新一代溶剂
新一代溶剂
虽然如今使用的多数工业溶剂对健康和环境的有害性都很低，有些产品仍然由于其毒性而受到法规的限制。并且，由于溶剂会蒸发，很多溶剂会在大气中反应产生对流层臭氧，因而被规定为挥发性有机化合物（VOC）。另一方面，含氯氟甲烷也显示会耗尽同温层臭氧，并由于其在空气中寿命很长造成全球变暖。
本文向读者介绍两种溶剂：PMP（1,2-丙二醇甲醚丙酸酯）和TBAcTM（乙酸叔丁酯）。PMP的开发用于取代更为有害的EEA（乙二醇乙醚乙酸酯），而TBAc的开发用于取代一些臭氧形成量可能较高的溶剂，包括甲苯、二甲苯、酮及其它酯类溶剂，见图1。PMP和PBAc在一些涂料和油墨的应用中进行了详细的测试。本文将举例两种涂料配方。
蒸发速率
PMP蒸发较慢，是EEA和其它高馏分溶剂很好的替代品。另一方面，TBAc则是一种蒸发快速的溶剂，可替代甲苯、MEK（甲乙酮）和乙酸丁酯（nBuAc）等快速和中速挥发的溶剂。
明智的做法是考虑整个溶剂混合体系，而不仅仅是简单的将一种溶剂替代另一种。而且，应当对使用了新的溶剂体系的涂料本身的干燥时间进行测定，因为溶剂和树脂之间的相互反应有时会影响溶剂从涂料或油墨产品中“释放”的方式。
溶解性能
溶解性能是选择溶剂时另一个重要的考虑因素。很难对溶解能力做出预计或模型化，但有一些具有预计价值的概括性原则，比如相似相溶以及Charles Hansen得出的溶解性参数。
然而，测定溶解性的最好方法是测量不同溶剂中树脂的粘度。比如，图3对几种类型的通用树脂在PMP、EEA和PMA（丙二醇甲醚乙酸酯中、固含量相同条件下的粘度进行了比较。比较结果是粘度的差别相对较小，这证明了在涂料与油墨中PMP是EEA很好的替代品。
涂料配方
有了蒸发速率和溶解性能的数据，就能对实际的涂料配方进行试验了。由于溶剂体系在涂料工作的各方面都起到了十分重要的作用，因而涂料必须在尽可能靠近真实的条件下进行配方、施工和测试。每个涂料种类和工艺都有不同的要求，因此在试验开始前必须彻底了解这些要求。
在下面给出的试验例子中，PMP作为EEA的替代品用在醇酸树脂烤漆里，而TBAc则被作为二甲苯的替代品用在工业或船舶漆的双组分环氧涂料里。此外还对醇酸树脂、2K聚氨酯和丙烯酸面漆，以及胶印和凹印油墨中的PMP和TBAc进行了试验。
TBAc在双组分环氧胺涂料中的应用
双组分环氧涂料广泛应用于对耐腐蚀性能要求较高的工业维护中。
施工前，将环氧树脂与胺-功能性成分混合，从而得到一个坚韧、挠曲性好且耐腐蚀的涂膜。
酯类并不常用在环氧树脂中，因为它们会与胺类反应形成酰胺。但是，我们认为TBAc比较不容易与胺类和聚酰胺反应，因为其酯基受到了较大的叔丁基的保护。该结论系由理论计算得出，计算结果表明，TBAc-胺反应速度远低于其与nBuAc2的反应速度。
为验证上述结论，我们对TBAc在各种胺类和聚酰胺存在条件下的贮藏稳定性相对于在通常条件下一年的贮藏稳定性进行了研究。研究结果显示，胺类在TBAc中与在二甲苯中同样稳定。
然后，将双组分环氧涂料配方中的二甲苯用以TBAc和Aromatic 100为基础的新溶剂体系替代，见表1。其中固含量和配方的粘度均相同。经测量，涂料性能（包括柔韧性、附着力和耐腐蚀性）也相同。
表1：以TBAc为溶剂的双组分环氧涂料配方
注：Epon?picure?为Resolution Performance Products注册商标 ；Beetle?为Cytec Industries注册商标; ARCOSOLV?和TBAc?为Lyondell Chemical Company 注册商标 ；Ancamide?和Acamine?为Air Products & Chemicals注册商标。
上述结果进一步证实了TBAc可在双组分环氧聚酰胺涂料配方中取代大量的二甲苯，且对涂料性能毫无影响，又能大幅度减少涂料释放物形成的臭氧量。TBAc也能在双组分聚氨酯涂料、醇酸涂料和其它气干涂料中作为一种快速溶剂，并对降低粘度很有效。
表2：以PMP为溶剂的醇酸烤漆配方
PMP在短油醇酸烤漆中的应用
我们对PMP对粘度和涂膜性能的效果同其它低挥发溶剂在下列短油醇酸烤漆配方中的作用进行了比较。作为典型的烤漆，其配方不含快速蒸发的溶剂，以避免产生诸如“溶剂冒泡”的外观问题。PMP在这类配方中的表现非常好，与被测的其它溶剂相比，它可使涂料产生6H铅笔一样的硬度和略为改善的柔韧性。
表3：低挥发溶剂对醇酸烤漆性能的影响
结论：新的环保法规持续要求涂料和油墨业使用危害更小和更有效的溶剂。因此，溶剂供应商致力于开发性能与现有产品相同或更好，但对健康和环境的不良影响更低的新溶剂。TBAc是一种快速蒸发的溶剂，可用于取代臭氧可能形成量较高的溶剂如甲苯、二甲苯、MEK、MIBK（甲基异丁基甲酮）和nBuAc等。另一方面，PMP是一种蒸发较慢的溶剂，可用作EEA和其它以乙二醇为基础的乙二醇醚乙酸酯的替代品。基本上，PMP可作为EEA
的直接替代品用于包括水性乳胶漆在内的各种涂料油墨产品。由于上述溶剂比目前使用的许多溶剂危害都小，我们预计在今后的几年中其使用都不会受到法规的限制。我们相信，这些溶剂将成为各种高性能涂料和油墨重要的配方工具。
This article describes two new solvents, PMP and TBAc. PMP was developed to replace the more hazardous EEA and TBAc was developed to replace a number of solvents with high ozone-forming potential including toluene, xylene, ketones and others. Both have been extensively tested in a number of coating and ink applications. Two coating examples are given.（完）