环保涂料用助剂的最新发展

1、环保涂料用助剂的最新发展报告 1.05e 摘要涂料的性能在很大程度上取决于涂料助剂。在水性涂料体系和高固体份涂料中甚至比传统涂料更加明显。 在前者中， 涂料助剂通常起著调整的作用，有助于达到理想的性能。本文讨论有关可供应的涂料助剂及其使用的最新发展。对用于no-voc 涂料和水性涂料中的助剂作了特别的介绍。本文将讨论下列主题： 成膜助剂、 缔合型增稠剂、不含 ape的润湿剂、腐蚀抑制剂和无钴催干剂。1 前言只有提供适用的涂料助剂， 才使得高质低毒涂料， 如：水性涂料、高固体份涂料、粉末涂料和辐射固化涂料的发展成为可能。在过去数十年中， 主要的涂料助剂供应商花了大量精力，为上述的涂料体系开发适用

2、的涂料助剂， 所开发的一系列的涂料助剂 （例如缔合型增稠剂） 运用了最新的技术，并在应用中取得了成功。 最重要的是，在传统的涂料中同样可以使用 （参阅 1）。在开发新产品的同时， 涂料助剂制造商与树脂和涂料的制造商密切合作，以便在供需之间达到完美的平衡。另外，关于 organo psycho syndrome 的讨论 (ops; 参阅 2)，也加快了以低溶剂含量或无溶剂涂料替代含有机溶剂涂料的进程。本文旨在评述有关在低溶剂涂料中涂料助剂的发展。根据新法例， 作者探索了新产品的应用及传统产品应用的限制。 2 成膜助剂成膜助剂指添加在基于聚合物分散体系统中的涂料助剂。添加的目的在于促进和或改善这些

3、聚合物分散体在给定环境条件下的成膜性（参阅3）。传统成膜助剂包含tpib(3 羟基 2， 2， 4三甲基异丁酸戊酯，商品名 texanol ，eastman产品)、许多水溶性乙烯基单体、丙二醇衍生物以及诸如白电油的脂肪烃等。成膜助剂组份是乳胶漆中有机溶剂的重要成份。这些涂料助剂常常导致无法将水性漆归类为不含有机溶剂、无挥发性或不含挥发有机化合物（no-voc ）的油漆。长期以来，人们对挥发性有机化合物（voc ：挥发性有机物质）的定义模糊。 现在，对此有一个明确的定义。根据1996 年 1 月 6 日委员会 9613eg的规定，在标准压力下（1013.25hpa），沸点在 250以下的所有有机

4、化合物，均被视为挥发性有机化合物。同时，确定 voc 在涂料中的比例的 iso 标准和 din标准正在准备阶段。特别是在德国，“涂料是否含溶剂和是否有挥发性“ （elf涂料）目前倍受关注。采用 din 55649标准以确定容器内的voc 含量，该法例已获通过。标准中规定以气相色谱法确定涂料内有机化合物的含量，以十四碳烷（沸点为252.5）作为参照物。 比十四烷保留时间短的所有其他成份，被视为相关涂料的挥发性成份。从以往经验得知上述所有成膜助剂均为涂料中voc 的一部份。据了解，只有三丙二醇正丁醚（tpnb ）和丙二醇单叔癸酸酯（ pmtd ）( 参阅 4)似能满足该标准中认定的no-voc 标

5、准，可以作为成膜助剂（参阅图1：pmtd ，商品名 ser-ad fx 510 ）。人们发现，使用 tpnb这样的聚合物 ， 对涂料漆膜产生强大的增塑效果， 因此，特别适合与高硬度分散体结合使用。pmtd （图 2）对涂料漆膜的增塑效果较弱，非常适合硬度较低的分散体。而且，pmtd具有消泡的作用，消泡剂的用量可以减低或甚至不用。3 增稠剂水性涂料体系中成功地使用缔合型增稠剂，已有数十年的历史。 这些合成流变助剂溶于水有机溶剂（即丙二醇）构成聚合物溶液，因此，成为涂料中voc 的一部份。有机溶剂的作用在于降低浓缩溶液的粘度，提高可操作性。新的发展使液体缔合型增稠剂以无溶剂的形式提供。溶剂的作用由

6、一种聚合型表面活性剂（充当水中聚合物的增溶剂）所取代。在此，我们可以区分两类不同类型的缔合型增稠剂：1 中低剪切速率的增稠剂： 使用这些缔合型增稠剂增稠的涂料表现为弱假塑性流变行为。2 高剪切速率的增稠剂： 使用这种增稠剂增稠的涂料的流变曲线，实际上是牛顿型的。该增稠剂在高剪切速率范围起作用，大约10,000s-1 左右( 参阅图 3：对数刻度 ) 。此处提到的粘度按照不同的粘度计叫做刷涂粘度或叫做ici 粘度。在水性涂料中，实际上常把适用于高剪切速率与中低剪切速率的增稠剂配合使用。这样，涂料的流变效果可以得到改善（如降低流挂性），增稠剂用量也可降到最低。我们发现，这两种新增稠剂都适用于no-

7、voc 水性涂料。4 润湿剂分散剂水性涂料中常用颜料润湿剂为烷基苯酚环氧酯（ape ）。特别用于墙漆和颜料分散体中，一般与聚丙烯酸类的颜料分散剂配合使用。表面活性剂如 ape亦在其他行业（例如纺织业，洗涤业）中使用，或者作为乳液聚合的乳化剂。在这些领域的应用使得ape大量的被带入到我们的环境中。油漆中的 ape的消耗量在 ape的总消耗量高达 10。ape对环境可能产生的影响，目前倍受人们关注。二十世纪八十年代，瑞典湖中大量鱼死亡，原因在于ape或其分解成份。此外，人们怀疑， ape可能影响人的内分泌体系（荷尔蒙的管理体系）。对于对性激素尤其是雌性激素的影响更是如此。许多天然和合成物质都具有与

8、雌性激素类似的性能， 可以在新陈代谢中取代荷尔蒙的作用。因此，可以产生某种负作用，例如生育能力下降。在此提供有关ape的影响的证据并不完全，因此，新的立法对使用 ape有多大影响，现在仍然不得而知。然而， 人们已经知道在涂料中替代ape的其他选择。涂料特别重要的性能便是颜料和填料的吸收行为。透过 电子， ape中的苯酚基团提供的附着力是其他替代品如三癸醇环氧酯所无法达到的。在其他应用领域这种替代似乎比较满意。有一种新型 ape替代品，它可以达到与 ape同样的附着力， 然而这种产品不含苯酚基团。人们发现，以三癸醇环氧酯稳定的碳黑分散体严重絮凝，而使用ape稳定的分散体或使用改性的环氧酯（商品名

9、称ser-ad fn 265 ）稳定的分散体仍然非常稳定（参阅5）。5 腐蚀抑制剂在含铁底材上产生腐蚀的基本条件是下列三种成份的同时存在：铁、氧气和水。对水性涂料体系而言，在生产、贮存和施工阶段，隐含着腐蚀的风险。由于水份含量高，氧气浓度大， 腐蚀主要发生在施工过程中和施工之后及稀释剂水的蒸发阶段（闪蚀）。在这三个阶段中的某个阶段可能同铁接触的水性涂料必须具有防护作用，以避免腐蚀的产生。因此，为这些涂料提供了腐蚀抑制剂。亚硝酸盐和含有亚硝酸盐的化合物通常可以作为抑制剂。如果配方也含有氨， 那么亚硝酸盐的存在是形成致癌物质亚硝氨的潜在危险。近来，不含亚硝酸盐的腐蚀抑制剂推出市场。最典型的代表由有

10、机锌络合物和硫醇组成的 ser-ad fa 379 。6 催干剂氧化干燥的水性涂料添加有催干剂，以缩短干燥时间。最具活性的此类催干剂是钴，通常状态是羧酸盐或者预络合水乳液（参阅6）。与许多其他物质一样， 钴被认为是一种潜在的致癌物质。目前，人们仍然不清楚这种怀疑的基础是否可靠。德国ral国家研究所对含有钴的涂料不允许其使用“blue angle”标志。鉴于钴在催干剂中所起的作用（特别是水性涂料中），不容易找到替代品：目前已知其他金属尚不具有类似的催干作用。一种可能的解决方法是预络合的金属复合物，特别是锰复合物 （ser-ad fs 530） 。这种催干剂的催干效果， 实际上在大部分的树脂系统中

11、都可以接受。由于对白度的影响，在白色涂料中使用的可能性受到限制。（表1）表 1：在氧化干燥的水性醇酸涂料中的干燥反应的测试固体基料含量： 27% 标准催干剂无钴催干剂10% 钴数量% ，以固体基料计金属含量 % 表干全干三天后的 konig 硬度白度指数6 0.06% 1 小时4 小时 15 分钟32 秒钟79 0.6 0.06%钴45分钟4小时 45 秒钟38秒钟86 ser-ad fs 530 在玻璃上湿膜厚度90m 当水性涂料用在木材上时， 问题便产生了来自木材的水溶成份溶解并渗透到涂膜中，结果造成涂料明显变色。 这种渗色是一种常见的现象，特别是醇酸树脂涂料在 wrc 、红木和桑科木上使

12、用时，更是如此。在潮湿状况下，这种现象更加明显，并且可以采用脱脂棉测试进行模拟。我们发现，渗色发生的程度取决于聚合物基料的密度。催干剂对此也有重要的影响。特别是，含有锆（ nuodex web zr12）的水乳化预络合催干剂对减轻渗色效果显著。众所周知，锆催干剂的作用机理基于其与醇酸树脂分子的氢键缔合。与钴相比，严格地讲，锆并不是催干剂，而是一种高添加量的交联剂。这就是锆为什么在水性醇酸涂料中可用作防渗色助剂的一个原因。 7 结论上文所述表明，涂料中含有挥发性有机化合物（voc ）主要不是助剂造成的。通过仔细选择涂料助剂，可以在很大程度上防止溶剂被带到到涂料配方中。参考文献：1 bienleman,jh, verfkroniek, 1995年第 10 期，第 29 页2 circulaire al 4163, vvvf