通过助剂技术优化的低VOC建筑涂料广告气球
文章来源：国成机械网 | 2022-09-09
通过助剂技术优化的低VOC建筑涂料
【中国牛涂网，NTW360.com新闻资讯】越来越严格的环保、清洁空气和废物处理限制要求，促使建筑涂料市场采用“绿色”化学和低VOC技术。最迫切要应对的是需达到从地方到联邦所制订的最低限制标准。这些法规制订者包括东北区域运输委员会（OTC）、加利福尼亚空气资源委员会（CARB）、南沿海地区空气质量管理区（SCAQMD）和环保署（EPA）okmart.com。
涂料工业需要采用新的技术和重新调整产品配方以满足VOC法规的期限规定的要求。OTC立法规定平光漆的VOC含量要小于100g/L；半光漆要小于150g/L；高光漆要小于250g/L。这些要求已经很难达到，而加利福尼亚和联邦还将进一步，提出要将平光漆、半光漆和高光漆的VOC含量都限制在小于50g/L。
为满足这些环保要求而又不牺牲性能，需要开发新型助剂。本文是关于不同的新一代低VOC建筑涂料的消泡剂和分散剂所进行的对比评价结果的总结。
消泡剂
为选择合适的消泡剂，配方设计者应考虑到许多因素。包括原材料、制备过程和应用（是单一使用还是混合使用），每一个涂料都各不相同。这通常会导致对每个特殊用途要推荐选用专用的消泡剂。为了满足对低VOC建筑涂料即将实施的限制要求，最近，树脂制造商已经开发出了新一代树脂，这些新型树脂在良好成膜的同时又明显降低成膜助剂用量。此外，配方设计者知道这些新树脂更易发生稳泡，从而需要使用效率更高的消泡剂。
消泡剂筛选过程
消泡剂的筛选包括测试消泡剂效率、与组成物的相容性、光泽及持久性和贮存稳定性。迪高（Tego）公司测定消泡效率是采用迪高的高剪切搅拌试验方法。该方法广泛适用于各种黏度和施工方法，包括最常用的喷涂、刷涂和辊涂。这种方法是将50g要试验的组合物倒入一个4盎司的杯子中，在1500转/分（叶片直径30mm）下以1min时间加入消泡剂，放置一个晚上。24h稳定后，加有消泡剂的组合物以3000转/分（叶片直径30mm）剪切1min，迅速将45g搅好的组合物倒入一个100ml的放置于天平上的测量圆筒中，记录组合物加上泡沫的总体积。
该测试方法是通过高剪切和高速搅拌使体系产生泡沫，剪切后，技术人员迅速记录下泡沫体积并观察倾倒试验中的脱泡性。通过倾倒试验还可观察到相容性，这可以通过加到涂料中不会产生缺陷（如缩孔）的消泡剂用量的测定而得出。用标准的三角度光泽计测量光泽。高光和半光漆分别测量20o和60o光泽，平光漆测量85o光泽。图1和图2描述了泡沫的产生和所试验的组合物的光泽。
此外性能应用试验还测试了3/8英寸辊子滚涂、刷涂和喷涂结果，来验证哪种消泡剂能够满足各个最终应用的特殊要求。
消泡剂评价用选择技术平台
通过分析试验以及在低VOC涂料体系中的应用试验选择不同化学结构的消泡剂类型。对比试验确定助剂提高新一代低VOC体系涂料性能的能力。
通过对比试验选择不同的消泡剂类型的原则包括：
·浓缩物研磨时加入
·配漆时用乳液或高相容性浓缩物
·与纯丙、乙烯-丙烯酸酯和苯丙树脂的相容性
·颜料体积浓度（PVC）的影响和
·低剪切速率下加入。
基于上述消泡剂选择原则并考虑到前面提到的效率、相容性、光泽和稳定性等性能要求，将评价范围缩小到以矿物油为对比样评价有机改性聚硅氧烷技术。矿物油和有机改性聚硅氧烷都可以有效消泡，但只有有机改性聚硅氧烷对光泽和相容性影响最小（如表1所示）。
为了评价在各种低VOC体系中的消泡剂的效率，采用巴斯夫和罗门哈斯的推荐配方进行应用试验，对比评价了有机改性聚硅氧烷与传统的矿物油。对比评价了消泡剂在市售低VOC建筑涂料组合物（参见附录）中的应用。表2概括了对消泡剂的评价。
消泡剂的选择涉及各种参数，包括憎水性或亲水性、浓缩体还是乳液以及与树脂的相容性，其他还有一些出于消泡剂特性方面的考虑，这些特性遵从一些典型的规律。但如果对个别应用，配方设计者更应相信自己的观察结果。这些规律例如：
·与亲水性消泡剂相比，憎水性消泡剂更难加入到涂料组合物中。
·消泡剂浓缩物通常需要比消泡剂乳液更高的剪切作用。
·消泡剂浓缩物或乳液的憎水性越高，需要的剪切作用越大。
·憎水性浓缩物通常加量更低一些,比乳液效率要高。
·亲水性消泡剂乳液相容性最好，但常会导致效率降低。
·消泡剂浓缩物长期贮存的稳定性要优于消泡剂乳液。
·涂料PVC越高，要求憎水性消泡剂的效率越高。
·虽然憎水性消泡剂浓缩物和乳液通常效率更高，但它比亲水性消泡剂更易产生表面缺陷。
对消泡剂浓缩物和乳液，最佳的消泡效率与剪切和液滴大小有关系。关键一点是消泡剂的液滴大小。外加剪切使消泡剂液滴变小，影响了效率。不充分剪切 - 更方便加入消泡剂 - 会降低相容性并增加表面缺陷，如图3所示。
虽然上述是典型关系，但规则总有例外，因此，配方设计者通过试验确定消泡剂在各种体系中的应用情况，并评价其性能还是非常重要的。表3所示为用于试验的基于所选树脂的涂料组合物。
分散剂
这部分阐述了目前可得到的符合环保，并能提供性能如快速提高着色强度、更好的颜色稳定性、更低的指研磨色差和更低的稳泡性等的分散剂。
分散剂选择时，首先要回答几个问题：
·体系是水性的还是溶剂性的？
·分散的颜料是有机的还是无机的？
·研磨料中有树脂还是没有树脂？
知道这些问题的答案有助于决定所选用的分散剂是否适用。
分散剂评价用选择技术平台
迪高通过分析试验以及在低VOC涂料体系中的应用试验，选择不同化学结构的分散剂类型。对比试验确定助剂提高新一代低VOC体系涂料性能的能力。
分散剂筛选过程
分散剂试验包括：黏度测量、指研试验、测光泽、着色强度、色差（ΔE）和长期贮存稳定性。
黏度测量使用板式黏度计。这种仪器可以在不同应力点控制试验温度进行测量。黏度也可以用克雷布斯-史托摩尔型旋转式黏度计测量。
光泽、指研试验和展色性通过刮涂制膜方法测定。使用三角度光泽计测量20o、60o和85o光泽。对色漆体系进行指研法和展色性能试验，有助于评价涂料中分散剂的作用。用色差计测量色漆的ΔE和着色强度。为验证试验结果，将涂料样品贮存于50℃烘箱中一定时间。贮存后，重复测试并对比结果。
根据下列原则考察测试结果：
·一段时间后颜料分散体的着色强度变化；
·着色低VOC建筑白色涂料后颜料分散体着色强度变化；
·在低VOC建筑白色涂料中的颜料分散体的指研试验性能；和
·在低VOC建筑白色涂料的颜料分散体的稳泡性。
颜料分散体对比
为了比较分散体，制备优化的不含二元醇和APE的无机氧化铁红PR 101（Elementis）、有机蓝PB 15：3（Clariant）和炭黑PBk7（Degussa）颜料，使用迪高分散剂的颜料分散体或相应的基于烷基苯酚乙氧化物（APE）的分散体。在市售低VOC建筑涂料组合物（参见附录）中对比评价颜料分散体。
分散试验对比不含APE的迪高分散体和传统的APE分散体。由于颜料的着色强度取决于其粒径，在分散过程中不断测量着色强度的变化，可以确定分散终点。将颜料分散体混入白色漆时达到一定的着色强度，即可以表明颜料分散体已经达到了所需的粒径。
通过减少达到最佳颜色的分散时间，可以降低生产成本。图4和图5阐述了APE技术和不含APE的迪高技术得到的着色强度的比较结果。采用迪高技术可以得到更高的着色强度，同时又能大大缩短分散时间。图5所示为三种测试颜料中，其着色强度更高一些。
图6描述了APE和迪高分散剂得到的颜色容忍度值，较低的ΔE值表明了在涂料体系中的更好的着色剂容忍度。图7描述了浓缩物的起泡性能。
根据着色剂容忍度、着色强度和展色试验，与传统的APE技术相比，不含APE的迪高技术性能更好。表4归纳了基于蓝色、黑色和红色颜料的分散剂的推荐加量（相对颜料量的质量百分数）。
结论
迪高将不断寻求开发新型的对环境影响更小的助剂。最新的低VOC法规的限制对建筑涂料生产商产生的影响，也要求树脂供应商开发出的涂料配方能够满足这些要求，而又能达到现有产品的主要性能。采用有机改性硅氧烷消泡剂技术和不含APE的迪高分散剂技术,可以更易满足越来越逼近的低VOC法规的标准。新一代的助剂使配方设计者可以设计环境友好型的配方，而又不牺牲一些重要性能，如光泽和着色强度。
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