通过理查德·亨德森高级客户应用专员;肯特亚历山大营销经理;玛丽雷德蒙高级客户应用专员;而且约翰·奎因应用技术专家，安格斯化学公司，布法罗格罗夫，伊利诺伊州
越来越严格的环境法规，例如降低挥发性有机化合物(VOCs)，已经迫使涂料制造商改变他们的涂料生产方式。对挥发性有机化合物的管制是由于它们在阳光照射下与氮氧化物在大气中发生反应，形成对流层臭氧，即更常见的烟雾，对受影响者的健康造成严重影响。为了应对这种情况，《联邦清洁空气法》(40c.f.r.)旨在全国范围内控制空气污染。这项法律由美国环境保护局(EPA)与州和地方政府协调执行。
尽管原材料供应商已经开发了许多新的和创新的产品来满足这些低VOC的要求，保持油漆性能在低VOC水平仍然是一个挑战。2-氨基-2-甲基-1-丙醇，通常被称为AMP®，是一种多功能中和添加剂，在涂料行业中久负盛名。由于AMP在大气中与NOx气体的低反应性，以及良好的毒性，美国环保署于2014年6月将其豁免为受监管的VOC。
虽然AMP作为一种低气味中和添加剂得到了有效的利用，但它的多功能特性一直没有得到充分利用。本文将演示使用AMP对低voc涂料进行低voc配方优化的途径。
分子
AMP是一种氨基醇，由丙烷硝化而来。从结构上讲，它是一个伯胺，其中的胺基与叔碳相连，因此在这个碳旁边缺少一个可抽象的氢(图1)。这很重要，有两个原因。首先，它消除了UV光氧化变性的途径，这意味着AMP不会导致涂层变黄。其次，它消除了地面臭氧生成的途径。
与其他中和添加剂的比较
表1说明了AMP和涂料工业中使用的几种典型中和添加剂之间的关键区别。188BET竞彩单乙醇胺(MEA)是伯胺，正丁基二乙醇胺(NBDEA)是叔胺。从结构上讲，这两种分子都在与胺基相连的α碳(s)上含有可提取的氢。这为薄膜变黄和高大气反应性提供了途径，有助于臭氧的形成。
中和效率也是需要考虑的一个重要性质。当中和添加剂具有较高的pKa和较低的分子量时，通常可以看到较高的效率。与NBDEA相比，AMP具有较高的pKa和较低的分子量。与MEA相比，MEA的沸点更接近AMP，且与AMP的沸点相似，这表明效率和蒸发速率相似。同样，这两种胺之间的结构差异是显著的:MEA会导致薄膜变黄并形成地面臭氧，而AMP不会。而NBDEA具有较低的pKa和较高的分子量，因此效率明显较低。NBDEA的沸点也高得多，它仍然存在于薄膜中。这种塑化效果通常会导致较差的阻块性和较差的干膜性能，如较差的耐水性、清洁性和耐擦洗性。氨和氢氧化钠都是无机碱，根据定义不被认为是VOCs，它们各自有自己的包袱。例如，氨气的强烈气味在制造过程中会出现处理问题，在消费者使用时也会产生难闻的气味。 Sodium hydroxide, while not presenting an odor issue, is very corrosive, difficult to handle and remains in the dry film, which can lead to diminished dry film properties.
一种多功能添加剂
在研磨过程中使用分散剂，如多酸，以取代颜料表面的空气/水分，分离紧密聚集的颜料团块。通过分散颜料颗粒，分散剂降低了分散剂的粘度，允许更高的颜料负载。其结果是提高粘度稳定性，不透明度，着色强度，光泽和抗沉降性。静电斥力和空间位阻是用于稳定分散和防止絮凝的两种主要机制。
在静电排斥或电荷稳定(图2)中，聚酸分散剂吸附在颜料表面，并将其电荷转移到颜料颗粒上。这增加了颜料上的电荷，使它们都带负电荷。胶体化学将静电稳定描述为电双层。在这种情况下，在颜料表面产生电荷，而在扩散的外层，一个带相反电荷的离子包围着它。当相似的带电粒子彼此靠近时，这个势垒会排斥它们。双层的厚度增加了颗粒的稳定性。
空间稳定需要聚合物吸附在颜料表面。含有羧基的共聚物是有效的空间位姿稳定剂，因为在大多数粒子表面都能看到与基位的强相互作用。分子的另一端留在水相中，当粒子试图聚集在一起时，与其他链纠缠在一起，从而形成阻碍絮凝的屏障。
目前还不完全了解AMP是如何发挥协同分散剂的作用的。可能有几种机制在起作用。当在研磨阶段使用AMP作为分散剂包装的一部分时，胺基将吸附到颜料表面，导致双层电荷电位的增加。与分散剂相比，AMP的分子量要低得多，它还可以增加颜料表面的润湿性，从而提高电荷稳定性和空间稳定性。
无机颜料表面有表面电荷，这取决于体系的pH值。每种颜料都有一个表面电荷为零的等电点(pH)。当pH值偏离等电点时，电荷变得不平衡。电荷的增加导致了斥力的增加。AMP在粒子表面的吸附增加并增强了电荷，从而提高了分散稳定性。
配方优化途径
多年来，AMP一直是行业标准的中和添加剂。涂料配方商通常使用它在下降部分，以目标所需的pH值范围。在某些情况下，AMP的一部分被纳入研磨阶段，以激活HASE和纤维素增稠剂。使用AMP的全部多功能好处很少完全实现。如前所述，它是一种极好的共分散剂。正确理解和使用AMP为优化整体涂料配方提供了一个配方途径。那么如何决定要在刷任务中投入多少呢?这可以通过运行油漆配方中使用的特定颜料成分的分散剂需求曲线来实现。
图3显示了典型的分散剂需求曲线。颜料和少量的水(足够做浓浆)在实验室搅拌机上混合。对于这种混合物，分散剂以低增量滴定，混合一定的时间，并进行布鲁克菲尔德粘度测量。结果数据绘制为粘度与分散剂百分比的比值。随着分散剂浓度的增加，粘度降低。在粘度最低时达到平台，这代表了分散剂的需求水平。为了评价AMP作为共分散剂，应该进行阶梯研究。AMP被添加到初始/水糊状物中，然后像前面描述的那样用分散剂滴定。然后将其与单独使用分散剂的曲线进行对比。如图3所示，AMP显示粘度降低，曲线向左移动，这意味着使用了更少的分散剂。 From this data, an optimized grind of lower viscosity and reduced dispersant level can be achieved. In the letdown portion of the paint, AMP can then be used to adjust the final pH of the paint.
分散剂水平的优化可以导致其他潜在的配方优化，包括减少表面活性剂和消泡剂的负载。由于涂料配方非常不同和复杂，这需要在个案的基础上加以考虑。优化的最终结果可以在油漆的整个生命周期中看到:制造、罐装、应用和干膜(在墙上)。
结论
零挥发性有机化合物添加剂有助于为绿色未来铺平道路，为传统的高挥发性有机化合物涂料创造更健康的替代品。
AMP是一种性能优良的多功能中和剂。为了充分发挥配方优化潜力，配方商需要在研磨阶段对AMP作为共分散剂进行评估。作为一种完全挥发性，但EPA vocs豁免成分，它不会使干燥的漆膜增塑，从而提高耐阻塞性和其他干膜性能，如耐水性，耐擦洗性和清洁性。除了改善罐内稳定性性能，AMP还将提高油漆在干燥过程中的稳定性。减少絮凝当油漆干燥的结果改善光学性能，如光泽和隐藏。与氨和氢氧化钠等其他无机碱相比，AMP提供了一种更安全的处理方式，气味更小，多功能性能明显更好的替代品。
欲了解更多信息，请访问www.angus.com．
报告的评论