简介

为了解决消除VOC的问题，涂料制造商为零VOC市场制定了零挥发性有机化合物和有害空气污染物(HAPs)的涂料系统。在这些涂料中，有设计用于建筑内部应用的丙烯酸乳胶水性涂料。尽管配方商正在努力满足防护涂料市场的性能要求，但通常情况下，零挥发性有机化合物乳胶丙烯酸酯作为一种用于外部应用的防腐涂料的性能并不如预期的那样好。

应对这一挑战主要有两种方法。第一，是选择设计成无聚结溶剂的丙烯酸乳胶体系;第二，要找到所有零VOC的添加剂。这些材料还应188金宝搏bet官网提高抗阻塞性和硬度，以提供更好的耐候性和抗污垢的最佳配方。

零voc的丙烯酸面漆设计用于保护涂层的应用，已制定了无VOCs或HAPs。它是基于一种新的、创新的乳胶，具有非常小的颗粒尺寸，可以在低温下形成一层膜，无需聚合溶剂。利用所有独特的零voc添加剂，新开发的产品具有高光泽度、快速固化、优异的耐腐蚀性、耐候性、早期防潮性、抗冻融性和抗污垢能力，可与高voc的商业丙烯酸树脂相媲美。

实验与讨论

粘结剂系统
选择可配制成零voc涂料的水性丙烯酸乳胶漆的关键参数是聚合物的粒径和玻璃化转变温度(Tg)的选择。(1)丙烯酸乳胶漆的成膜性能、硬度和耐阻塞性等主要性能都受丙烯酸乳胶漆的粒径和Tg的影响。在低于40°F/50% RH的困难条件下，良好的成膜效果需要非常柔软的聚合物来确保最佳的聚合物流量。这意味着聚合物将需要远低于40°F的玻璃化转变温度，这将导致较差的块阻和硬度不足。

为了达到所需的薄膜性能，需要高Tg。在选择高Tg聚合物时应谨慎。如果它太高，这将导致膜形成不良，开裂，分层和高MFFT。通常术语“软”指的是Tg<32°F的聚合物;术语“硬”指的是Tg为122°f的聚合物。(2)另一个需要考虑的领域是零voc丙烯酸涂料的性能，这取决于丙烯酸乳胶的颗粒大小。一般情况下，丙烯酸乳液的粒径越小，成膜效果越好。较小的颗粒尺寸有助于丙烯酸乳胶形成连续的固体膜，其中乳胶颗粒聚集在一起而不需要辅助溶剂。

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零voc丙烯酸涂料中的增塑剂
增塑剂通常用于低voc的丙烯酸配方，特别是零voc版本。在零voc配方中，增塑剂作为一种非挥发性聚结剂。增塑剂已被证明能有效增加聚合物流量，并降低零voc涂料的最低成膜温度(MFFT)。在配方中加入增塑剂后，薄膜的形成得到了显著改善(图1)。

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增塑剂的使用减少了膜开裂和分层的可能性;在许多情况下，完成的薄膜的性能得到了改善。但是，在增塑剂的选择和水平上必须非常小心。不适当的增塑剂会导致成品膜的柔软、模糊和低光泽(表1)。这种零voc丙烯酸面漆中选用的增塑剂使成品具有高光泽、韧性、低温(40°F/50% RH)固化性能和与商业高voc丙烯酸相当的抗污垢能力。

在零voc丙烯酸系统着色

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将颜料分散到无溶剂系统中，如零voc水性丙烯酸，提出了独特的挑战。零voc胶乳体系并不是达到高光饰面所需分散程度的良好介质，因此确定和优化适当的分散剂是极其重要的。首先，对三种不同的分散剂在不同的使用水平进行了评估(表2)。一种好的分散剂必须与配方中的粘合剂和其他添加剂具有良好的相容性。对于高光泽的饰面，分散剂不仅必须提供良好的颜料润湿，而且还必须提供颜料的去絮凝和静电稳定，以实现在20º和60º照明角度下的高光泽。分散剂样品3为颜料提供了均匀的电荷，从而避免颜料絮凝。一旦确定和优化了适当的分散剂，新的零voc丙烯酸面漆达到了>85 @ 60º和>70 @ 20º的光泽，以及良好的颜色接受度和颜料稳定性。

零voc丙烯酸涂料的冻融稳定性

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由于缺少助溶剂，零挥发性有机化合物的配方通常具有固有的较差的冻融稳定性。在乳胶漆中，水是一个连续的相，聚合物的小的复杂胶束分散在其中。由于这种连续相在低温作用下凝固，分散的颗粒可以熔合在一起并凝固。解冻也会在乳胶系统中造成问题，因为配方中的每个成分往往在不同的温度下变得可溶;这就产生了一个非齐次系统。在零voc乳胶漆的配方中，降低乳胶漆结冰温度的理想方法是添加一种水可混溶的添加剂，如非离子表面活性剂。这些非电离的、较大的有机分子会降低氢键网络的密度，通过降低零voc丙烯酸涂料的凝固点来防止大冰晶的形成(表3)。

零voc丙烯酸涂料的抗污垢吸附性能

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一般来说，零voc丙烯酸涂料由于配方中使用了软树脂和增塑剂等助剂，所以不具有良好的抗污垢能力。众所周知，增塑剂对零voc涂料的成膜有很强的影响，必须根据最终涂料的性能，特别是抗污垢性能进行优化。结果表明，加载水平越高，吸土阻力越差。然而，某些类型的流动和流平剂能够提高零voc丙烯酸涂层的污垢吸附能力。由于流动和流平剂有助于丙烯酸乳液通过形成坚韧、光滑的薄膜来降低表面张力，因此可以减少对增塑剂更高负载水平的需求。通过使用适当的增塑剂和精心选择的流平剂，新开发的零voc丙烯酸面漆具有良好的抗污垢能力，可与高voc丙烯酸乳胶涂层相媲美(表4)。

涂料的性能

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机械性能
本文描述的零voc丙烯酸面漆具有优良的机械性能，如表5-7所示。

早期耐湿性

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新型丙烯酸面漆在雾箱中测试，具有很好的早期防潮性。这个测试确定了在涂层固化循环的不同阶段，水雾对涂膜的影响。雾箱柜上装有六个利用自来水的雾喷嘴，并有一个与垂直成30度角的板架，用于支撑试样。

在以推荐的薄膜厚度涂覆后，固化2、4和6小时的样品(如有必要，还可以更长时间)将暴露在雾柜中24小时。面板从雾箱中取出，并与在77ºF/50% RH下固化的控制面板进行比较。使用ASTM D 714立即和恢复后检查起泡程度。

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根据ASTM D 523进行光泽读数，并与控制面板进行比较。根据ASTM D 3359在1小时和24小时恢复期进行粘附检查。零voc丙烯酸面漆在仅固化2小时后显示出良好的早期防潮性(表8)。

QUV阻力
QUV (ASTM D 4587)室采用强光循环4小时，使用60℃的UVA 340灯，然后在50℃的涂层表面冷凝4小时。

在这些条件下，新的丙烯酸面漆在曝光1000小时后显示出超过70%的优异保光性(图2)，颜色变化小于3.5 δ - e(图3)。这优于商业高voc丙烯酸面漆。

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耐蚀性
ASTM D 5894描述了一种循环风化测试，包括湿/干和明暗循环，以模拟自然暴露。试验板在QUV室中交替暴露一周，在循环雾/干燥室中交替暴露一周。使用UVA-340灯，QUV/冷凝循环为60ºC下4小时紫外线和50ºC下4小时冷凝。雾/干燥室在35ºC条件下运行1小时雾和1小时干的循环。雾化电解质为较稀的溶液，由0.05%氯化钠和0.35%硫酸铵组成。

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在室温(77ºF/50% RH)下固化7天的喷砂面板上直接使用新的丙烯酸面漆，其评分为10，无起泡，5次循环后锈蚀评分为9。这一性能与商业高voc、高性能丙烯酸酯相当，优于其他商业高voc丙烯酸酯面漆(表9)。

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新丙烯酸面漆也直接涂在喷砂面板上，在低温(40ºF/50% RH)下固化14天，评分为9级起泡;5次循环后锈蚀等级为9级。这一性能优于两种商业高挥发性有机化合物丙烯酸面漆(表10)。结果表明，这种新型零voc丙烯酸面漆具有优异的低温固化性能，使该面漆能够在低温下应用，并仍然提供良好的性能。

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抗盐雾
在盐雾测试(ASTM B 117)中，测试板在机柜中持续暴露在潮湿和黑暗的盐雾环境中。雾化电解质溶液由5%氯化钠组成，在95°F(35°C)喷洒。新丙烯酸酯涂抹在商用丙烯酸乳胶底漆上，评分为10，无锈蚀，起泡评分为9，划线性能评分为8，划线性能在1500小时后爬行1/32英寸(图4)。

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这种性能可与商业丙烯酸乳胶底漆系统上的商业高voc、高性能丙烯酸面漆相媲美(图5)。

耐冷凝湿气
测试是根据ASTM D 4585进行的，其中冷凝是由暴露在一个涂层面板的一个表面加热，饱和的空气和水蒸气的混合物，而面板的背面暴露在室温空气的冷却效果。该燃烧室的水温为100华氏度，冷却温度为77华氏度。零voc丙烯酸直接应用于在室温下固化7天的喷砂面板，其评分为10，没有起泡和生锈(图6)。

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这一性能优于两种商业高挥发性有机化合物丙烯酸面漆(图7)。

推荐系统

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新的零voc丙烯酸面漆可以直接应用于混凝土，金属和底漆基板。该涂料可与多种底漆配套使用，包括水基丙烯酸、溶剂型醇酸和富锌底漆。这些系统提供与高voc、高性能丙烯酸面漆和底漆系统相当的外部耐久性和耐腐蚀性。表11显示了推荐系统的示例。

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结论

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一种高性能、零voc的丙烯酸面漆基于一种新型创新型丙烯酸树脂，该树脂具有细小的粒径和适当的Tg，不添加含有VOCs或HAPs材料的溶剂或添加剂。188金宝搏bet官网新开发的产品具有优异的耐腐蚀性、耐候性、早期耐湿性、抗冻融性和耐污垢性，适用于防护涂层应用。新型零voc丙烯酸面漆的性能性能可与商业高voc、高性能丙烯酸相媲美。

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