO)与醇类反应制得,而其相应的酯类都是它们的乙酸酯或丙酸酯,主要由与相应的酸反应制得。虽然它们都属于活性溶剂,但通常它们都具有比酮类更低的蒸发速率和更高的燃点(因此VOC也较低,运输较安全),以及更好的抗冻性能(这对水性产品而言是一个很重要的因素)。特别是具有较高沸点的乙二醇醚酯类,它们给树脂合成物(达到较高固含量)和其较慢蒸发速率之间提供了较好的平衡点,使烤漆具有良好的流动性、水性粘合剂具有良好的聚结性能。

BASF公司提供范围广泛的EO和PO基乙二醇醚,以满足各种家用和工业用途的需要(见表格)。其中供应量最大的是丁二醇类(即BG或EB和BDG或DB溶剂),因为当其用于乳胶漆、液体清洁剂、抛光剂、洗涤剂中作聚结助剂和在溶剂型油漆中作缓干溶剂(即减缓溶剂蒸发)时具有良好的偶合性能。EO基乙二醇醚及其乙酸酯(即EE和EE乙酸酯或以前冠以Dow商标的Cellosolve溶剂和Sellosolve乙酸酯)由于毒性的关系而减少用量;EO基乙二醇醚类(如丁醇基乙二醇醚)和乙酸酯仍然与PO基产品共同存在,因为它们各自在许多潜在用途中找到其用武之地,如光阻材料和液晶显示工业。BG是如今水性产品最常用的溶剂,BTG则在制动液中更常用。与其异构体BDG一起,它们将丁醇基乙二醇醚置于适合未来用途需求的最有利地位。

随着技术的不断进步和环保意识由传统溶剂型产品向各种领域更高固含量和水性产品方向的发展,高性能溶剂的未来前景一片光明。

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