涂料中溶劑的揮發(fā)
涂料中溶劑的揮發(fā)一般分為兩個(gè)階段：
第一階段，濕態(tài)揮發(fā)：
涂料施工后，在初始濕膜狀態(tài)下混合溶劑的揮發(fā)速度主要受各溶劑揮發(fā)性能的影響，揮發(fā)速度與純?nèi)軇r(shí)近似，可查閱各種溶劑的相對(duì)揮發(fā)速率文獻(xiàn)參考。隨著溶劑的揮發(fā)，涂層的粘度愈來(lái)愈大，溶劑的揮發(fā)速度逐漸變慢，濕態(tài)揮發(fā)趨于結(jié)束。
溶劑的濕態(tài)揮發(fā)速率與四個(gè)變量的密切相關(guān)：溫度、蒸氣壓、表面積和體積之比、以及流過表面的空氣流速；水性涂料以水作為揮發(fā)性組分，相對(duì)濕度也是具有重要影響的變量。
在高溫高濕環(huán)境下，自干型涂料所采用的低沸點(diǎn)/高蒸發(fā)潛熱溶劑會(huì)快速揮發(fā)，使涂層表面溫度急劇下降達(dá)到露點(diǎn)溫度以下，水汽凝結(jié)成小滴滲入漆膜中，使涂層表面發(fā)白、失光。而噴涂施工較浸涂施工時(shí)的溶劑揮發(fā)速率更快，是因?yàn)閲娡快F化的漆霧顆粒表面積與體積比很大，各溶劑更容易逃逸； 這就是為什么有時(shí)不同的施工方法需要添加不同的稀釋劑或選擇不同稀釋比例的原因。
在水性工業(yè)涂料配方中一般同時(shí)存在水和乙二醇單丁醚，在低濕度時(shí)，水的揮發(fā)速率比乙二醇單丁醚要高得多；而在高濕度如100%時(shí)，水的揮發(fā)速率為0，而乙二醇單丁醚的相對(duì)揮發(fā)速率仍為0.08沒有變化。因此，噴涂水性涂料，在低濕度時(shí)流平性很好，而防流掛性不好；在高濕度時(shí)，抗流掛好，但流平性不好。對(duì)此，可酌情調(diào)整溶劑以求適應(yīng)，即在高濕度施時(shí)要用揮發(fā)速度慢的溶劑；而在低濕度施工時(shí)，為跟上水的揮發(fā)速度，可采用揮發(fā)速度快的溶劑。
第二階段，半干態(tài)/干態(tài)揮發(fā)：
此階段涂層處于觸干、壓干狀態(tài)，涂層中溶劑的揮發(fā)速度不再是由表面溶劑的揮發(fā)所控制，溶劑的揮發(fā)主要由溶劑在涂層中擴(kuò)散速度所決定，此時(shí)溶劑的揮發(fā)速度與膜厚的平方成反比。
溶劑的揮發(fā)由第一階段向第二階段轉(zhuǎn)化因涂料類型不同而異，一般認(rèn)為發(fā)生在固體含量達(dá)到60-80%以上。也有認(rèn)為當(dāng)溶劑揮發(fā)到只剩10%~20%時(shí)，即轉(zhuǎn)化為第二階段。
擴(kuò)散速度主要由可利用的自由體積所控制，溶劑分子通過涂膜由一個(gè)自由體積空穴跳躍到另一個(gè)自由體積空穴，而控制自由體積的最重要因素是(T-Tg)，當(dāng)溶劑的揮發(fā)發(fā)生在樹脂的Tg以上溫度時(shí)，擴(kuò)散速度不限制溶劑的揮發(fā)速度；當(dāng)溶劑的揮發(fā)發(fā)生在樹脂的Tg以下溫度時(shí)，溶劑的揮發(fā)被溶劑在涂層內(nèi)的擴(kuò)散速度控制。
隨著溶劑進(jìn)一步揮發(fā)，樹脂溶液的濃度增大，Tg增加，擴(kuò)散速度進(jìn)一步減慢。如樹脂的Tg遠(yuǎn)高于涂膜的溫度，則溶劑的揮發(fā)速度趨于零，這樣即使成膜數(shù)年后，涂膜內(nèi)仍含有少量殘留的溶劑，條件許可時(shí)可采用在Tg以上溫度烘干以完全除去溶劑。據(jù)宜家公司的長(zhǎng)期跟測(cè)，快干如硝基涂層在放置50年后尚且可以檢測(cè)到微量的二甲苯，說明溶劑在干涂層中的擴(kuò)散實(shí)際上是一個(gè)極緩慢的過程，當(dāng)然這個(gè)也與二甲苯溶劑在醇酸樹脂中的保留能力和相容/相溶作用相關(guān)。如同太陽(yáng)光子是在太陽(yáng)內(nèi)核通過核聚變產(chǎn)生，但它要逃逸到太陽(yáng)表面因有無(wú)數(shù)高密度質(zhì)子吸收和阻擋，要經(jīng)歷10多萬(wàn)年的曲折遠(yuǎn)征，才能到達(dá)太陽(yáng)表面并實(shí)現(xiàn)真正的“光速自由”--我們已知，太陽(yáng)表面的光到達(dá)地球僅需8分多鐘。
在聚氨酯清漆及其稀釋劑中如添加過量的三甲苯，施工后實(shí)干將變慢、會(huì)利于高溫高濕環(huán)境施工，但其透明干膜很可能在數(shù)月后出現(xiàn)發(fā)白問題，此種發(fā)白與前述漆膜表面發(fā)白本質(zhì)上不同，這是因?yàn)槠涓赡こ跏挤磻?yīng)固化尚未充分，殘留的多量的三甲苯還有相容空間，隨著聚氨酯干膜反應(yīng)固化深入，三甲苯變得無(wú)法相容而使透明干膜逐漸喪失透明性、以致發(fā)白。
近年來(lái)干膜中溶劑的釋放越來(lái)越受到關(guān)注，雖然相關(guān)基礎(chǔ)研究較少，但相關(guān)應(yīng)用研究很多、尤其是在安全健康環(huán)保及測(cè)試方面。
例如Total Volatile Organic Compounds，簡(jiǎn)稱TVOC，是總揮發(fā)有機(jī)化合物，涂層是TVOC的主要來(lái)源之一；國(guó)家頒布的《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50325-2020）規(guī)定住宅的TVOC應(yīng)小于等于0.45mg/m3。研究好TVOC控制技術(shù)，對(duì)開發(fā)干膜超凈味聚氨酯PU木器家具漆及超凈味墻面漆十分有益。
Semi-Volatile Organic Compounds，簡(jiǎn)稱SVOC，按世衛(wèi)組織（WHO）的分類原則，是指沸點(diǎn)在240～400℃范圍內(nèi)的有機(jī)物，在常溫下可以在氣態(tài)和顆粒物中同時(shí)存在，而且隨著溫度變化在兩相中的比例會(huì)發(fā)生改變；SVOC是在所處環(huán)境的正常溫度和壓力下，能自然蒸發(fā)，但是與VOC相比，蒸發(fā)速率較慢的有機(jī)液體或固體。SVOC主要包括鄰苯二甲酸酯類、短鏈氯化石蠟、二噁英類、多環(huán)芳烴、有機(jī)農(nóng)藥類、氯代苯類、多氯聯(lián)苯類、吡啶類、喹啉類、硝基苯類、亞硝基胺類、苯胺類、苯酚類、多氯萘類和多溴聯(lián)苯類等化合物。ISO/TC35 色漆和清漆技術(shù)委員會(huì)在修訂11890-2:2020《色漆和清漆揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)和/或半揮發(fā)性有機(jī)化合物(SVOC)含量的測(cè)定第2 部分：氣相色譜法》時(shí)增加了SVOC的測(cè)定，其主要原因是國(guó)際上控制SVOC 的呼聲越來(lái)越高，其具有難降解、強(qiáng)吸附性、生物毒性等特性，常存在于室內(nèi)、車內(nèi)，對(duì)人體健康具有持久性危害。其龜速遷移、緩慢蒸發(fā)、毒若蛇蝎的本性，值得我們深入研究環(huán)保化替代技術(shù)。
掌握好溶劑揮發(fā)遷移的規(guī)律，對(duì)開發(fā)溶劑型涂料以及水性涂料配方均關(guān)系重大。
