新型多功能pH调节剂在水性涂料中的应用

新型多功能pH调节剂在水性涂料中的应用

□ 沙圣刚1,刘双华2,娄克旺1
(1.瓦克化学投资(中国)有限公司上海技术中心,上海 201203; 2.龙湖科技有限公司汕头技术中心,广东汕头 515041)

0 前 言
随着对水性涂料VOC限量的要求越来越高,人们对“净味涂料”的需求也越来越多。根据对涂料配方的分析,水性涂料中的VOC主要来自乳液中的残留单体、成膜助剂、防冻剂以及pH调节剂。
常用的pH调节剂有有机胺、氨水、氢氧化钠。氢氧化钠虽然不会带来VOC的问题,但会影响涂料的耐水性。有机胺、氨水不仅会带来VOC问题,而且也是水性涂料中气味的主要来源之一。因此,开发一种更好的产品既不会影响涂料的耐水性又不会带来VOC和气味的问题成为必要。
笔者通过几年的试验,开发出了一种新型多功能pH调节剂—— 水性有机硅化合物SILRES® BS16,其不仅具有上述要求的性能,而且还有其他众多的优点。经过几年的试验和推广,已在国内数家知名涂料公司得到应用。

1 原 理
新型多功能pH调节剂是以石英砂为原料制成的一种特殊的合成有机硅水溶液,无色无味透明,不含任何有机挥发物。其主要成分是甲基硅醇钾,甲基硅醇钾在水中电离形成氢氧根离子,这是其能够调节pH值的原理(如图1)。

甲基硅醇钾在涂料成膜干燥时通过与空气中的二氧化碳反应,生成硅树脂和碳酸钾,无有机物排放,其不仅不会导致碳排放,而且可以吸收空气中的二氧化碳,具有环保低碳的功能(如图2)。

2 性能测试
为了评估两种pH调节剂的性能影响,以表1配方进行测试,检测结果见表2。


3 分析与讨论
3.1 用量比较
在达到相同pH值时,BS16的用量要少。大约能减少40%的用量。在进行了多次试验后发现,在苯丙和纯丙体系中,BS16能减少用量,在醋丙和VAE体系中,BS16的用量与有机胺基本相同,如果体系中醋丙或VAE乳液的用量较大,则相应地BS16的用量也需增加。
3.2 耐擦洗比较
由于BS16能参加成膜,其生成的硅树脂具有成膜和黏结功能,所以它能提高涂料的耐擦洗性。由于硅树脂具有憎水性,它同时也能提高涂料的耐水性。在对比测试中,虽然BS16的用量少了,耐擦洗却提高了,如图3所示。

3.3 对铁制容器闪锈的影响
由于许多水性涂料常常贮存在铁制容器中,因此有必要考察pH调节剂对闪锈的影响。通常铁制容器的内壁均涂有一层防锈涂料,但在焊缝处通常有漏涂,闪锈往往发生于此。为了考察其影响,进行了常温贮存、户外贮存(有日晒,淋雨,温差)、烘箱贮存(55 ℃)等贮存试验。BS16表现出特别优异的抗闪锈性能。这是由于BS16是完全不挥发的化合物,相对于易挥发的氨水,有机胺等胺类化合物,其具有极佳的pH值稳定性。高pH值有助于发挥其对金属的钝化作用。

3.4 不影响防腐剂的功效
为了考察BS16对防腐剂的影响,对添加有该pH调节剂的涂料进行细菌和霉菌接种培养试验,试验证明这种新型多功能pH调节剂对涂料中常用的防腐剂具有良好的相容性,即其在推荐的用量下不会影响防腐剂的性能,结果如表3所示。

注:1)表中“<10”表示该稀释度未检出菌。
2)按菌量为1.0 mL/100 g,细菌液浓度为1.2×109 cfu/mL,霉菌浓度为2.2×107 cfu/mL。

3.5 不影响贮存稳定性
无论是加速贮存试验,还是长期贮存试验,添加了BS16都表现出极好的贮存稳定性,试验室中存放超过一年半的涂料仍然具有良好的流动性,无沉淀,不结底。如图4所示。

3.6 减少VOC排放
由于新型多功能pH调节剂中完全无有机挥发物,因此用它来代替氨水、有机氨化合物等可减少VOC的排放,是生产低VOC涂料的首选产品。

4 结 语
综上所述,SILRES® BS16是一种优秀的多功能pH调节剂,其最大的优点是无色无味,环保无VOC排放,是生产净味涂料的理想原料。同时还能提高涂料的耐水性和耐擦洗性,减少增稠剂的用量。这种多功能pH调节剂在涂料厂家中经过实际2 a的应用,客户的反应也非常良好,用量在逐年增加。

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