用于涂料、油漆和油墨的生物表面活性剂

表面活性剂在涂料、油漆和油墨以及个人护理、清洁、动物营养、农业等多种应用中都必不可少。对于涂料和油墨的配方设计师来说，表面活性剂可有效润湿颜料和基材，并提高着色力。然而，大多数表面活性剂都是化石基的，在健康和环境影响方面存在巨大挑战。随着行业和客户越来越多地放弃化石基产品，来解决气候和监管方面的问题，生物基替代品正成为一种前景广阔的解决方案。

生物基替代品使用100%可再生原材料，提供了一种更具可持续性的选择，满足了人们对高性能和环保型产品日益增长的需求。

 

何为生物表面活性剂？

表面活性剂是一种能降低两种物质（如液体）之间表面张力的化合物。它们既有吸水（亲水）的部分，也有憎水（疏水）的部分，因此可以与不同种类的分子相互作用。这种独特的结构使表面活性剂成为涂料、油漆和油墨配方中必不可少的成分。表面活性剂具有多种功能，例如可通过乳化作用稳定乳液来帮助油水混合，改善表面润湿性，提高颜料分散性，防止出现缩孔和起泡等缺陷，确保涂膜光滑耐用。

图 1. 生物表面活性剂的自然循环路线

生物基表面活性剂是从可再生原料而非石油化学品中提取的表面活性剂。根据其来源和生产工艺，它们可分为三类。
部分生物基表面活性剂是由天然油脂中提取的脂肪酸和醇类制成的。虽然这些表面活性剂可生物降解且性能良好，但它们是通过化学反应生产的，仍含有从原油中提取的成分。

完全生物基表面活性剂完全以植物为基础，通过化学过程生产，其来源包括热带油脂。

生物表面活性剂完全天然，通过发酵生产，不使用热带油脂或化工工艺。生物表面活性剂可100%生物降解，无毒，水生生物耐受性好，因此非常环保。在涂料、油漆和油墨中，生物表面活性剂因其良好的润湿性和分散性、稳定配方的能力以及对环境的最小影响而备受青睐。

 

生物表面活性剂的自然循环

生物表面活性剂是利用植物原料（如玉米等）发酵生产的，分解后不会留下任何有害健康或环境的残留物。
提取：将植物中的淀粉加工成单糖。
微生物：以糖为食物的微生物在发酵罐中生长，通过新陈代谢产生生物表面活性剂的活性成分。
纯化：生物表面活性剂必须经过纯化，以便分离微生物及其副产品。
储存：纯化后的生物表面活性剂储存在储罐中，直至装罐出售。
分解：废固或废水中的生物表面活性剂被微生物分解成二氧化碳和水。

 

糖酯

在所有生物表面活性剂中，糖脂因其多功能性、生物兼容性和生态友好性，尤其是理化特性和生物活性，成为研究和商业化最广泛的生物表面活性剂之一。

糖脂是由脂质成分与糖类结构相连组成。它们以其优异的表面活性和与多种材料的相容性而闻名，因此在涂料、油漆和油墨中非常有效。在这些应用中，糖脂具有润湿和分散特性，有助于提高配方的稳定性和一致性。它们的天然来源和生物降解性使其成为一种环保选择，符合各种行业应用对可持续和高性能添加剂解决方案日益增长的需求。

鼠李糖脂是铜绿假单胞菌从可再生玉米原料中自然产生的一类糖脂。

这种糖脂的需求量在不断增加，相比基于化石来源或热带油脂类的表面活性剂，这款糖脂产品提供了可持续的替代方案。这类品质卓越、可持续的生物表面活性剂已在清洁、美容和个人护理行业得到广泛应用，在涂料、油漆和油墨等应用领域具有巨大潜力。

全球首家工业化生产鼠李糖脂工厂

为了满足日益增长的生物表面活性剂市场需求，赢创在斯洛伐克的Slovenská Ľupča投产了全球首家工业化生产鼠李糖脂生物表面活性剂的工厂。赢创的发酵法工艺受知识产权保护，可生产高性能、无毒、可生物降解的生物表面活性剂，包括用于涂料和油墨行业的TEGO® Wet Terra 系列产品。TEGO® Wet Terra生物表面活性剂具有良好的颜料和填料润湿性，以及更佳的基材润湿性和极低的水生毒性，并且易于生物降解。

赢创TEGO® Wet 580 Terra生物表面活性剂是行业内的创新产品。是传统底材和颜料润湿助剂的环保型替代品，符合不断提高的涂料和油墨行业客户的环保标准需求。对颜料和底材有很强的润湿性、低浓度时有效、卓越的展色性能、极低的水生毒性以及易于生物降解这些特性使它们成为水性建筑涂料、木器涂料、工业涂料以及颜料浓缩浆等应用的理想选择。

 

在各种应用中的性能

表面活性剂可用于配制水性涂料。这些两亲分子同时具有亲水基团和疏水基团，可影响水性涂料的特性和性能。通过降低液体的表面张力，表面活性剂可产生多种有益效果，如增强润湿、分散、乳化、泡沫控制和流动流平性能。

建筑涂料
在建筑涂料配方中，表面活性剂可满足不同PVC，不同树脂体系下的各种需求。这些涂料必须符合严格的法规要求，如生态标签标准，并以低挥发性有机化合物含量为目标，以避免贴上关键标签，尤其是在DIY应用中。表面活性剂可确保颜填料的快速润湿，从而提高配方工艺的效率，这对于含有大量填料的高PVC配方尤为重要，有利于研磨步骤。此外，表面活性剂还有助于改善基材润湿性，优化流动性和流平性，这些都有利于获得平滑、均匀的表面效果。

表面活性剂还必须与着色剂具有良好的相容性，以保持涂料颜色和外观的完整性。重要的是，这些添加剂不能对涂料的最终性能（如漆膜的耐受性）产生不利影响，以确保涂料的性能和耐久性不受影响。

 

图 2a. 聚丙烯酸酯分散剂 – 至完全湿润 21 秒

图 2b. 聚丙烯酸酯分散剂 + TEGO® Wet 580 Terra - 至完全湿润 14 秒

图2显示，TEGO® Wet 580 Terra减少了在研磨过程中润湿粉末所需的时间，有助于优化生产速度，避免粉尘产生。

颜料浓缩浆
对于颜料浓缩浆来说，表面活性剂可以提高颜料的性能，从而优化涂料配方。颜料的研磨过程涉及多个阶段，每个阶段都需要使用特定的添加剂，通常是将表面活性剂与聚合物相结合，以达到理想的效果。

最初，在颜料润湿过程中，表面活性剂可促进空气与液体介质置换，减少粉尘，并通过有效润湿加速空气释放 。这些添加剂必须与多种颜料兼容，以确保通用的颜料润湿性。此外，保持颜料分散体的稳定性也至关重要，不合适的表面活性剂会在长时间的储存中影响其粘度和颜色特性。与聚合物分散剂相比，TEGO® Wet Terra生物表面活性剂可显著改善酞菁蓝颜料（PB15:4）的润湿性能。实验中，在混合溶液中加入酞菁蓝颜料后6秒钟，观察颜料润湿状态，结果如图3。
 

图 3a. 聚合物分散剂

图3b. TEGO® Wet 580 Terra

木器涂料
在木器涂料中，既要实现保护性能，又要实现美观性能。这些涂料必须无缺陷，同时具有良好的机械性和耐化学性。高光低粘度体系对缩孔特别敏感。使用强力的消泡剂容易加剧这些敏感体系中缺陷的形成。因此，合适的底材润湿和防缩孔效果，以及良好的流动性和流平性就显得更为重要。木器涂料中经常使用透明颜料，因此表面活性剂必须与颜料稳定剂相容，以保持最佳的透明度。

TEGO® Wet 580 Terra帮助消除对缩孔敏感的水性生物基木器涂料中的缺陷。在测试中，空白配方被强力消泡剂污染，以引发表面缺陷的形成。然后在总配方中以0.5%的用量以后添加方式加入表面活性剂，并在Leneta卡片上进行刮板。图4所示为含有TEGO® Wet 580 Terra的样品应用结果，完全没有表面缺陷。

 

图4a. 基于生物基粘合剂的木器涂料配方中消泡剂造成的缩孔。

图4b. 基于生物基粘合剂的木器涂料配方中，添加TEGO® Wet 580 Terra后，可消除缩孔现象。

 

防护涂料
在防护涂料中，无机颜料和有机颜料在直接研磨过程中必须获得极佳的润湿和稳定效果。这一过程可防止颜料在湿涂料中浮色，确保稳定的颜色一致性 (ΔE)。涂料必须具有长期稳定性，能在高温（50°C）条件下保持四周的稳定性。它们还应该具有防腐蚀性能，能经受1,500 小时的盐雾测试，而不会出现明显的腐蚀蠕变、起泡、生锈或附着力下降问题。有效的底材润湿至关重要；在生物表面活性剂初步润湿颜料后，聚合物分散剂会锚定在颜料上以实现长期稳定，从而使生物表面活性剂有助于底材润湿。此外，与各种颜料和粘合剂的相容性也很重要。

 

图5. 用于防腐应用的蓝色双组分聚氨酯面漆的指研测试。

 

TEGO® Wet Terra生物表面活性剂可提高2K水性环氧和聚氨酯体系的色彩稳定性。图5展示的是用于防腐应用的蓝色双组分聚氨酯面漆的指研测试。在不使用任何分散剂的情况下，ΔE几乎为 5。使用ZETASPERSE® 3800等聚合物分散剂可显著降低ΔE。将分散剂与生物表面活性剂结合，可以进一步将ΔE降低到0.2。

TEGO® Wet 580 Terra 作为研磨助剂，可进一步提高双组分环氧底漆的耐腐蚀性能。如图6所示，双组分环氧底漆经过1,500小时的盐雾测试后，可改善腐蚀蠕变。
 

图6a. 空白

图6b. 0.7% ZETASPERSE® 3800 + 0.3% TEGO® Wet 580 Terra

罐听涂料
罐听料通常是5微米左右的薄层涂料，因此极易产生表面缺陷。因此，这些涂料需要极佳的流动性和底材润湿性，以确保消除缺陷，比如防缩孔和泡沫控制。在研磨过程中直接加入各种有机颜料是很常见的，颜料润湿步骤是用液体介质代替空气，以减少粉尘并加快空气释放。在长期储存和高温固化过程中，确保罐听涂料在粘度和颜色特性方面的稳定性非常重要。特别是，这些涂料必须经受210°C下约3分钟的烘箱固化，同时保持其稳定性。

 

表1. 不同配方下腐蚀蠕变、防锈等级、起泡程度、横切等性能的差异。

使用COATINO®缺陷检测工具进行评估， TEGO® Wet 580 Terra在罐听涂料中具有防缩孔效果，具有良好着色性能（见图7）。

 

图7a. 5微米干膜厚度在GBX预处理铝材上的消泡性能测试， 10，000转/分钟下搅拌30''

图7b. 5微米干膜厚度在GBX预处理铝材上的着色性能测试。

 

TEGO® Wet Terra可持续性已被证实

生物表面活性剂显然具有积极的可持续发展性，可满足油漆、涂料和油墨行业与可持续发展相关的各种需求。

 

表2. TEGO® Wet Terra的可持续效应

生物表面活性剂的平均产品碳足迹大大低于传统表面活性剂，而且如果在研磨过程中使用绿色电力、非化石热能以及第二代和第三代可再生原料（如作物残渣和产油藻类），以及可以减少研磨所需的时间和能源，生物表面活性剂还有可能变得更加 "绿色"（如图8所示）。

 

图8. 在研磨过程中使用了绿色电力、非化石热能以及第二代和第三代可再生原料，生物表面活性剂还有可能变得更加 "绿色"。

结论

赢创的TEGO® Wet Terra 生物表面活性剂标志着可持续涂料配方的重大进展。这些生物表面活性剂可替代传统的化石基表面活性剂，满足涂料行业对环保和性能的双重需求。

经ASTM D6866 标准 14⁴C分析验证，它们具有很高的生物基含量，而且经OECD测试证明具有极佳的生物降解性，符合全球对可持续发展和生态友好性的要求。

该系列生物表面活性剂用途广泛，可用于建筑涂料、颜料浓缩浆、木器涂料、防护涂料和罐听涂料等多种应用领域。随着涂料行业继续将可持续性、效率和最终应用的优异性能放在首位，生物表面活性剂将在涂料技术的未来发展中发挥越来越重要的作用。总之，赢创的生物表面活性剂为涂料行业提供了具有前瞻性的解决方案，将高性能与环保责任相结合。

TEGO® Wet Terra 580 凭借其卓越性能和可持续性优势，荣膺2025年度荣格涂料行业技术创新奖。

来源：赢创生物表面活性剂白皮书

 

来源：荣格-《涂料与油墨—中国版》

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