绿色环保的重芳烃石油溶剂在涂料行业的应用.ppt
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1、绿色环保的重芳烃石油溶剂,在涂料行业的应用江苏联东化工股份有限公司,目 录0、前言一、涂料中溶剂的作用二、涂料中的溶质三、涂料用溶剂的要求四、芳香烃类化学溶剂的危害性五、重芳烃溶剂油的应用分析 5.1 重芳烃溶剂油的来源、分类及组成 5.2 重芳烃石油溶剂与化学溶剂的作用对比 5.3 重芳烃石油溶剂油的应用 5.4 重芳烃石油溶剂油的应用实例 5.5 重芳烃石油溶剂油的应用成本与经济效益分析六、重芳烃石油溶剂油应用中的存在问题七、结语,0、前言,人类文明的基础是材料,从上古的石器时代起,人类经历了骨器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代,随后人类发明了钢铁并进入钢铁时代,其间铁、钢、特种钢、不
2、锈钢、合金钢等各类金属材料的不断出现,使人类可用这些材料制造出各种生活用具、工具、房屋、机器、车辆、船舶、火箭、卫星等等人类文明的标志与象征,而自始至终伴随材料科学发展的涂料材料起着不可替代的作用。目前由于涂料行业企业周边存在不可抗拒因素(诸如国家政策、环境法规、强化监管、原材料价格与能源成本等)的巨大影响力,致使企业经营长期处于高价位运行状态,经营压力越来越大,市场份额逐渐萎缩,形成了强者越强、弱者淘汰的竞争局面。在全国2000多家涂料企业中,为主的众多中小涂料企业普遍生存艰难,陷于发展困境。如何发展?如何创新?何处着手?见仁见智,但根本原则是一致的,即依据自身条件与能力,广泛发掘新型原材料
3、并加以充分利用,走“产品与市场需求相结合”之路。,科学诞生于观察、联想、发现与试验,任何材料都是随着工业技术水平的发展和市场需要应运而生的,高沸点重芳烃溶剂就是应市场需要而生的涂料工业配套液体原料新材料,其具有溶解力强、毒性低、气味小、沸点高、挥发慢、化学物理性能稳定及流平性好等许多油漆涂料品种所需的特点,其溶解性能优良,特别是在蒸发的后阶段能发挥高溶解力,使涂膜的平整度好,表面无桔皮,光泽好。其“不含三苯,对环境友善”的特点符合国家政策导向与社会发展潮流,是替(取)代甲苯、二甲苯的理想溶剂,且价格比甲苯、二甲苯低廉,而此差价正是众多中小涂料企业的生存空间,有着举足轻重的作用。新材料的扩大应用
4、会产生巨大的经济效益和社会效益,很有必要针对高沸点重芳烃溶剂在涂料行业中的使用技术与应用技巧进行专题研讨。,一、涂料中溶剂的作用1.1 涂料的组成,涂料是由主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质三大组成部分共同组成。(1)主要成膜物质:包括各类油脂、油料和各种天然及合成树脂,是决定涂膜性能的主要因素,既可以单独成膜,又可以粘接颜料等成膜物质组成油漆涂料而成膜,又称基料或展色剂。(2)次要成膜物质:包括各种颜料、填料、和增韧(增塑)等各种添加剂。(3)辅助成膜物质:包含各种溶剂和助剂。辅助成膜物质不能单独成膜,只对涂料形成涂膜的过程或涂膜性能起辅助作用。,涂料的组成,1.2 溶剂的定义与作用a
5、、溶剂的定义b、溶剂的作用,凡在化学组成上不发生任何化学变化并能够溶解其他固态、液态及气态溶质的液体都可称为“溶剂”,凡能溶解各类生产油漆涂料的脂肪、蜡、树脂、沥青、油类等物质的液体有机物质,统称为有机溶剂,调整粘度和起到稀释填充作用的液体称为稀释剂。在油漆涂料制造中,还可以采用其他的通常较少使用的新型有机溶剂,这就是将石化工业中“大乙烯”生产的副产品碳九(C9)经加氢精制得到的高沸点重芳烃溶剂。高沸点重芳烃溶剂主要是由三甲苯以上的多甲基苯(如三甲苯、四甲苯、五甲苯及其同分异构体)组成。,(1)真溶剂-溶解树脂的主要成分,通常占全部体积总量的20左右;(2)助溶剂-溶解树脂的辅助成分,通常占全
6、部体积总量的15以下;(3)分散剂-溶解树脂的次要成分,通常与其他某些确定品种的溶剂混合时起到潜在溶解、分散的次要作用,通常占全部体积总量的30左右;(4)稀释剂-主要起分散、稀释及调节粘度用和填充体积的作,通常与分散剂共同占全部体积总量的35以上。在油漆涂料生产配方中,稀释剂起到填充体积、调节粘度、降低成本的作用。,二、涂料中的溶质 涂料属于液态化工产品,其中含有不同组成的溶质和溶剂。溶质中又分为天然(如油脂)与各种人造树脂。2.1 涂料用油脂的分类,(1)干性油这一类油具有较好的干燥性,干后的漆膜不软化也不溶化,几乎不溶解于有机溶剂中。如桐油、亚麻仁油、苏籽油等种类。干燥机理:油脂中的双键
7、结构氧化链接,形成大分子进而成膜。(2)半干性油这一类油的漆膜干燥速度较慢,干燥后可重新软化及熔融,比较容易溶解于有机溶剂中。如大豆油、罂粟子油、菜子油等种类。举例:厨房油烟机。(3)不干性油这类油的漆膜不能自行干燥,只有在催干剂作用下才能逐步干燥。但干燥后漆膜仍具有活性,不适于作防护用。如蓖麻油、椰子油、花生油、棉籽油、鱼油等种类。举例:机油。,2.2 涂料用树脂的分类a.涂料用树脂的定义,树脂是许多有机高分子化合物经过复杂化学反应生成的混合物。树脂存在的状态可以是固体的,也可以是不同粘度的胶体,纯固态受热可熔,但只有软化点没有熔点。树脂在固化反应及溶剂挥发后,能够形成一层连续的薄膜。,涂料
8、中所用的合成树脂品种很多,可分为缩合型树脂、聚合型树脂和元素有机树脂等类型,常用的缩合型树脂有酚醛树脂、环氧树脂等,聚合型树脂有过氯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、氯磺化聚乙烯树脂、聚醋酸乙烯树脂、聚氨基甲酸酯树脂等,元素有机树脂如有机硅、氟碳树脂等。,b.涂料用树脂的分类合成树脂,天然树脂 常用的天然树脂有以矿物为来源的沥青,以植物来源的生漆,以动 物为来源的虫胶、蜂蜡等。,三、涂料用溶剂的要求,3.1 涂料用溶剂的基本要求(1)对涂料中成膜物质具有良好的溶解性,使溶剂与主要成膜物质混溶均匀,在涂膜形成过程中具有适宜的挥发性,使挥发速度符合生产与施工要求;(2)与涂料的各组成部分
9、不发生化学变化(特殊要求的活性溶剂、活性稀释剂除外),以保证涂料产品的储存稳定性;(3)赋予涂料最佳的流平性、润湿性,以改善涂膜性能(如光泽、丰满度等,并可调节粘度和流变性以便于涂装,适合于所选定的涂装方式;(4)材料低毒,符合环保要求,价廉,原料来源丰富。,3.2 涂料用溶剂品种的分类,四、芳烃化学溶剂的危害性4.1 芳香烃类化学溶剂对人体的危害,在GB 18218-2000重大危险源辨识表4 有毒物质名称及临界量表排名中,三苯(BTX)的危害性较之大名鼎鼎的甲醛更高。,4.2 芳香烃类化学溶剂对环境的影响,芳香烃类化学溶剂对环境的影响,芳香烃类化学溶剂化学品安全技术说明书(MSDS),C8
10、芳烃中三种二甲苯异构体的MSDS,重芳烃溶剂(三、四、五甲苯)MSDS,重芳烃溶剂之 绿 色,上述两表对比可以得到的结论是,重芳烃溶剂比传统的三苯类芳香烃类化学溶剂更加“绿色”,也更加符合环保要求。,与狰狞恐怖的二甲苯骷髅包装标记 相比,重芳烃溶剂的包装标记那鲜红醒目的易燃液体标志反倒显得有点可爱。,五、重芳烃溶剂油的应用分析,2007年国内涂料的生产总量为597.28万吨,2008年在全球性金融危机影响下仍然突破600万吨,达到638万吨。油漆涂料总量的增长带动了涂料品种的发展,在众多的涂料品种中,醇酸树脂漆类和氨基树脂漆类作为国内市场的大宗产品,总量约占近半,这两大类涂料合成与配制所需要的
11、大宗溶剂主要是二甲苯。根据统计,国内二甲苯的计划产量与需求量的缺口达数十万吨,同时,国内涂料行业过渡依赖进口的态势促进了二甲苯供不应求、价位居高不下的局面,从而加剧了材料价格上涨。由此可知二甲苯供应紧缺,因而以高沸点芳烃溶剂的应用前景十分乐观。,5.1 重芳烃溶剂油的来源、分类及组成,煤焦化工产品的用途,石油重芳烃溶剂目前主要来自两方面:除了来自生产焦碳过程中的煤焦化重芳烃溶剂外,主要由石油加工而得。,煤焦化工产品的加工原理,除了来自生产焦碳过程中的焦化重芳烃溶剂,石油重芳烃溶剂目前主要来自两方面:一是源于在石油炼厂芳烃重整,有的企业将三甲苯提取后的部分,按馏程分离切割获得重芳烃溶剂,还有的将
12、C9芳烃分离提取异构化原料生产二甲苯,将剩余的C10以上芳烃成分分离而得。,石油产品,二是源于乙烯工业中将C9及以上部分切分作为自用燃料或作为中间副产品销售,生产企业经加氢生 产得重芳烃溶剂。由于原料来源于不同的石化企业,原 料中的组份也各有差异,无统一标准,因 而造成重芳烃溶剂目前国内尚无统一标准 而均为企标的局面。,石油产品家族,石油的分馏,石油产品的分馏原理,石油产品的炼制,石油产品的特点,石油所含的元素主要成份是碳和氢(在石油中的质量分数平均为97%98%),主要是由各种烷烃,环烷烃和芳香烃组成的混合物。石油炼制和加工的主要目的一方面是将这些混合物进行一定程度的分离,使它们各尽所用;另
13、一方面是将含碳原子多的烃转变成含碳原子较少的烃,以提高石油的利用价值。,石油是烃的混合物,因此没有固定的沸点。含碳原子数越少的烃,沸点越低。因此,在石油被加热时,低沸点的烃先汽化,经过冷凝液化后分离出来。随着温度的升高,较高沸点的烃再汽化,经过冷凝化后又分离出来。这样不断地加热汽化和冷凝液化,就可以把石油分成不同沸点范围产物。这种方法叫石油的分馏。分馏出来的各种成分叫做馏分。每一种馏分仍然是多种烃的混合物。,C10芳烃中丁苯的四种侧链异构体,C9芳烃中三甲苯的三种位置异构体,石油产品中多种烃的异构体,重芳烃溶剂油的分类,重芳烃溶剂是五大类石油产品(汽、煤、柴、润、重)之一,其用途十分广泛。重芳
14、烃溶剂中用量最大的首推作为稀释剂使用的涂料重芳烃溶剂(有别于俗称的油漆溶剂油沸程相近而不含芳烃的脂肪烃)。目前约有数百种市销品种,其中重芳烃溶剂(烃类溶剂与苯类化合物)占一半左右。,为了迎合市场“减少和降低芳烃溶剂毒性”的需求,近年来出现了标称为“高芳香烃”和“低芳香烃”的芳烃溶剂产品,其以概念性为主,芳烃含量差别未必有多大,但降低芳香烃含量的直接结果是溶剂的溶解力明显下降,为此又出现了以支链烷烃为主、基本不含芳烃的所谓“高溶解性”溶剂油。国产重芳烃溶剂一般以20为规格档,可分为800#、1000#(或100#B、C)、1500#(或150#)、1800#(或180#)、2000#(或200#
15、)等各种规格。,重芳烃溶剂油的分类按沸程,按沸程,溶剂油可分为三类:低沸点溶剂油,如6抽提溶剂油,沸程为6090;中沸点溶剂油,如橡胶溶剂油,沸程为80120;高沸点溶剂油,如油漆溶剂油,沸程为140200,近年来广泛使用的油墨溶剂油,其干点可高达300。一般情况下,6090称为抽提溶剂油,即人们常说的6溶剂油;80120称为橡胶溶剂油,即人们常说的120溶剂油;140200称为油漆溶剂油,即200溶剂油。此外,还有油墨溶剂油、干洗溶剂油等。有时,馏程的切割各个企业也会有所不同。,重芳烃溶剂油的分类按用途,按用途可以分为主要用在抽出大豆油、莱籽油、花生油和骨油等动植物油脂的抽提溶剂油,用于橡胶
16、、鞋胶、轮胎等领域的橡胶溶剂油,用于油漆、涂料工业的油漆溶剂油等等。此外,还有洗涤溶剂油、油墨溶剂油等。根据国家标准GB1922-88,即按其98%馏出温度或干点划分溶剂油,常见的牌号有:70#香花溶剂油,90#石油醚,120#橡胶溶剂油,190#洗涤剂油,200#油漆溶剂油,260#特种煤油型溶剂。此外还有6#抽提溶剂油,航空洗涤汽油,310#彩色油墨溶剂油,农用灭蝗溶剂油等多种。实际上市场销售的,远非这些生产厂家可以根据用户需要,生产各种规格的溶剂油。,按化学结构分类,重芳烃溶剂可分为链烷烃,环烷烃和芳香烃三种。实际上除少数几种纯化合物外,烃类化合物都是各种结构烃类的混合物。芳香烃指苯、甲
17、苯、二甲苯,重芳烃指三甲苯以上的多甲基苯(如三甲苯、四甲苯、五甲苯及其同分异构体),三甲苯、四甲苯等高沸点芳烃溶剂,重是指与传统三苯相比,具有高比重和高沸点,对于混合物则为更高的馏程段。常规的6、120与200号溶剂油属于沸程相近的脂肪烃。在不同产品中,烷烃与芳烃的组成不同,沸程和性能亦不同,如市售6号抽提溶剂油、120与200号溶剂油中较少含芳香烃,芳烃含量最低可达到.以下,而在沸点142以下的产品中主要是“三苯”芳烃溶剂。重芳烃溶剂的性质视其用途不同而有别,选择重芳烃溶剂应主要考虑其溶解性、挥发性、安全性。当然,根据其用途不同,其它的各项性能也不能忽略,有时甚至更重要。,重芳烃溶剂油的分类
18、按化学结构,众所周知,石油产品是由多种烃类物质及少量烃类衍生物组成的复杂混合体,没有确定的沸点,通常可由馏程大致判断其馏分组成。涂料用溶剂的基本要求并不高,除了用于生化研究及医药卫生等目的需要高指标材料外,在满足基本要求的基础上,用不必要、不实用的高指标实质是资源浪费。,重芳烃溶剂油的组成,高沸点重芳烃溶剂主要是由三甲苯以上的多甲基苯(如三甲苯、四甲苯、五甲苯及其同分异构体)组成。重芳烃溶剂产品组成中不存在可能影响油漆涂料化学性能的各类有机官能团,因而也不会对使用于油漆涂料产生影响。直接影响因素主要是馏程或沸点。,5.2 重芳烃石油溶剂与化学溶剂的作用对比,重芳烃溶剂比二甲苯溶剂的毒性小、成本
19、低、原料易得且生产加工效率高,属于环境友好型化工产品,符合国家宏观经济政策的导向,因此其作为油漆、涂料、油墨、胶粘剂等行业的溶剂、溶媒等非反应性的稀释用途,已引起业界关注,在国内沿海地区许多涂料树脂合成企业和涂料配制加工企业得到试验性应用,可减少目前广泛使用的二甲苯,以降低过渡依赖进口 和VOC排放以及日见高涨的生产成本,可部分减少原材料价格上扬而产品销售价低迷造成的企业压力。烃类的溶解力顺序为:芳香烃环烷烃烷烃,支链“异构”烷烃直链烷烃;其毒性顺序更好相反;作为稀释剂使用时,相同固含量的粘度稍有升高。,5.3 重芳烃石油溶剂的应用(分目录),5.3.1 重芳烃石油溶剂在涂料合成树脂中的应用,
20、通过化学反应机理判断重芳烃溶剂的应用性 环氧树脂漆类,通过化学反应机理判断重芳烃溶剂的应用性聚氨酯漆类,5.3.2 重芳烃溶剂在涂料配制中的应用,5.3.3 重芳烃溶剂在涂料涂装施工中的应用,5.4 重芳烃石油溶剂的应用实例,例1 至例 9 各种涂料配方举例,5.5 重芳烃石油溶剂的应用成本与经济效益分析,例10 调配醇酸漆原材料成本核算表,5.3 重芳烃石油溶剂的应用,5.3.1 重芳烃石油溶剂在涂料合成树脂中的应用,涂料合成树脂中重芳烃溶剂完全可以在条件符合时部分取代甲苯和二甲苯等化合物溶剂。但由于重芳烃溶剂在国内尚处于市场培育期,因此需要一定时间的市场培育才能体现该项目产品的实际使用价值
21、、经济效益和社会效益,道理很简单,以前国内没有重芳烃(三、四、五甲苯等高沸点溶剂)产品的生产能力。,重芳烃溶剂在涂料合成树脂中的应用是个跨行业、跨学科的系统工程,其突出特点在于应用性、实践性和极强的时效性,同时它也是对掌握这门技术人员“临床经验”和“配方调整能力”的考验。正是依赖于此,涂料合成树脂中应用重芳烃溶剂的企业,其经济效益和市场适应力远远领先于业内同行。,环氧树脂漆的分类按固化机理分类,通过化学反应机理判断重芳烃溶剂的应用性 环氧树脂漆类,环氧树脂化学反应的分子特点 环氧树脂中存在大量如下所示的环氧基、氧原子以及环氧基与胺反应后生成的羟基和胺基,这些极性基团都具有形成氢键等作用力的能力
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