多种氨基醇提高颜料的分散性和涂料的稳定性

高级水性涂料在配方过程中实现卓越性能的一个关键因素是涂料配方设计师能够理解各个原材料之间的所有的协同效应。在给定的配方中，某些成分，如醇胺，更倾向于与其他成分相互作用，这可以为配方设计师提供优化配方的机会。

 

可以使用如图1中所示的醇胺添加剂的独特化学结构来说明这些化学物质在现代水性涂料配方中可以提供的化学平衡或增强作用（图2）。

 

 

胺和醇官能团的存在允许各自的离子键和氢键结合，而紧凑的分子结构导致在液体介质中的快速扩散。此外，高纯度和含胺季碳的组合可提供颜色稳定性，使它们成为分散剂的绝佳选择（图2，平衡1-4）。除了这个有据可查的功能之外，人们还没有广泛理解，由于化学清除反应（例如与醛，图2，平衡5），这些醇胺也可以用作挥发性有机化合物（VOC）的修复剂。异噻唑啉酮（如苯基异塞唑酮）具有促进作用，有助于延长水性制剂的保质期（图2，协同作用6）。

 

这项研究强调了对这些醇胺的最新理解，以及业界将它们在配方中用于颜色稳定和颜料分散的兴趣的日益浓厚。

 

 

上述介绍了用醇胺稳定的与常用的乙醇胺包括单乙醇胺（MEA）和三乙醇胺（TEA）稳定的建筑涂料的ΔE差（有关理化性质，请参见表1）。接下来着重分享从填料到颜料吸附和颜料分散效果有何不同。

 

 

干膜颜色的持久性与所有选定成分的化学稳定性有关。包含有与胺共价键合的季碳分子的独特组成可以支持纯白色的保持更长时间。

 

实验使用在法国的DIY零售商店购买的带有生态标签、室内空气质量标签等级为“A+”，VOC为5g/L的商业缎面水性涂料。通过使用实验方法（DoE）设计，评估了包括AEPD、AMP、DMAMP、MEA和TEA在内的几种稳定剂存在的影响（0.5％wt）。使用自动涂胶机（Elcometer4340）在150微米的Leneta面板上将涂料涂覆，并在23℃，50％湿度的环境可控的室内干燥24小时。干膜在巴黎地区的实验室中暴露于间接自然阳光下9个月。

 

用柯尼卡美能达CM-5分光光度计测量颜色的变化。通过JMB软件在dE*、da*和db*中对结果进行统计分析（图3和图4）。

 

与乙醇胺基涂料相比，含有AMP、AEPD和DMAMP的涂料配方的性能要好得多。含有MEA和TEA的配方，da*和db*在9个月后出现了影响，即使是在该测试的温和条件（间接的自然阳光照射）下，也显示出低得多的色彩稳定性。

 

 

 

 

实验还测定了AMP在几种颜料的表面上的吸附率，如表2所示。本研究中所有的颜料样品均在同样的高剪切力下（VMADispermatAE01C1，1700rpm下20min），与不同比例的（95％AMP和5％水）以及填料（CaCO3和TiO2均为60％wt，PB15:3为20％wt）混合制成一系列的浆液样品。在分散步骤之后，将浆液离心分离（SorvallST8，在4500rpm下最少2.5h）直到分散的颜料完全沉降，用强酸直接滴定（MettlerT5配备了DGi115-SC电极）确定滤液中游离的AMP的量，来计算吸附量。所有原材料均按原样使用，不做任何处理。

 

 

从收集整理后的数据中可以看出，AMP的吸附取决于颜料颗粒表面的性质。使用碳酸钙填料，即使在高剂量下（每浆料中填料重量的1％为AMP重量），醇胺也不会被表面吸引。这可能是表面略带碱性的结果（等电点在8到9.53之间）。相反，二氧化钛和铜酞菁表面对AMP表现出更高的亲和力，从而在非常低的剂量（分别为0.12％wt和0.35％wt）下开始定量吸附。通过添加更多的AMP可以达到饱和点，并且剂量的增加不会导致任何其他明显的吸附。可以强调的是，饱和点取决于颗粒尺寸（即颗粒面积）。

 

Kronos2190的饱和点约为0.12％wt（粒径为300nm）；相比之下，PB15:3的饱和点为0.65％wt。

 

吸附也与颗粒本身的酸性有关。为了说明这种效果，通过绘制氨基醇的吸附图来显示颗粒饱和度，该吸附是通过将摩尔吸附量除以TiO2表面积来标准化的，如图5所示。选择了四种不同的二氧化钛，并增加了SiO2表面处理（K204310.3％；K21603.8％；K20562.1％；K21900.1％）。提供更高酸值的更高SiO2表面处理要求在表面上使用更多醇胺。尽管SiO2含量较低，但K2190仍可以显著相互作用，这可能是0.4％ZrO2表面处理的结果（在其他示例中不存在该处理）。

 

 

通过考虑醇胺在TiO2和有机颜料上的选择性吸附，获得了相应组合的分散剂需求曲线。在VMADispermatAE01C1中进行颜料分散，并用克雷布斯粘度计测量粘度。该常规程序在于确定导致最佳润湿点的分散剂的最小所需浓度（CaCO3为71.0重量％，TiO2为69.0重量％，PB15:3为26.5重量％）。该点对应于粘度不再降低的浓度。使用了Durcal5（图6），Kronos2190（图7）和HostapermBlueB2G（图8），然后将常规的聚合物分散剂Orotan731AER与AMP或AEPD混合。

 

与预计的一样，AMP或AEPD都不适合碳酸钙分散，因为所有分散剂的需求曲线（有或没有共分散剂）都是相似的（图6）。不良的相互作用导致低的吸附，与这种弱的分散性能有关。

 

常规分散剂和醇胺之间的协同作用与二氧化钛和有机颜料PB15:3高度相关。即使在0.05％wt的极低剂量下，AMP也可以显著提高常见的阴离子聚丙烯酸酯分散剂的效率（将分散剂需求量降低约70％），并且无需更高剂量的另一种分散剂的支持就可以分散TiO2（图7），如先前报道一样。在PB15:3的情况下，颜料的表面积大得多，需要更高的浓度表现出协同作用为0.3％wt。最佳的增强效果发生在0.7％wt的吸附饱和点附近（请参见表2和图8）。这意味着使用AEPD可以减少水性配方产品中的主要分散剂，从而最大程度地减少了这些亲水性阴离子物质的缺点。

 

 

 

 

醇胺，例如2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP）和2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇（AEPD），通常用作各种水性涂料配方中的关键稳定剂。由于特定氨基醇与颜料和分散剂之间的强相互作用，因此可以改善涂料配方中的团聚体含量和颜料的总体粒度分布。对于含酸的颗粒表面，这种化学联系似乎更强。这种选择性导致对具有挑战性的颜料（如二氧化钛或有机颜料）具有更好的增强效果，并且吸附机制使对常规填料（如碳酸钙）的消耗最小化。与乙醇胺相比，由于干膜的高稳定性，AMP和AEPD支持更高的白度和色彩强度，并提供可持续的色调。