新型無voc可再生成膜助劑

中國新型涂料網(wǎng)訊： 0前言
       涂料、油墨行業(yè)消耗的溶劑占全球用于工業(yè)產(chǎn)品的有機溶劑總量的一半。今天消費者已經(jīng)認(rèn)識到涂料及家用洗滌清潔劑中所含的溶劑會污染環(huán)境并影響人體健康，因此可持續(xù)發(fā)展的理念已逐步成為影響行業(yè)發(fā)展的重要因素。隨著環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，消費者更加理智，原料供應(yīng)商不得不推出符合生態(tài)的解決方案，旨在滿足大多數(shù)終端用戶的訴求。事實上，可持續(xù)發(fā)展和健康意識已成為革新的動力。這樣就使制造商力圖找到能滿足消費者需求的低氣味無毒的產(chǎn)品。與此同時，涂料行業(yè)的生產(chǎn)商正在尋找降低原料成本的途徑，他們期待著具有較寬的應(yīng)用范圍，多功能的添加劑問世。
 
1.voc的潛在來源
       涂料中的很多成分會形成voc。在水性涂料中，voc可能主要源自成膜助劑。涂料施工后，水分開始蒸發(fā)，乳膠粒子開始融合成膜(圖1)。        voc的另一個主要來源就是二醇類助溶劑，其主要作用為:在貯存時提高抗凍融性;在施工時保濕，改善搭邊性。其它添加劑，諸如分散劑、表面活性劑、流變改性劑及殺菌劑等均為次要因素，但亦是不能忽略的voc來源。
       由于上述原料含有被嚴(yán)格限制的voc成分，迫使裝飾涂料配方設(shè)計師必須尋找新的解決方案。旨在可以靈活開發(fā)產(chǎn)品，使之既可滿足施工及涂膜性能，又可符合新的環(huán)保法規(guī)。
 
2不揮發(fā)型成膜助荊(EFC系列)
       3年前，1種基于可再生油酸的高純度丙二醇單油酸( Loxanol EFC 100 )，由于其能滿足嚴(yán)格的voc要求，在全球被引人裝飾涂料領(lǐng)域。按照客戶的反饋，第2代含有C-18脂肪酸混合物的丙二醇單酯(Loxanol EFC 200)已經(jīng)面世。其各項指標(biāo)得到了改進，并具有較淺的顏色。第3代產(chǎn)品是基于可再生技術(shù)的高純度線性短鏈脂肪酯(Loxanol EFC 300)，其符合歐洲無voc定義。但是按照美國EPA 24測試方法voc則超過90%。 EFC 300與傳統(tǒng)的三甲基戊二醇單異丁酯(TMB)在許多通用乳液中進行比較，效率可提高30%。除此之外還提高了涂膜的硬化速度，改善了抗沾污性。EFC 200和EFC 300均為源于天然原料的低氣味成膜助劑，適用于所有水性裝飾涂料，有助于滿足環(huán)保要求苛刻的涂料的制備及施工性能。這兩種成膜助劑已在多個國家注冊。其技術(shù)參數(shù)見表1.        對EFC 200在不同市售乳液中的相容性及最低成膜溫度的評估結(jié)果見表2.     EFC 100和200主要用于需要符合美國EPA 24檢測方法的涂料制備。而EFC 300則用于除此之外的其它目的。表3所列的是EFC 300與TMB(2, 2, 4-三甲基一1, 3一戊二醇單異丁酸酯)在不同市售乳液中的對比實驗數(shù)據(jù)。多數(shù)情況下，由于EFC 300在涂膜干燥過程中的快速釋放效應(yīng)使其在用量減少1/3時的硬化效果與TMB相當(dāng)。

 

3 EFC系列符合可持續(xù)發(fā)展理念的主要因素

3.1減少voc的揮發(fā)
    EFC 200基于可再生的C-18脂肪酸，其可以明顯減少建筑涂料中voc的揮發(fā)。
    檢測涂料中VOC的方法之一是計算可揮發(fā)分的總量。然后分別計算出每一揮發(fā)物在體系中的的量。另一種是美國EPA 24方法。不同成膜助劑按照EPA24方法檢測voc的結(jié)果見圖2。由圖2可見:工業(yè)級成膜助劑TMB的voc含量為100%。而同等條件下EFC-200 VOC含量約為2%.

不同成膜助荊按照EPA24方法的voc檢測結(jié)果

不同成膜助劑制備的內(nèi)墻涂料的voc對比見圖3。由圖3可見:使用TMB的內(nèi)墻半光乳膠漆中所含的voc計算值為150g/L。如用EFC 200按濕重量替換TMB，由于EFC 200的添加量較TMB低并且配方中不再需要二醇類溶劑，voc可大幅降低。

不同成膜助劑制備的內(nèi)墻涂料voc對比

 

3.2可滿足性能要求
      在外墻和內(nèi)墻涂料中將EFC 200與工業(yè)級成膜助劑TMB的性能進行對比評估。進行54℃, 2周熱貯實驗，模擬長期貯存穩(wěn)定性。實驗配方分別見表4, 5.

外墻平光丙烯酸涂料

內(nèi)墻半光丙烯酸涂料

3.2.1流變性

研究證明:使用了EFC 200的涂料的流變性，高剪切粘度(ICI)和低剪切粘度(KU)與使用TMB的涂料相比均得到了明顯改善(圖4, 5).

C18硬脂酸混合物制備的成膜助劑EFC 200與C12-14脂肪醇基的聚合用表面活性劑或TMB相比較，使乳液粒子的疏水性大大提高，這使得締合型增稠劑顯示出更好的締合作用。也意味著與TMB相比，可降低10%--15%的締合型增稠劑的用量。

EFC 200與TMB對涂料中高剪切粘度(ICI)的影響;EFC 200與TMB對涂料中低剪切粘度(KU)的影響

3.2.2改善光澤

研究還發(fā)現(xiàn):EFC 200與TMB相比，賦予涂料更好的流平性但不會產(chǎn)生流掛。由于EFC200良好的成膜效果，使涂膜不管是20º還是60º的光澤都可明顯提高。即使在5℃低溫條件下(圖6)，在高PVC平光涂料中將TMB替換成EFC 200也未降低光澤。

5℃條件下的光澤對比

3.2.3耐濕擦性

EFC 200還明顯改善了涂料的耐濕擦性。在內(nèi)墻涂料測試中，與TMB相比可提高20%(圖7)。這也佐證了EFC 200良好的成膜性。

在內(nèi)墻涂料中的耐擦洗性

4結(jié)語

我們發(fā)現(xiàn):高純度脂肪酸醋及其混合物氣味很低，無voc，可再生，故可用于制備較低voc的涂料。在不執(zhí)行EPA 24檢測標(biāo)準(zhǔn)而僅考慮可再生、低氣味時，EFC300有助于改善恢復(fù)硬度的速度及耐沾污性。當(dāng)準(zhǔn)備嚴(yán)格執(zhí)行全球的最高voc標(biāo)準(zhǔn)，TMB不被接受，而同時又渴望使用可再生成膜助劑時，EFC 200則是最佳選擇。此外，可再生技術(shù)制備的成膜助劑還可以改善流變性.提高光澤和耐濕擦性。