脱气剂安息香的作用原理

发布日期:2020/10/26 11:48:42

1 前言

安息香又称苯偶姻、二苯乙醇酮，白色或淡黄色棱柱体结晶，熔点（133-137）℃，密度 1.31g/cm3，不溶于冷水，溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，化学结构式如图 1 所示。

安息香是粉末涂料中最常用的脱气剂，用于消除固化过程中产生的针孔、缩孔、气泡等问题。安息香在粉末涂料中的脱气机理，业内人士众说纷纭，总的来说有三种：一、安息香在成膜过程中发生氧化反应，消耗气泡中的氧气使气泡直径减小，从而导致气泡内部拉普拉斯张力增加，使得氮气在体系中的溶解速率加快而起到脱气的作用[1-2]；二、安息香受热挥发，带出粉末涂料中的气体；三、安息香促进气体在树脂中的溶解和扩散[3]。

2 实验部分

2.1 实验材料

安息香（不同厂家）、聚酯树脂、酰胺蜡粉、丙酮（分析纯）。

2.2 实验仪器

DSC 差示扫描量热仪（METTLERTOLEDO DSC1500）；电子分析天平（赛多利斯，0.1mg）；真空烘箱（室温至 300℃）。

3 结果与讨论

部分安息香的作用原理中种解释颇受青睐，被多人引用，为验证此理论，我们先将安息香在空气中升温烘烤，使其氧化，再加入到粉末涂料中看起是否失效。烘烤后的安息香如图 3 所示，此时安息香已呈现出苯偶酰的黄色，虽不能保证安息香已完全氧化，但若说法一正确，此时安息香的脱气效果应有所下降。然而，结果是烘烤后的安息香脱气效果并无变化，因此安息香不是完全通过消耗氧气起到脱气作用的。

为验证第二种说法，我们将安息香在不同温度烘烤不同时间，测试安息香的挥发性。首先，将安息香在（160-170）℃烘烤 1h，结果如图 4 中 1 号样所示，安息香的质量仅减少 6%。再次，将安息香在(180-190)℃烘烤 2h，结果如图 4 中表面皿所示质量减少 1.94/2=97%，此时安息香已完全挥发，但耗时两个小时，而粉末涂料烘烤成膜时间一般不超过 20 分钟。因此，安息香也不能只通过挥发起到脱气的作用。

第三种说法是美国的 Maxwell 于 2001 年提出的，是我认为最靠谱的一种解释。由图 1 安息香的结构式可以看出，安息香的结构由苯环、羰基、羟基组成，粉末涂料所用聚酯树脂中含有大量的苯环、羰基，所用环氧树脂中也含有大量的苯环、羟基，因此安息香与聚酯和环氧树脂的相容性极好。若安息香在粉末涂料熔融过程中与环氧树脂和聚酯树脂是分子水平的融合，安息香熔融后粘度很低，相当于树脂的溶剂，可以大幅度降低树脂的熔融粘度，利于埋藏于树脂内部的气体的排出。安息香与树脂的相容性，可通过实验测试。将安息香、酰胺蜡粉与聚酯树脂（Tg 45-50℃）相融合，做出的产品室温下呈粘弹状，如图 5 所示。将此产品在（0-200）℃进行升温熔融和降温结晶 DSC 测试。

安息香熔点（133-137）℃，所用酰胺蜡粉的熔点（146-150）℃，所用聚酯树脂的 Tg（45-50）℃。图 6中黑色曲线所示，聚酯树脂的 Tg 下降至 27.47℃，安息香的熔点未出现，蜡粉熔点微降至140.35℃。红色曲线所示的冷却结晶过程，只出现了酰胺蜡粉的结晶峰 138℃，安息香的结晶峰（70℃左右）完全没有出现，这有两种可能，一是说明在冷却过程中安息香并未从混合物中结晶出来，安息香仍与聚酯树脂以分子级别互溶，安息香与聚酯树脂发生了化学反应。然而，将安息香与聚酯树脂混合后在 180℃恒温 10 分钟测试，并未出现任何反应峰，如图 7 所示，说明安息香与聚酯树脂不发生化学反应。因此安息香确实与聚酯树脂以分子级别互溶，安息香与聚酯树脂的相容性极好。

安息香与聚酯、环氧、流平剂、701、蜡粉的相容性均很好，可大大降低与之相混合物质的Tg点，若采用熔融混合，只能选蜡粉，那么安息香如何辨别真假就成了用户亟待解决的一个问题。可通过两种方式检验安息香的质量：DSC 测试和丙酮中溶解性测试。

此外，纯安息香可以完全溶解于丙酮溶剂，室温溶解度约为 7g/100g 丙酮。

劣质安息香低熔点峰极多，安息香熔融峰又矮又宽。劣质安息香在丙酮中可能不能完全溶解（并非判断纯安息香的充要条件）。

某掺假安息香的 DSC 曲线如图 10 所示，由黑色的熔融曲线可知样品熔点为135.04℃，与安息香熔点十分接近，并不能判断出此安息香是否掺假，然而将其降温却出现了两个结晶峰（117.11℃和 59.75℃），其中 59.75℃为安息香的结晶峰，低于纯安息香的结晶温度是由于掺杂杂质的存在影响了安息香的结晶。再次将样品升温熔融和降温结晶，如图 11 所示，熔融峰分为两个，说明两种组分有所分离，推测掺杂物质为某酰胺蜡粉。

实验室将安息香与酰胺蜡粉熔融混合后进行同图 10 的DSC 测试，结果如图 12 所示，与安息香样品峰形类似，具体数值的差别因为配比不同，所用的安息香与酰胺蜡粉质量配比不同，其它小峰与所用的安息香和蜡粉的纯度质量有关，为杂质峰。因此，若厂家将安息香与蜡粉熔融混合，仅通过一次升温熔融曲线测试不能判断出安息香是够掺假，需要降温结晶测试。