大豆油提供性能和可持续性| 2020-03-10 | PCI杂志

大豆油是最可持续、生物可再生、丰富和经济的材料之一，能够与石油衍生产品竞争。188金宝搏bet官网60多年来，它一直被用作溶剂型醇酸涂料树脂的干燥油。由于环境法规的限制，涂料行业一直面临着开发环保配方的压力，包括低挥发性有机溶188BET竞彩剂醇酸涂料、水性、高固体和粉末涂料。

因此，涂料科学家重新审视了大豆油的三个关键属性:疏水性、不饱和性和碳链长度。大豆的疏水性有助于提高涂料的各种性能，而C18碳链提高了涂层的灵活性。

这种高度可持续的原材料具有独特的化学结构，具有多个不饱和位点，使其能够经历各种化学转化，生产出在油漆和涂料中具有多种应用的聚合物材料，同时仍然保留了固有的疏水性。188金宝搏bet官网

大豆为交联树脂技术提供了许多机会，有助于提高涂层的硬度、耐久性和抗冲击性。

由联合大豆委员会资助的研究集中在多种大豆衍生物上，包括稳定的水性建筑涂料和高性能的低voc工业涂料。

在这篇文章中，我们简要回顾了大豆油衍生材料的例子，如溶剂和水性醇酸、粉末涂料、聚氨酯、粉末涂料树脂、大豆改性乳胶、活性稀释剂和功能添加188金宝搏bet官网剂。

大豆油是一种全球性产品。美国是最大的大豆生产国，巴西和阿根廷紧随其后，分别排名第二和第三。自1980年以来，美国农民的大豆产量增加了96%，而能源消耗减少了8%。美国大豆可持续性保证议定书描述了确保可持续大豆生产的法规、流程和管理实践。这种第三方验证侧重于四个可持续性指示:生物多样性、保护、公共劳动、健康和福利，以及技术和文化实践的持续改进。¹超过95%的美国大豆农民参与了这一协议。

美国种植的大豆和由此产生的油是世界上质量最高的。与其他油籽相比，其稠度以及较低的颜色、气味和杂质均优于其他油籽。

大豆在涂料中的应用

大豆油在商业上有大量的未精制或精制/漂白/脱臭(RBD级)。该甘油三酯中的主要不饱和脂肪酸包括亚油酸(C-18:2)和亚麻酸(C-18:3)与单不饱和油酸(C-18:1)的多不饱和脂肪酸。这些脂肪酸中含有的双键提供了反应位点，并作为化学中间体的基础。

影响大豆基涂料性能的基本属性包括:

C18碳链
1. 疏水性
2. 灵活性
3. 分子量
双键
1. 薄膜硬度
2. 耐用性
3. 耐冲击
4. 反应性网站

大豆油即使在转化后仍保留C18脂肪酸主干的固有性质。独特的功能特性，即疏水性和柔韧性，导致突出的高拒水性和抗冲击性。长碳链有助于构建分子量，以提高强度、韧性、耐腐蚀和化学应力抗裂性，从而与基材具有优异的附着力和室外耐久性。

双键为其他化学反应提供了机会，包括环氧化、醇解、酯交换、酸化、复分解、异构化、丙烯酸化和其他形式的聚合(图1)。这些修饰导致新树脂的发展，进一步提高膜的硬度和耐久性。

大豆油有四个基本组成部分，可以在市场上买到(图2)。

环氧大豆油是用过氧化物或过酸氧化大豆油，使双键转化为环氧基团而制得的。ESO具有较高的化学反应性。多年来，它被用作PVC的绿色增塑剂。然而，化学家们已经发现，活性环氧基团为许多化学反应提供了巨大的机会。

此外，高油大豆油(HOSO)现在也可以在市场上买到，甲基豆油和环氧化的高油大豆油正在开发中。以HOSO为基础的涂料树脂是近年来发展起来的。由于油分含量高，疏水性进一步增强，导致水接触角和拒水性更高。表1概述了成分的比较。

大豆基涂料树脂及中间体

为了满足具有挑战性的环境法规，低VOC和水性醇酸树脂正在迅速发展。再加上对生物基、经济原料的需求，大豆油是一个自然的选择。188金宝搏bet官网高固体醇酸、醇酸乳液、丙烯酸醇酸杂化物和水基醇酸的新型化学物质也越来越受欢迎，特别是在建筑涂料方面。

大豆多元醇是可持续的，经济的，多功能的，在众多的应用。大豆的固有特性，包括疏水性和柔韧性，在聚氨酯涂料中占主导地位。

这些多元醇的合成途径包括环氧化、氢甲酰化/加氢、臭氧分解和酯交换反应。

具有一级和二级羟基功能的多元醇在商业上可从各种国内来源获得。大豆多元醇的应用包括1K和2K聚氨酯，聚氨酯分散体，活性稀释剂，三聚氰胺和丙烯酸-聚氨酯涂料。

其他化学中间体包括:

丙烯酸环氧大豆油:丙烯酸和ESO之间的开环酯化得到的丙烯酸环氧大豆油在热和紫外线引发的uv固化涂料聚合中具有很高的活性。
二酸:从大豆中提取的各种二酸可用于聚酰胺油墨树脂、环氧固化剂、缓蚀剂、环氧酯、蜡和特种聚酯。
硫酸化高油酸大豆油:硫酸化大豆油的变种，在分散、清洁、润滑和去污力方面表现出极大的改进。硫酸化HOSO在乳胶系统和油漆中作为分散剂和悬浮剂是很好的。它也可用作颜料分散剂的研磨助剂。

由美国大豆理事会赞助的项目

由于生物产品为大豆创造新市场的潜力，美国大豆农民已投资数百万美元研究、测试和推广生物产品。这项工作大部分是通过联合大豆委员会完成的，该委员会由78名美国大豆农民组成，由美国农业部长任命，负责投资大豆检查基金。商业化和可获得许可技术的例子概述如下。

水性大豆聚酯醇酸

该树脂是由再生PET和大豆油与水性醇-丙烯酸技术结合而成的杂化树脂。优点包括不发黄，低气味，光滑的表面涂层，减少60%的挥发性有机化合物。宣伟已经商业化了10多种大豆基产品，包括ProClassic内饰水性丙烯酸醇酸、ProMar 200内饰水性丙烯酸醇酸和Pro工业搪瓷100。这些建筑符合LEED绿色建筑的要求，也通过了美国农业部生物认证项目的认证。

醇酸乳液

以大豆油为基础研制的短油链式醇酸胶乳，适用于非公路路面标线涂料。这种乳胶不需要形成膜的凝聚溶剂，不含烷基酚乙氧基酯。Reichhold已经在BECKOSOL AQ下将这种树脂商业化^®400.

环氧涂料抗冲击改性剂

First Source Research开发了这种可许可的大豆基环氧树脂冲击改性技术。好处包括提高附着力和柔韧性，抗冲击性，耐腐蚀性和耐溶剂性。

用于水性涂料的大豆基零voc聚结剂

基于大豆油，这种聚结剂含有零挥发性有机化合物和超过85%的可再生含量。它具有优良的聚结效率，颜色和粘度低。它在建筑涂料中具有广泛的配方纬度，并已由Arkema以Vikoflex的名义进行商业化^®2200.

大豆活性稀释剂

基于大豆油与乙醇胺反应的中间体，这种主力活性稀释剂成本较低，使Rust-Oleum在多种木材污渍中实现低于250个挥发性有机化合物。性能属性包括改善干燥时间，防水，木材渗透，色素分散和单宁堵塞。

豆油的蜡

爱荷华州立大学拥有几种涂料应用的专利许可技术。Estercoat大豆基乙二醇二酯材料被设计为用于纸板和纸张涂层的石蜡的替代品。最初的酯涂层由三种成分组成:硬脂酸单酯、二酯和带有悬垂羟基的二酯。这些酯以适当的比例混合，以提供最佳的硬度和粘结性。除了可制浆性和可回收性外，这还允许更大的耐水性。酰胺涂层是一种坚硬的高熔点蜡，由大豆油制成。它可以潜在地用作棕榈蜡的替代品，如乳胶系统中的防水添加剂或微粉化的防滑/防损添加剂。

粉末涂料树脂

巴特尔拥有一种基于大豆油的粉末涂料树脂技术。这种树脂是84%的生物基，擅长低温固化应用(135C vs. 200C)。性能属性包括灵活性、韧性、耐化学和耐腐蚀性以及室外耐候性。