尽管通常使用只有在大量的0.1%到2%的总配方,酸碱中和剂可以产生戏剧性的影响总体性能的水性涂料。根据配方,制造商有几个选项调整pH值在其配方中。

中和剂最常用的无机包括氨、强无机基地,如氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(氢氧化钠)。氨是一种有效的中和剂,它也有一个强烈的气味,使其不适合使用在low-odor油漆。强无机基地KOH和氢氧化钠是无味的,但是导致差的涂层耐擦洗和水阻力。siliconates的使用,不常用的无机中和剂,经常导致失去光泽并导致油漆的稳定性问题。

有机胺,如2-amino-2-methyl-1-propanol,涂料行业广泛接受的多功能pH中和之外的好处,如色素co-dispersancy、流变学稳定性、188BET竞彩低气味、可耐腐蚀。然而,在某些工业涂料应用与化学反应,如异氰酸酯固化或三聚氰胺甲醛固化、活性氢胺中和剂可能会干扰的固化化学。因此,有持续的兴趣行业有机胺中和剂,可以提供一种有机胺的多功能效益而又不会影响应用程序或干膜性能的涂层。

平衡的波动和基础力量

一个新的胺中和剂,dimethylmethoxypropylamine (DMMOPA),最近推出了潜在的使用在工业和汽车涂料。DMMOPA准备通过与甲醛methoxypropylamine的甲基化,其次是减少氢化和蒸馏/净化得到目标化合物。

DMMOPA的关键物理参数包括low-intermediate沸点,形式和完全混相H的共沸混合物₂0,是不反应的。DMMOPA的配方中功能研究了三聚氰胺formaldehyde-cured涂料和水性乳胶基用电吹风材质的油漆。

研究

配方

水性涂料、粘结剂树脂,water-reducible的形式或分散聚合物,通过水化离子之间形成双稳定基本pH中和剂和聚合物骨干的酸性的那一部分。在这项研究中,两个water-reducible多元醇树脂被使用:

• 丙烯酸多元醇Paraloid™wr - 97陶氏化学公司的;
• 聚酯多元醇Polymac™WR从Polynt组72 - 7203。

这两种粘结剂聚合物的物理参数在表1中列出。

两个三聚氰胺甲醛树脂Allnex进行评估:

• Cymel^®303年,高度甲基化;
• 325年Cymel亚氨基的含量高。

polyol-melamine甲醛固化配方在这项研究中的应用是描述在表2中。

水性苯丙涂料配方

乳胶漆,RayKote™2010苯乙烯丙烯酸聚合物从特种聚合物公司用作粘结剂树脂,固体含量50%,pH值8.7和Tg 27°C。工业涂料配方(表3)用于本研究提供的工程聚合物解决方案。

结果与讨论

水性多元醇三聚氰胺甲醛固化化学已被广泛用于许多工业涂料和汽车应用。汽车涂料行业所面临的挑战之一是降低固化温度和缩短发酵周期时间减少能源成本,以及降低固化温188BET竞彩度低于100°C到外套上塑料等热敏性基质,在一个单一的过程步骤。

人们普遍认为固化机理是由于烷氧基的或亚氨基的团体之间的缩合反应的三聚氰胺树脂的羟基聚合物形成交联结构和释放甲醇或水。¹酸催化反应,一般情况下,涂层烤120 - 170°C约15 - 30分钟完全治愈涂料。中和剂胺提供稳定的多元醇聚合物在水相离子相互作用与酸性功能聚合物。然而,胺中和剂也可以阻碍固化反应如果它不够稳定和保持涂料高在较长时间内的pH值在烘焙/固化过程。

处(虽然dimethylethanolamine)已经使用多年的中和剂这些涂料系统,它有一个相对较高的沸点在135°C和有一个活跃的氢-这两个可以对固化性能产生不利影响,特别是在低固化温度。

DMMOPA,另一方面,属性不同于处。特别是DMMOPA没有一个活跃的氢,沸点122°C和H能形成共沸混合物₂O在70:30比率在93°C,远低于135°C的沸点处。在这项研究中,DMMOPA处是作为中和剂对固化属性评估表2中描述的公式与五种不同组合的多元醇树脂和三聚氰胺甲醛树脂表4所示。

表5显示了固化涂膜固化条件和属性的案例研究1丙烯酸多元醇Paraloid wr - 97作为粘结剂树脂和Cymel 325作为交联剂。公式solventborne控制类似于表2中描述的公式,而是使用DPnB作为溶剂的水代表最好的情况的固化性能。涂层DMMOPA演示了改进中和固化性能和低温端处(95 - 100°C),根据改进的耐溶剂性和铅笔硬度比较。有超过200 MEK双摩擦在95°C, DMMOPA显示了子- 100°C的潜在治疗。与solventborne控制相比,DMMOPA在5°C的性能差异。

案例研究2(表6)Paraloid wr - 97和高度甲基化MF Cymel 303(由少量的p-Toluenesulfonic酸催化),固化温度需要高于案例研究1由于高甲基化MF的反应活化能。类似的改善耐溶剂性和摆硬度的烘烤温度范围观察公式DMMOPA中和而处。

除了丙烯酸多元醇、聚酯多元醇用于评价涂层的固化性能中和DMMOPA和处。原因是使用的酸单体丙烯酸多元醇合成一般MAA或AA,这是一种脂肪酸,pKa约4.75。聚酯多元醇,另一方面,通常使用芳香酸单体、pKa可高于MAA和AA级,并可以结合胺中和剂更强烈掩蔽处DMMOPA和的区别。案例3 - 5回答这个问题。

案例3中与聚酯多元醇、高亚氨基的MF(表7),DMMOPA保持着明显的优势随着处的中和剂固化性能、耐溶剂性和铅笔硬度等,这表明积极的属性DMMOPA没有限制反酸的聚合物的类型。

案例研究4(无催化剂)和案例研究5(催化剂)的影响相比p-Toluenesulfonic酸催化剂对固化油漆处中和和DMMOPA的属性。在案例研究4催化剂(表8),明显改善性能的观察DMMOPA——与DMEA-neutralized油漆。这种改善显然是在固化温度研究的范围扩大0.4% p-Toluenesulfonic酸(表9)。这表明DMMOPA催化作用更加敏感,因此,可以获得更好的养护属性在更低的温度下,当催化剂使用。

到目前为止,这些研究结果表明,DMMOPA提供更好地与现有的固化特性在多元醇胺中和剂三聚氰胺甲醛固化化学和显示子- 100°C的潜力固化塑料基板。DMMOPA的增强性能可能与低沸点、恒沸物能力,媒介基础力量和缺乏活跃的氢。这些属性允许DMMOPA容易游离酸功能的聚合物和涂层膜的扩散和挥发促进催化固化反应。

表10处的物理性质相比,DMMOPA和其他典型的中和剂胺用于涂料行业。188BET竞彩其他积极的属性在我们的研究中观察到的DMMOPA包括完全混溶与水和抵抗热发黄。图1是己二酸之间形成的残留的盐和DMMOPA处和茶和烤30分钟的120°C。在DMMOPA的情况下,剩余DMMOPA铵盐是无色的,虽然两处和茶铵盐显示黄色。令人吃惊的是,这个结果表明DMMOPA出色的耐热泛黄性。

乳胶涂料的应用

在工业和外墙建筑涂料的应用程序中,一个关键的要求是早期水阻力。在水性涂料中和胺、胺作为自由分子和绑定存在有机铵盐表面聚合物或色素。在干燥阶段,这两种情况下会变软的聚合物和水增加涂层的亲和力。胺与高沸点、高pKa和强劲的绑定到非易失性酸性物种在涂料配方中保留的漆膜不必要地长时间。这导致早期水阻力和阻塞问题。这是不可接受的户外和工业应用。

氨已被广泛用于这些类型的应用程序由于其气态和高度动荡的特性,使油漆早期优秀的房地产开发。然而,油漆氨中和有强烈的气味,以及着眼性能对于衰老pH值和粘度稳定。另一方面,典型的有机胺中和剂,同时提供油漆与许多多功能效益,具有较高的沸点,倾向于保持更长时间的漆膜,使水敏感性问题。这些中和器找到小在外观和工业应用中使用。

因为它的平衡的物理性质前面所讨论的,DMMOPA可能提供外部或工业乳胶涂料的积极属性多功能有机胺和氨的优秀的早期抗水性。在下面的研究中,DMMOPA评估与氨苯丙乳胶工业涂料配方和DMAMP控制。DMAMP是一种胺中和剂以其与H共沸混合物的能力₂O在98°C和较高的波动性与其他典型的有机胺中和剂相比,发现应用程序在某些工业和外部建筑涂料要求体面的早期抗水性。

表11是水测试油漆的中和剂中和三胺、涂在玻璃板上3毫升干燥厚度和干在室温下(RT) 17小时。在水中浸泡2小时后,DMMOPA显示比较优秀的早期抗水性氨,虽然dmamp - 80开始显示减少水泡和光泽。更长4-hr水浸泡,DMMOPA——ammonia-neutralized油漆维护膜表面性能很好,和DMAMP显示更严重的水泡和光泽损失问题。这个结果显示DMMOPA确实有可能离开时间窗内的漆膜的关键工业和外部应用程序,导致一个优秀的耐水性。

图2是交叉影线附着力测试结果的三种颜料涂在冷轧钢材(CRS)面板和干7天。只有天干燥,没有amine-neutralized颜料显示任何粘连CRS,所有被评为0 b。7天后干如图2所示,DMAMP-neutralized油漆附着力差显示有所改善,但仍被评为0 b,而DMMOPA和氨多改善,显示出相应的附着力评为3 b。

图3是20°光泽的油漆涂在CRS面板。DMMOPA——DMAMP-neutralized油漆光泽发展显示明显优于氨。这是指示性更好的成膜可能由于色素co-dispersant效应和有机胺的缓慢的蒸发特性,可能导致更多的订购包装的粒子在油漆干燥阶段。

图4是TiO₂TiO的颜料分散研究₂聚丙烯酸酯分散剂分散在70%浓度,用氨中和,DMMOPA或没有中和。DMMOPA分散粘度更低的显示在图4中注明使用DMMOPA显著效益随着氨中和剂更好地驱散TiO₂粒子。因此,DMMOPA可以作为有用的co-dispersant,提供一个有益的协同效应主要分散剂。根据配方,这可能允许配方优化,这可能导致减少主分散剂,进而降低配方成本同时提高整体性能。更好的成膜性能和平衡的波动DMMOPA也反映在下面讨论耐擦洗、耐腐蚀性能。

图5的耐擦洗涂料与三胺中和干7天。虽然DMAMP和氨类似耐擦洗,DMMOPA表现DMAMP和氨40%以上。

水性工业涂料、耐腐蚀性能是一个关键的性能参数。虽然有一些报告研究的影响树脂、颜料分散剂,颜料和增稠剂耐腐蚀,没有开放的文学作品,据我们所知,学习的效果胺中和剂在水性涂料的耐蚀性。在这项研究中,我们比较了初步耐腐蚀的油漆与三胺中和。对于这个快速筛查腐蚀研究(图6),油漆是涂在CRS的厚度1.2密耳在RT和干7天,然后刻浸泡在5%的盐水72小时。氨-和DMAMP-neutralized油漆、腐蚀传播刻地区更严重比DMMOPA-neutralized油漆。

也清楚地区DMMOPA-neutralized油漆没有刻,油漆更不透水盐水渗透率比氨DMAMP-neutralized油漆,导致更少的比氨和DMAMP系统腐蚀斑点。这些结果表明,DMMOPA作为中和剂可以改善乳胶漆的耐蚀性,可能是因为电影更有凝聚力的形成造成色素co-dispersing能力和较低的波动性比氨。另一方面,较高的波动性DMMOPA比起其他less-fugitive有机胺中和剂导致更低的残余胺(免费或羧酸盐铵)干膜和更好的干膜的性质。

人们普遍认为涂层的耐腐蚀性能的限制因素是屏障属性,附着力属性和阻抗。虽然这是主要因素仍然是一个有争议的话题,最近的工作由工程聚合物解决方案²和特种聚合物有限公司³似乎,阻抗是耐腐蚀的主要因素。而研究DMMOPA对这三个因素的影响超出了本文的范围,似乎与平衡的物理性质,DMMOPA已经能做出积极贡献的潜力乳胶漆的耐蚀性。

结论

本研究表明,DMMOPA有一个独一无二的结合平衡水溶解度等物理性质,温和的pKa,沸点低,与水共沸混合物,不反应的,泛黄的阻力。这些物理性质提供DMMOPA-neutralized描绘众多的性能优势在各种水性涂料系统在本文中所讨论的,比如增强polyol-MF烘焙硬度和耐溶剂性涂料,以及更好的光泽、耐擦洗、耐水和耐腐蚀乳胶涂料。结果还表明胺中和剂,虽然使用少量与其他配方成分相比,可能产生重大积极影响涂料的性能,如果选择适当的胺和整体涂料配方进行了优化。n

确认

迪克·亨德森,高级客户应用程序专家;应用技术专家约翰•奎因安格斯化学公司。

引用

¹威克斯,Jr .) Z.W.;琼斯,F.N.;帕帕斯,……有机涂料:科技、卷1:膜的形成,组件,和外观。约翰威利& Sons,纽约,1992年。

²Bulick响亮;LeFever C.R.;Frazee,广义相对论;金,k;梅洛特马丁电影属性的影响在水性丙烯酸树脂和下一代低voc的耐腐蚀的发展。2016年的研讨会。

³莫纳亨,g .金属涂层的附着力和耐蚀性。特种聚合物Inc ., 2017涂料的趋势和技术。