下一代工业水性无voc着色剂| 2011-09-01 | PCI杂志

本文给出的结果表明，使用下一代Chroma-Chem®897水性无VOC着色剂可以帮助涂料配方商符合当前和发展中的VOC涂料要求。

随着20世纪70年代初《清洁空气法》的修订，人们认识到涂料中的VOC排放可能会加速阳光和氮氧化物生成臭氧的过程，臭氧是烟雾的主要成分。因此，美国开始努力规范VOC的排放。美国不同地区或州的规定各不相同;然而，加州对建筑和工业维护涂料(AIM)制定了最严格的限制。

在着色剂工业中，许多使用的溶剂被认为是有害空气污染物(HAPS)，因此它们在配方中的使用应该受到限制。因此，Colortrend美国有限责任公司开始开发下一代无voc着色剂Chroma-Chem®897，包括15种体积和重量可免的着色剂，用于仓库和工厂内着色系统。

Chroma-Chem®897着色剂结合了最低的VOC水平，卓越的性能和着色性能。这些着色剂与市售的高性能水性工业涂料具有广泛的兼容性，即脂肪族丙烯酸聚氨酯、改性丙烯酸三元聚合物、环氧丙烯酸、环氧胺加合物、丙烯酸搪瓷、丙烯酸聚氨酯、丙烯酸改性醇酸和PUR醇酸。Chroma-Chem®897着色剂不含烷基酚乙氧基酯(APE)和芳香族化合物，因此可帮助涂料制造商在不牺牲最终涂料性能的情况下达到拟议的VOC含量限制。除了使用含有锰的天然色素的焦土，其他所有的着色剂都不含HAPs。

着色剂的评估

着色剂从两个方面进行评估，如图1所示:

图1点击放大

着色剂的定量-着色剂的固有性能，如老化稳定性、冻融稳定性、配伍性、VOC等。

涂料可量化-着色剂对不同涂料性能的影响。着色剂在10%体积下进行了涂料稳定性、抗凹陷性、干燥、固化(泊氏硬度)、加速风化(QUV-A和氙弧)、凝结试验、盐雾、兼容性、流平、抗凹陷性、光泽度、盐雾等评估。

可量化的着色剂

老化

将Chroma-Chem®897着色剂置于50ºC的烘箱中，并在四周内监测粘度变化。经过4周的老化，评价了老化后的着色剂与室温保存的样品之间的强度差异。结果表明，样品间无显著差异。

表1点击放大

冻结/解冻稳定

当水性着色剂在寒冷的天气中运输时，它们可能会经历冻结和解冻的周期。冻结/解冻循环可能会比着色剂处于稳定冻结状态时造成更大的损害。冻融循环对Chroma-Chem®897着色剂的粘度、研磨度和显色强度的影响是在-18℃下持续17小时，然后在室温下不受干扰地持续7小时。这个过程重复五个周期。比较了在室温下保存的着色剂在1次、3次和5次循环之间的强度差异。结果显示样品间无显著差异。陈化和冻融样品的颜色差异在粉彩丙烯酸-聚氨酯单组分基础上进行评估，使用10%的着色剂。

VOC评价

表2点击放大

Chroma-Chem®897经ISO 11890-2开发，VOC低于50 g/L，如表1所示。当VOC含量预计在0.15% - 15%之间时，ISO 11890-2或ASTM D 6886-03是首选方法。有多种GC测试方法基于沸点标记，柱，温度和时间配置文件。ISO和ASTM方法的主要区别之一是ISO使用正四癸烷作为标记，在250°C有一个沸点截止点，而ASTM方法没有截止点。因此，ISO认为任何低于BP的化合物都是VOC，而ASTM则认为所有非豁免化合物都是VOC。据报道，ASTM D 6886-03的检出限为0.05% (500 ppm)，尽管修订版(D 6886-rev)正在进行投票，将检出限降低到0.005% (50 ppm)。ISO 11890-2没有检测极限。

油漆可量化

这些着色剂在九种市售工业水性涂料基础化学试剂中进行了评估;2K脂肪族丙烯酸聚氨酯，改性丙烯酸三元共聚物，2K环氧丙烯酸，2K环氧胺加合物，丙烯酸搪瓷，2K丙烯酸聚氨酯，1K丙烯酸改性醇酸，PUR醇酸。为了了解这些着色剂对涂料性能的影响，下面展示了在2K脂肪族丙烯酸聚氨酯中添加黄色氧化物(无机着色剂)或DDP红(有机着色剂)的示例。

表3点击放大

油漆中的稳定性

每种着色剂按体积的10%添加到漆基中，在40°C的烤箱中放置三周。对初始样品的粘度、pH值和抗凹陷性进行了评估。表2中的结果表明，与未着色的油漆相比，油漆的物理性能没有发生显著变化。因此，当使用Chroma-Chem®897着色剂着色时，不需要对漆基进行任何修改。

图2点击放大

干燥时间

使用BYK Gardner生产的型号为BK.3的干燥时间记录仪，根据ASTM D 5895测量干燥时间。使用每种着色剂体积的10%，并评估基材本身和着色基材之间的干燥时间差异。表3中的结果显示，添加无机或有机着色剂后，干燥时间没有差异，这表明添加Chroma-Chem®897着色剂不会对涂料的干燥性能产生负面影响。

紫外线曝光对光泽度的影响

由于着色剂与涂料粘结剂之间的化学不相容，着色剂的加入会影响某些涂料体系的抗紫外线性能。在暴露于紫外线辐射的时间内对光泽度的评估可以为我们提供油漆耐腐蚀性是否受到影响的指示。为了评估Chroma-Chem®897着色剂对漆膜光泽度保持的影响，将10%体积的着色剂添加到漆基中，固化7天，并暴露在QUV-A和氙弧中3500小时。结果表明，当暴露在紫外线辐射下时，Chroma-Chem®897着色剂对漆膜光泽度的影响最小。

对耐水性的影响

图3点击放大

由于着色剂和涂层粘结剂之间的化学不相容，着色剂的加入可能对某些涂层体系的耐水性产生负面影响。在QCT冷凝仪中，在40°C的100%湿度下，对涂料的附着力和膜完整性进行评估，可以为我们提供油漆耐水性是否受到影响的指示。为了评估下一代着色剂在高湿度条件下对薄膜完整性的影响，在涂料基础中加入10%体积的着色剂，固化7天，在QCT中暴露1680小时。如图2所示，使用Chroma-Chem®897着色的涂料没有出现水泡或附着力损失，这表明着色剂对涂层的耐水性影响最小。

对涂层防腐性能的影响

由于着色剂与涂料粘结剂之间的化学不相容，着色剂的加入会影响某些涂料体系的防腐性能。在35°C的盐雾中暴露1680 h后，对薄膜降解的评估可以为我们提供是否影响耐漆性的指示。为了评估这一性能，在漆基中加入10%体积的着色剂，固化7天，在QCT中暴露1680小时。结果表明，Chroma-Chem®897着色剂对涂料的防腐性能没有影响(图3)。

表4点击放大

对光泽度、硬度和抗阻塞性的影响

Chroma-Chem®897着色剂对光泽度、硬度和面对面阻塞性的影响在表4所列的漆基化学物质中确定。

测定光泽度时，加入10%的着色剂，在金属基材上固化7天，并在60°角下测试光泽度。如图4所示，得到了良好的保光泽度。

图4点击放大

当施加压力时，涂层在接触时不粘在一起的能力是工业应用的重要要求。为了评估下一代着色剂如何影响涂料的抗阻塞性，使用了ASTM D 4946-89方法。将着色剂(10%)添加到基板中，用6mil bird涂抹器涂抹到基板上。样品干燥7天，并面对面地放在50°C的烤箱中，在样品上施加1.8 psi的压力。30分钟后，将标本从烤箱中取出，在室温下冷却30分钟，然后剥开。Chroma-Chem®897着色剂并没有降低或在某些情况下提高漆基的抗阻塞性，如图6所示。

图5点击放大

抗凹陷性影响

当涂层应用在非水平的基材上时，它可能会由于重力而凹陷。抗凹陷性与涂层的成分、粘度和厚度有关。在添加着色剂后，漆基保持其抗凹陷性是可取的。根据ASTM D 4400评估了抗凹陷性。如图8所示的酞绿着色剂的结果证实，与竞争对手的着色剂相比，添加10%体积的着色剂提高了涂料的抗凹陷性。

图6点击放大

可分配

无voc水性着色剂的可配用性一直是市场上的一个问题，因为着色剂在喷嘴中趋于干燥。着色剂配方的正确平衡可以提供良好的配色性，而不影响其他物理性能。Chroma-Chem®897着色剂在自动点胶机、关闭喷嘴手动点胶机和打开喷嘴手动点胶机中进行了测试。结果表明，在自动点胶机和闭喷嘴手动点胶机中，着色剂都具有令人满意的性能，并且可以忍受至少三次点胶

图7点击放大

在开口式点胶机中数周没有清洗喷嘴。

结论

图8点击放大

本文给出的结果表明，使用下一代Chroma-Chem®897水性无VOC着色剂可以帮助涂料配方商符合当前和发展中的VOC涂料要求。这些着色剂对pH值变化不敏感，将提供广泛的兼容性，对不同漆基化学物质的性能影响最小，并且在某些情况下可以改善涂料的物理性能，如表5所示。这是无/低voc水性着色剂技术的新一步，Chroma-Chem®897成为无voc水性工业着色剂技术的基准。