本文目录：

涂料载液的定义和功能

水基涂料和醇基涂料的对比

醇基涂料载液的理化性质

载液的理化性质对涂料使用性能的影响

甲醇、乙醇和异丙醇的特性

载液和溶剂的搭配使用技巧

涂料载液的定义和功能

载液或载体，顾名思义，是携带者或者承载者的意思。对于铸造涂料来讲，载液的含义是容纳和运载耐火粉料及其它组分，以便于将其涂覆于铸型或砂芯表面。铸造涂料载液的作用是分散骨料和其它固态组分，溶解悬浮剂、粘结剂以及其它助剂，使耐火粉料分散或悬浮在载体液体内，使涂料保持或调整为一定的粘度和密度，便于喷涂、浸涂、流涂或刷涂到型、芯工作表面。完成“运载任务”之后，一般要将载液完全脱除，涂料在高温下起作用时基本上不含载体。

载体，载液，溶剂，稀释剂，在铸造涂料上所指的是同一种组分。不同的名称只是侧重其不同的功用，在本文中涉及通用性时，一般称之为载液，涉及到醇基涂料时，也会将某一种液体或几种液体的载液体系称为溶剂，（尽管占涂料主体组分的骨料在其中并不溶解）。而水基涂料的载液，则简单地用水表示。

以水作载体的涂料称为水基涂料，以醇类作载体时（一般还会配合有其它辅助溶剂），称为醇基涂料。还有少部分涂料以氯代烃作载体，称为氯代烃基涂料或自干涂料。本文只涉及水和醇类液体作为载液的情况。

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一，水基涂料和醇基涂料的对比：

• 成本对比：在可以作为涂料载体的液体中，水是最便宜的，甚至在整体成本核算时可以忽略不计，而作为醇基涂料溶剂的醇类液体和烃类溶剂，成本往往占浆状涂料总成本的20%-40%。
• 水与黏土类的悬浮剂相容性好，悬浮效率高，容易使耐火粉料悬浮。因此当悬浮剂加入量相当时，水基涂料的悬浮性往往优于醇基涂料。
• 适于水基涂料使用的悬浮剂较多，可以从普通的钙基和钠基膨润土到高级的ATT50和硅酸镁铝悬浮剂等众多产品中按照不同的需求来选择。而醇基涂料所用的悬浮剂和助剂可选择的种类较少，不大容易调整触变性，在涂刷性和流平性等方面不如水基涂料好。
• 水与多种涂料添加剂和助剂相容性好，涂料的使用性能易于调整和控制。通过改变悬浮剂和各种助剂的加入量和种类来调整涂料的粘度、波美度、触变性和渗透性等性能，因而涂料的涂刷性、流平性都较好，涂料层的质量比较高。
• 许多无机粘接剂在醇和有机溶剂中溶解度很低，因此醇基涂料不大容易靠无机粘接剂来增加高温强度。
• 醇类溶剂在空气中的挥发速度快，造成涂料粘度快速上升，供涂料流平的时间短，因而醇基涂料的流痕和刷痕比水基涂料多。
• 醇基涂料用的某些悬浮剂（如有机膨润土）属于发气量高的物质，再加上醇基涂料悬浮剂加入量高于水基涂料，因此醇基涂料的发气性较大。
• 生产效率的对比：水基涂料在干燥过程中耗费能源，需要专门的烘干设备，且烘干所需的时间短则几十分钟，长则数小时，生产效率低，对于流水生产而无烘干设施的生产条件，以水为载体的涂料就很不适宜，因此使用范围受到了限制。醇基涂料通过点火干燥后其干燥工序即可完成， 工时少，生产效率高，而且对于生产场地和设备的要求低，生产调度灵活方便。目前除了小型发动机铸件这类大规模流水线生产普遍使用水基涂料外，生产中大型铸件时还是以使用醇基涂料为主。
• 环保和安全方面的对比：水基涂料安全可靠、无毒无刺激性气味，是开发和推广绿色环保涂料的首选。醇基涂料除了使用甲醇、乙醇和异丙醇作为载液，也普遍使用少量的芳香烃和链烃类溶剂作为助燃剂或悬浮剂的引发剂。这些有机物质都是可燃易燃物质，有一定的危险性，而且在不同程度上对环境和人体健康存在一定的危害。这方面的内容详见笔者的文章 “水基涂料和醇基涂料中可能会含有哪些有害物质？”。

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二，醇基涂料载液的理化性质：

醇基涂料采用的有机溶剂种类较多。选择溶剂要考虑其沸点、闪点、着火点以及燃烧热、蒸发速度、粘度、环保允许含量等。

沸点是表示在1个大气压下液体开始沸腾的温度。沸点愈低，液体愈易汽化，燃烧时火焰扩展愈快。

饱和蒸汽压：蒸汽压指的是在液体的表面存在着该物质的蒸汽，这些蒸汽对液体表面产生的压强就是该液体的蒸汽压。蒸汽压随温度变化而变化，温度越高，蒸汽压越大。一定的温度下，与同种物质的液态(或固态)处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压。液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压力时，汽液两相即达到了相平衡。饱和蒸汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度。饱和蒸汽压越大，表示该物质越容易挥发。

闪点：在规定的试验条件下，液体表面上的蒸气与空气形成的混合物，遇引火源能够闪燃的液体最低温度（采用闭杯法测定）。表示材料或制品的蒸发倾向和受热后的安定性，是材料或制品贮存、运输及使用中安全防护的重要指标。在一定条件下，当液体的温度高于其闪点时，液体随时有可能被火源引燃或发生自燃，若液体的温度低于闪点，则液体不容易发生闪燃。闪点的高低主要与液体的饱和蒸气压有关，饱和蒸气压越高，就越易蒸发，闪点越低。

燃点：在规定的试验条件下，应用外部热源使物质表面起火并持续燃烧一定时间所需的最低温度，称为燃点。一定条件下，物质的燃点越低，越易着火。

闪点和燃点的区别在于，缓慢加热物质至一定温度，如出现火苗，即闪火而燃烧，但瞬间熄灭，此温度就称为闪火点（flash point），但如果温度继续升高，其所发生的挥发组分足以继续维持燃烧，而火焰不再熄灭，此时的最低温度称为物质的着火点（ignition point）或燃点。

燃点与闪点的关系：易燃液体的燃点一般高出其闪点1～5℃，并且闪点越低，这一差值越小，特别是在敞开的容器中很难将闪点和燃点区分开来。因此，评定这类液体火灾危险性大小时，一般用闪点。固体的火灾危险性大小一般用燃点来衡量。

蒸发数：是以乙醚为基准，比较各种载液的蒸发率。数值越大，则蒸发速度越慢，燃烧速度也越慢。蒸发数高的异丙醇，作为可燃涂料载体来说，燃烧最为缓慢。与蒸发数相类似的是蒸发速率和比蒸发速率，但蒸发速率越大，则代表该物质越容易蒸发和挥发，燃烧速度也越快。这是因为涂料所用的溶剂一般为轻质液体，这类液体的燃烧主要是以气相形式进行，液体转换为气体的速度决定了其燃烧的速度。

燃烧热：

燃烧热是指物质与氧气进行完全燃烧反应时放出的热量。它一般用单位物质的量、单位质量或单位体积的燃料燃烧时放出的能量计量。 在25℃，100kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热，单位为kJ/mol。

溶剂的极性：

极性(polarity):物体在相反部位或方向表现出相反的固有性质或力量，在化学中，极性指一根共价键或一个共价分子中电荷分布的不均匀性。如果电荷分布不均匀，则称该键或分子为极性；如果均匀，则称为非极性。

常用溶剂的极性顺序：水（最大）>甲醇>乙醇>乙酸>异丙醇>丙酮>三乙胺>正丁醇>苯>甲苯>环己烷>己烷>煤油（石油醚）(最小)。

分子的极性对物质溶解性有很大影响。极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，也即“相似相溶”。甲醇和乙醇与水都具有一定的极性，因此能够彼此相溶；具有长碳链的有机物，如油脂、石油的成分多不溶于水，而溶于非极性的有机溶剂。

大气中允许的最高含量（MAC）：载液的毒性可通过最大允许浓度（MAC）评估，数值越低，则毒性越大，使用时越需特别注意。关于甲醇、乙醇和其它常用溶剂的毒性本文在下面专门论述。

表1    涂料常用载液和溶剂的性能参数对比

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三，载液的理化性质对涂料使用性能的影响

1. 对点燃性的影响

涂料的点燃性能是指涂料施涂后，是否容易点燃，点燃后火焰推进的速度。有些点燃性能不好的涂料，在环境温度较低时，不容易被点燃，即使点燃，火焰也较弱，常常燃烧到一半面积就自动熄火。

载液或溶剂的闪点、燃点、蒸发性能，对涂料的点燃性能有直接的影响。乙醇和异丙醇的闪点较高，在低温时蒸发速度慢，因而单独使用乙醇或异丙醇做溶剂时，在气温低的环境下很难点燃。甲醇的闪点不低，但其低温下的蒸发速度优于乙醇和异丙醇，因而容易点燃。在不适于使用甲醇的条件下，涂料中混入闪点低且蒸发速度高的溶剂如甲苯、溶剂油等，可以获得良好的点燃性能。

2. 对燃烧性能的影响

燃烧性能是指涂料点燃后火焰推进/扩散速度，燃烧的剧烈程度以及燃烧的彻底性。

火焰推进/扩散速度：有的涂料一经点燃，其火焰即迅速扩张，刹那间燃遍所有刷过涂料的区域。相反，燃烧性能不好的涂料，火焰推进速度很慢，甚至提前熄灭。点燃性较差的涂料，其火焰扩散速度也会较低，涂料点燃性能改善后，其火焰推进速度也会提高。

燃烧剧烈程度：指涂料燃烧时火焰温度和持续时间，过于剧烈的燃烧会造成砂芯砂型开裂，涂层表面因为粘结剂被烧损而失去强度。涂料的燃烧剧烈程度受溶剂发热值的影响较大。在环境温度较高时，在涂料中适当掺些水（不超过5%），在燃烧时水分散发过程中会带走部分热量，可以有效降低燃烧剧烈程度。

燃烧的彻底性：有的涂料能够完全燃烧，但火焰熄灭后在铸型表面残留液体（主要是溶剂中的杂质或水分），涂料层得不到完全干燥，造成涂层强度低，以及铸件气孔。因此，涂料溶剂的质量控制很重要，尽量采购高纯度的甲醇、95%以上纯度的乙醇，以及高纯度的异丙醇。一些所谓工业乙醇，里边杂质多，水分多，也会造成燃烧不完全。

3. 对涂料的涂刷性能和流平性的影响

甲醇比乙醇和异丙醇的挥发速度快，涂料施涂在铸型表面后，由于甲醇挥发较快而导致粘度快速增大，涂料失去流动性。如果用于流涂和浸涂，则有利于减少涂料的流痕和堆积；但若用于刷涂，则不利于消除刷痕。

溶剂的渗透性也影响涂料的涂刷性能和流平性，甲醇的向砂型内部的渗透性比乙醇和异丙醇大，也会导致涂料粘度快速增大，涂料失去流动性，其结果类似于前边所述挥发速度对涂料使用性能的影响。

4. 涂料所用不同溶剂的相溶性

如前所述，不同溶剂间的相溶性取决于其分子极性。极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，也即“相似相溶”。有的涂料中很可能同时存在着不同比例的水、醇类液体和甲苯或溶剂油。甲苯和溶剂油均与水不相容。甲醇的极性相对较大，而溶剂油的极性相对较小，甲醇与溶剂油同时存在时，也存在着相溶不好（容易分层）的问题。

为了改善不同溶剂间的相溶性，需要利用“桥接”作用原理。^? 相关内容未见文献公开报道，可能涉及敏感技术，恕不细述，还请理解与谅解。

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四，载液对涂料的环保性能的影响：

醇基涂料除了使用甲醇、乙醇和异丙醇作为载液，也普遍使用少量的其它溶剂如甲苯、二甲苯等作为助燃剂或悬浮剂的引发剂。

国家对以上溶剂的使用有着严格的限制，2017年，中国铸造协会发布了《铸造行业大气污染物排放限值》，对一些污染物的监测和检测制定了标准，规范了VOCs（有机挥发物）的计算方法。指出VOCs排放限值包含甲苯和二甲苯等气态污染物。相关的国家标准规定了大气中化学物质的容许浓度，值越低，意味着其毒性越大。笔者从这些标准和相关论著中，摘录了与铸造涂料有关的主要化学物质物质在铸造车间空气中的容许浓度限值，见表2。

表2    某些溶剂在室内空气中的容许浓度值

从表2的数据可以看出，作为醇基涂料常用的载液，乙醇的容许浓度最高，异丙醇次之，而甲醇最低。乙醇是目前用的较多的涂料载液，它毒性相对较小、无臭味、易挥发、可燃烧，是醇基涂料中最为安全的溶剂。异丙醇的毒性也比较低，但价格相对较高，主要作为调节涂料燃烧性能和使用性能的溶剂而使用。甲醇比乙醇易燃性好，挥发快、燃烧快，价格也便宜，但具有较强的毒性。

在中国，以甲醇作为主要载液的涂料具有成本和价格优势，相当多的铸造厂使用以甲醇为主要溶剂的涂料并且采购甲醇作为涂料的稀释溶剂。 但比较表2数据可以看出，甲醇的容许浓度甚至低于甲苯、二甲苯等人们普遍认为有毒的溶剂，可以推断出其毒性比甲苯和二甲苯等更大。更多的文献指出，甲醇有较强的毒性，呼入甲醇气体或皮肤接触都会产生毒性反应；“长期暴露于低浓度甲醇的作业环境中可以影响到呼吸、心血管、神经系统，特别是视神经，引起这些系统的功能障碍”。《铸造行业大气污染物排放限值》中，已经将甲醇与甲苯、二甲苯一同列入了VOCs限值范围。

有人观察到在打开醇基涂料的包装桶时，往往闻到的是甲苯或溶剂油的味道，因此把是否有刺鼻的味道作为涂料有害物质多少的判断依据。实际上工业级的甲醇仅仅有淡淡的味道（类似于水果香味），因此没有刺鼻的味道不一定代表着不含甲醇等有害成分。笔者曾经在实验室内对甲醇和甲苯在空气中的挥发性做过简单测试，实验结果表明，在同样室温（20-32度）环境下，无论是分别放置于敞口容器中，还是将甲醇和甲苯按照一定比例（仿照两者在涂料中的相对比例）混合后置于敞口容器中，甲醇和甲苯的挥发速度虽然不同，但差别并不明显。一般以甲醇为载液的涂料中甲醇的含量要数倍于甲苯，因此从醇基涂料向空气中散发的甲醇气体要明显多于甲苯，操作人员吸入的甲醇气体可能比甲苯等挥发性气体更多。考虑到甲醇气体比起甲苯等有害溶剂的毒性更大，甲醇无论是作为载液还是作为稀释剂，其对于涂料工部的环境和人体健康的危害不容忽视。

目前仍然有很多铸造厂因为降低成本而使用甲醇稀释剂和甲醇涂料，广大铸造工作者和涂料供应商需要妥善处理经济效益和健康环保之间的关系，做出明智的选择。随着国家环保政策的逐步落实，会有更多的铸造企业摒弃使用甲醇和甲醇涂料，代之以更为环保和健康的乙醇和异丙醇作载液的涂料。

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五，甲醇、乙醇和异丙醇的在涂料中的特性

欧洲工业发达国家的醇基涂料，大都用异丙醇为载体，少数醇基涂料用乙醇。异丙醇使涂料燃烧时平稳而完全。它有良好的燃烧特性，在适当温度下，它燃烧缓慢，从而避免了型砂表面过热烧毁粘结剂和附加物，保证了涂料层的完整性。

异丙醇产量相对较少，价格比乙醇贵，在涂料中使用比例不高。酒精的价格适中，是我国用得较多的醇基涂料载体，它毒性相对较低、无臭味、易挥发、可燃烧，是快干涂料中最经济、最安全的载液。使用酒精配制涂料时要注意它的含水量，工业酒精的缺点是含水5%左右，涂料不易燃烧完全，这样导致溶剂残留在涂层与型、芯表层中，浇铸时铸件可能发生气孔或呛火缺陷。

甲醇比乙醇挥发快、燃烧快，价格也比较便宜，其缺点是有较强的毒性。据了解日本等国家使用甲醇作涂料载液的较多。有人认为在刷涂或蘸涂的涂料中，可用酒精和甲醇的混合液为载体，以改善涂料的点燃性。在此情况下，施涂过程中甲醇挥发并不多，施涂后又立即点火烧掉，空气中的甲醇蒸气含量一般不会超标。

请大家注意，在铸造涂料行业，酒精和乙醇是同一种溶剂，但是工业酒精一般不是乙醇，而是甲醇或者含有大量包括甲醇在内的杂质的乙醇。所以当客户说他们用的稀释剂是工业酒精时，不要简单地认为就是乙醇或酒精，很可能是甲醇。这时可以询问这种工业酒精的采购价格，如果价格在4000元以下，则不可能是乙醇。

甲醇、乙醇和异丙醇的常用理化参数对比，见下表：

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六，载液和溶剂的搭配使用技巧

目前常用的醇基涂料载液和溶剂，主要有甲醇、乙醇、异丙醇、溶剂油等，在以锂基土和凹凸棒土为悬浮剂的涂料中，水作为引发剂也是必须添加的。这些液体物质各有特点，常常搭配使用。

选择醇基涂料的载液和溶剂时，在环保要求之外，还需要综合考虑各种因素：

• 添加的必要性：如锂基土和凹凸棒土必须要有水作为引发剂，有机土必须由某些芳香烃或链烃类有机物引发。
• 涂料的使用性能要求：比如，甲醇为主要溶剂的涂料其涂刷性能往往不佳，能否与其它溶剂搭配使用以改善涂刷性能？又比如，为了减少喷涂时的雾状散失，应该怎样将各种溶剂合理搭配？
• 成本因素：在各种醇类溶剂中，甲醇是成本最低的，因此在满足涂料的使用性能要求和环保要求的前提下，可以尽量多地使用甲醇。
• 体系的稳定性：比如，溶剂油与水之间、溶剂油与甲醇之间的极性值相差很大，相溶性不好，为了使溶剂油与水和甲醇能够在体系中稳定存在而不发生分层现象，该怎样做？又比如，以凹凸棒土（包括进口的ATT50）为悬浮剂的醇基涂料，如果使用甲醇做载液或稀释剂，相对于乙醇做载液或稀释剂，涂料的悬浮和使用性能明显变坏，应该怎样改进？

笔者在多年的实践中积累了解决上述问题的一些经验。^? 因涉及专有技术，恕不细述，还请理解与谅解。