乙基纖維素的性質(zhì)及溶劑組成

乙基纖維素的性質(zhì)及溶劑組成

0高分子化學(xué)成分纖維素是自然界廣泛存在的天然丙烯酸酯。而纖維素衍生物則是高分子化學(xué)中最早研究和生產(chǎn)的一大類產(chǎn)品。也是人類開發(fā)應(yīng)用最早的天然高分子材料。作為纖維素衍生物之一的乙基纖維素,一般在涂料工業(yè)中的應(yīng)用是以纖維素醚類的形式被應(yīng)用1關(guān)于烏拉舒的原因1.1乙基纖維素的制備乙基纖維素(EC),是一種白色或微黃色的熱塑性聚合物粉末或粒狀物。它是以天然高分子材料纖維素為原料,經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)而制得的溶劑型纖維素醚。乙基纖維素有較小的相對密度(1.14左右)和較高的機(jī)械強(qiáng)度,具有很多硝酸纖維素所不能及的優(yōu)點:耐光性較好(僅次于醋酸丁酸纖維素),具有不燃性;無味、無嗅、無毒,具有良好的耐化學(xué)品性、耐酸性、耐堿性、耐鹽性、耐水性,有較好的抗熱性和耐寒性能,在較大溫度范圍內(nèi)有優(yōu)良的彈性,特別是在低溫下的彎曲性能極佳。用乙基纖維素配制的涂料耐堿性能特別穩(wěn)定,在各種纖維素涂料中,乙基纖維素涂料的抗化學(xué)腐蝕性能較好。1.2乙基纖維素溶劑乙基纖維素的乙氧基含量的高低對其軟化點、硬度、溶解性、混溶性和抗潮性等性能有較大影響。乙氧基含量為47.5%~49%的乙基纖維素的溶解性最大,它可溶于大多數(shù)的芳烴、酯類、酮類、醇類、氯烴及醇醚中。乙基纖維素最常用的混合溶劑為芳烴和醇。對取代度較高或較低、溶解性相對較差的品種,也均能溶于醋酸乙酯或甲苯和乙醇的混合溶劑中。因為芳烴和醇類組成的混合溶劑價格相對便宜、溶解力又強(qiáng)、非任何其單種溶劑所能相比,在乙基纖維素漆中被廣泛應(yīng)用。使用乙醇、異丙醇、丁醇等溶劑還可以降低由于加入酮類、酯類在溶劑中所增加的黏度,或在一定黏度下提高溶劑的不揮發(fā)份含量,還可以使用部分脂肪烴代替芳烴來降低成本。芳烴一般可以用苯、甲苯、二甲苯等,用量一般為60%~80%。醇類可用甲醇、丁醇、乙醇等2有機(jī)硅樹脂的改性耐熱涂料是具有廣泛用途的一類特種涂料,作為耐熱涂料中最常用的有機(jī)硅樹脂,已在涂料工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。雖然以有機(jī)硅樹脂為主要成膜材料生產(chǎn)的涂料具有優(yōu)良的耐熱性能、絕緣性、耐潮性和耐大氣性能等,但也相應(yīng)存在一些不足,如涂層干燥溫度較高、機(jī)械強(qiáng)度較差、附著力和耐溶劑性不高等。為克服和改進(jìn)有機(jī)硅樹脂的這些不足,對各種有機(jī)樹脂進(jìn)行改性,使其獲得的涂層具有更優(yōu)良的性能以滿足各方面的應(yīng)用要求。用有機(jī)樹脂改性提高有機(jī)硅樹脂的應(yīng)用性能已被大量用于耐熱涂料的制備中,并在耐熱涂料中占有重要的地位。2.1改性其他樹脂能用來對有機(jī)硅樹脂進(jìn)行改性的有機(jī)樹脂品種很多,常用的有:醇酸樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、乙基纖維素和氨基甲酸酯等。改性的方法有2種:化學(xué)方法和物理方法。化學(xué)方法:即熱縮聚合法(熱拼法)。用含有活性基團(tuán)的有機(jī)硅預(yù)聚物和含有活性官能團(tuán)的有機(jī)樹脂進(jìn)行共縮聚反應(yīng)。改性樹脂的性能因有機(jī)樹脂的不同而差異很大。一般來講,聚酯和醇酸樹脂主要改進(jìn)有機(jī)硅樹脂的機(jī)械性能(彈性和附著力);丙烯酸樹脂、乙基纖維素可以制成室溫固化涂料;環(huán)氧樹脂可提高耐化學(xué)性和耐溶劑性,并提高機(jī)械強(qiáng)度,特別是對銅的附著力有明顯提高,可制成室溫固化涂料;聚氨基甲酸酯改性可提高漆膜的耐化學(xué)品性及耐溶劑性物理方法:即冷混法(冷拼法)。在成膜之前,有機(jī)樹脂與有機(jī)硅樹脂不進(jìn)行反應(yīng),反應(yīng)發(fā)生在成膜過程中。只要增加有機(jī)硅樹脂與有機(jī)樹脂的混勻性,便可達(dá)到改性有機(jī)硅樹脂的目的,使之在一定程度上提高有機(jī)硅樹脂的優(yōu)良性能。這種改性方法簡便,制成的有機(jī)硅耐熱涂料可在室溫下干燥成膜,便于大面積施工。但這種改進(jìn)方法的效果不如以化學(xué)方法改進(jìn)得好,缺點是有機(jī)硅樹脂的優(yōu)良性能不能被充分發(fā)揮,有些甚至不能達(dá)到改性的目的2.2乙基纖維素用量對涂料抗菌性能的影響有機(jī)硅樹脂可以與很多有機(jī)樹脂冷拼,對其改性,提高涂層性能,達(dá)到降低固化溫度和成本的目的。其中最簡單的方法之一,就是用乙基纖維素改性。其特點為:(1)提高涂層的干燥性能。涂層的干燥性能與乙基纖維素的用量有關(guān),乙基纖維素加入量過少,則改性后漆膜常溫干燥性能差,反之,則影響耐溫性能。(2)提高涂層的耐油性。涂層的耐油性能與有機(jī)硅樹脂的類型有關(guān)。硅樹脂中苯基含量高時,其耐油性也隨之增高。特別是用乙基纖維素和硅醇冷拼時,最能說明問題。(3)配制耐熱涂料:常見的耐熱涂料由有機(jī)硅樹脂+耐熱顏料組成,這是最基本的一類耐熱涂料,長期耐熱溫度一般在300℃以下。如長期在400℃使用,涂層會逐漸粉化,附著力、彈性變差。乙基纖維素是現(xiàn)有纖維素衍生物中耐熱性能最好的一種,因而用乙基纖維素改性的有機(jī)硅樹脂,再經(jīng)與耐熱顏填料配制的耐熱涂料,可短期耐400℃高溫,并具有一定的耐油性能。(4)可有效降低耐熱涂料的生產(chǎn)成本。2.3混溶性分析涂料用乙基纖維素可與多種天然樹脂、合成樹脂相混溶,而組合成各種不同的改性樹脂。如與松香、松香衍生物以及蟲膠等一些天然樹脂的混溶性很好;與油溶性酚醛樹脂、丙烯酸樹脂等均能相混;但與順酐樹脂、脲醛樹脂等混溶性有限;與改性醇酸樹脂混溶性較差。因而,能否用乙基纖維素和其他有機(jī)樹脂進(jìn)行混合改性,應(yīng)以實驗依據(jù)進(jìn)行(1)可用于耐寒涂料,在-60℃仍能正常使用。亦可用作耐熔涂層(如涂齒輪、軸承等);(2)因?qū)τ袡C(jī)溶劑有較強(qiáng)的適應(yīng)性,因而可用來制造各種快干型涂料;(3)乙基纖維素是所有纖維素衍生物中耐熱性能最好的一種,因而能被廣泛應(yīng)用在耐熱涂料的制造;(4)乙基纖維素有很好的耐光性能(僅次于醋酸丁酸纖維素),所以還能被大量用作耐候涂料;(5)乙基纖維素還可以用作防浮色助劑,防止涂料中顏料浮色,一般加入量為0.1%~1%。2.3.1低黏度硅樹脂溶劑對乙基纖維素溶解度的影響溶劑不僅對涂料產(chǎn)品的性能有影響而且也關(guān)系著其配方是否合理、進(jìn)行規(guī)摸化生產(chǎn)的可能性。在耐熱涂料生產(chǎn)中,用乙基纖維素對有機(jī)硅樹指進(jìn)行冷拼改性,常會出現(xiàn)產(chǎn)品的主要性能已經(jīng)符合技術(shù)指標(biāo),但涂料的黏度偏高,固體份偏低的問題。因此,除了改變配方原料配比,選用合適的低黏度硅樹脂外,改變?nèi)芙庖一w維素所用溶劑是一個很重要的技術(shù)手段。表1~3是單一溶劑和混合溶劑對乙基纖維素溶解性的比較。通過表1~3內(nèi)容可看出:用通常溶解性較強(qiáng)的混合溶劑(如表2中的S-5),所得乙基纖維素溶液的黏度不但沒降低,反而大幅增高,這給我們一個啟示:從溶解性方面來講,混合溶劑配方設(shè)計時大量使用強(qiáng)溶劑未必就是好的選擇;乙基纖維素溶解的越快,所得溶液的透明度就越好、顏色更淺、黏度更低。從表4可看出:22.3.2乙基纖維素用量的確定1053有機(jī)硅樹脂與乙基纖維素的配比決定了產(chǎn)品的主要性能。增加1053硅樹脂的加入量,可以提高產(chǎn)品的耐熱性能、彈性,而且對產(chǎn)品的固體含量、黏度影響極大。增加乙基纖維素的用量,可以提高產(chǎn)品的硬度、耐汽油性能、且干燥速度快,但彈性、耐熱性能也顯著降低。具體變化見表5。當(dāng)1053硅樹脂∶乙基纖維素為8∶2時,各項指標(biāo)均合格;當(dāng)配比為1∶1時,耐汽油性能最好,但耐熱不合格。當(dāng)配比為7∶3時,除彈性較差外其他性能均合格。2.3.3復(fù)合涂料的用量顏填料用量提高,不但能提高耐熱涂料的固體含量降低黏度,而且可以提高漆膜的耐汽油性能。但是過多增加顏填料會降低成膜性能,或?qū)е缕崮椥圆缓细?。對不同顏色的耐熱涂?其顏填料的用量也不相同。如綠色涂料中的顏填料不能超過漆基固含的28%,對鋁粉耐熱涂料以20%為最高。具體性能影響見表6~表9。2.3.4復(fù)合溶劑對漆膜光亮度的影響用乙基纖維素改性有機(jī)硅樹脂生產(chǎn)的耐熱涂料在施工時,(1)如果增加丁醇或丁酯,可以明顯改善漆膜的成膜性能;(2)配方中乙基纖維素用量增加時,顏填料的用量可適當(dāng)減少;(3)耐汽油性指標(biāo)的好壞主要決定于硅樹脂的干燥程度,因為1053硅樹脂需要高溫固化,與乙基纖維素冷拼后,只能起到加快表面干燥的作用。耐熱涂料在施工前加入不同的溶劑,對漆膜的附著力、干燥性、耐汽油性能都有一定的影響單一溶劑對漆膜光亮度的影響依次如下:乙醇﹥甲苯﹥丁醇﹥丁酯﹥純苯≈丙酮﹥乙酯。應(yīng)當(dāng)指出,施工中溶劑的選擇與生產(chǎn)用的溶劑有一定的關(guān)系,當(dāng)生產(chǎn)用溶劑中已加入了相當(dāng)量的丙酮、乙醇后,在施工兌稀溶劑中就不能再加入這種溶劑,否則漆膜會出現(xiàn)變白無光現(xiàn)象。2.4乙基纖維素黏度乙基纖維素的品種類型對耐汽油性能的影響極為顯著。特別是用來改性經(jīng)高溫烘烤才能干燥成膜的類似于1053有機(jī)硅樹脂時。乙基纖維素的乙氧基含量低,易溶于水;乙氧基含量過高,易溶于有機(jī)溶劑和烴類。工業(yè)上現(xiàn)常用的乙基纖維素,乙氧基含量(取代度)一般為45%~49%之間。通過試驗對比發(fā)現(xiàn):乙基纖維素黏度越高,其耐汽油性能越差,易起泡失光。我們未對各種黏度的乙基纖維素(乙氧基含量未測)進(jìn)行較系統(tǒng)的試驗,只是用1053有機(jī)硅樹脂與乙基纖維素=8∶2制得的黑色耐熱涂料進(jìn)行了耐汽油性能對比,因用乙基纖維素改性有機(jī)硅樹脂制得的涂料能常溫下干燥,但仍有類似于1053有機(jī)硅樹脂在常溫不干的特性,故對黑色耐熱涂料在不同溫度下干燥成膜的樣品進(jìn)行耐汽油性能測試,表10為不同溫度處理后的樣品置于汽油中浸泡8h后漆膜的變化情況。2.5研磨狀態(tài)不同的有機(jī)硅樹脂與顏料混合研磨為改進(jìn)漆膜的耐汽油性能,在用乙基纖維素改性的有機(jī)硅樹脂生產(chǎn)400℃以下各色耐熱涂料時,曾用熱塑性丙烯酸樹脂部分取代乙基纖維素(1)用乙基纖維素、熱塑性丙烯酸樹脂、1053有機(jī)硅樹脂與顏料混合研磨很容易成膠,加入丙酮后再經(jīng)強(qiáng)力攪拌后可以稀釋溶解。(2)用乙基纖維素、熱塑性丙烯酸樹脂與顏料混合研磨時嚴(yán)重成膠,加入丙酮后經(jīng)強(qiáng)力攪拌可溶開。(3)用乙基纖維素、1053有機(jī)硅樹脂與顏料混合研磨時,有起絲現(xiàn)象,因而不宜研磨。(4)用乙基纖維素與顏料混合研磨,生產(chǎn)正常未有異常情況。上述分析說明在制漆研磨過程中,可能熱塑性丙烯酸樹脂中的—COOH與乙基纖維素中的—OH或乙氧基發(fā)生了反應(yīng),只有單用乙基纖維素研磨可行,或用1053有機(jī)硅樹脂進(jìn)行研磨較好。3乙基纖維素在高硅水分纖維增強(qiáng)涂料用乙基纖維素改性有機(jī)硅樹脂生產(chǎn)普通耐熱涂料,能提高耐熱涂料的干燥性能,使原本只有經(jīng)高溫烘烤才能固化成膜的有機(jī)硅耐熱涂料,亦能在常溫下固化成膜,極大地方便了施工應(yīng)用。特別是為