零voc，无表面活性剂醇酸分散液

醇酸树脂因其优异的光泽度、耐腐蚀性和对各种基材的附着力而广泛应用于涂料行业。消费者偏好的变化和VOC法规要求行业降低涂料的VOC含量。在某些情况下，这需要从溶剂型技术转向水基技术。

醇酸聚合物是一种不溶于水的疏水聚合物，由芳香族基团和亲脂脂肪酸组成。为了创建水性醇酸体系，已经开发了几种将醇酸树脂合并到水性体系的技术。最近的实践集中在稳定醇酸在水中利用分散或乳化过程。

这篇文章讨论了目前在该行业可用的技术，并介绍了一种新的聚合物，不包含溶剂，或表面活性剂相关的部分。这种新型聚合物具有明显的耐腐蚀性，同时具有典型的醇酸优点。该树脂可作为挥发性有机化合物接近零的分散体。

目前的技术

许多理想的醇酸性能是由醇酸提供的优良的膜形成和氧化固化过程所导致的。如果将醇酸漆与丙烯酸乳胶漆进行比较，那么在涂涂料时醇酸聚合物的分子量要比乳胶漆低得多。正是这种低分子量给醇酸分子提供了它们所需要的流动性，以达到高光泽和优异的附着力。应用于底物后，醇酸聚合物的分子量通过脂肪酸的氧化反应通过交联而增加。醇酸的耐腐蚀性是由于基材的良好润湿和随后的交联反应。

醇酸聚合物的一个缺点是其VOC含量。传统的溶剂型醇酸聚合物作为溶液聚合物提供。因此，溶液的粘度是分子量的函数。为了降低粘度，可以降低分子量并采用高固相体系。高固相方法在某些应用中是成功的，但由于聚合物分子量低导致涂层性能不佳，不能满足所有应用的需要。另一种方法是用不含挥发性有机化合物的溶剂或水代替溶剂。由于免溶剂可能昂贵，易燃，经常有气味，人们对使用水作为许多涂料的溶剂非常感兴趣。由于醇酸是疏水的，醇酸聚合物必须经过改性才能在极性水环境中存在。

醇酸的水改性并不是一个新概念;最早用于涂料的水相容醇酸是可减水性醇酸。水溶性醇酸在亲水乙二醇醚溶剂中提供70-75%的固体。配方剂用碱中和醇酸中的羧基，并将醇酸聚合物分散在水中。水还原醇酸表现出优异的耐腐蚀性;然而，它们有两个主要的缺点:250-300 g/L的高VOC和由于水解稳定性差而导致的货架期短。

提高醇酸在水中水解稳定性的一种方法是乳化。使用表面活性剂，通过乳化过程生产醇酸乳液，生成不溶于水的醇酸聚合物的表面活性剂稳定分散体。为了实现这一目标，需要大量的表面活性剂，通常是5- 10%的醇酸聚合物。这种方法不需要有机共溶剂，并已被证明可以防止醇酸水解。这种方法的缺点是使用了高水平的迁移表面活性剂。表面活性剂会导致水阻问题，如起泡和降低耐腐蚀性。

另一种提高可减水性醇酸水解稳定性和降低VOC的方法是创建丙烯酸改性醇酸分散体，其中抗水解丙烯酸聚合物放置在水相附近的“壳”中，同时保护“核心”醇酸不被水解。为了分散水中的醇酸聚合物，将醇酸中的酸和碱合成盐。尽管在延长保质期和降低VOC到约100克/升方面取得了成功，但一些丙烯酸改性醇酸分散剂表现出较差的耐腐蚀性。这可能是由于丙烯酸在醇酸上的接枝效率不高，导致形成高tg和高酸值的丙烯酸均聚物。这些聚合物可能导致基材润湿性差，水敏感性高于预期。

在大多数醇酸分散生产过程中，需要有机酒精共溶剂来达到可行的粘度。除去有机溶剂的过程，以实现零VOC导致高粘度，除非做其他修改。其中一种改性是使用亲水性聚烷基烯氧化物共价结合在醇酸聚合物上。该组分与聚合物的结合增加了一种内部非迁移表面活性剂，该表面活性剂降低了分散粘度，减少了VOCs(美国专利5,698,625)。与传统醇酸相比，这种亲水成分的包含降低了疏水性。

目前几乎所有商业化的水性零voc醇酸产品都含有化学结合或物理混合的表面活性剂，以降低分散粘度或形成醇酸乳液。这些水敏感成分在涂层中的存在不可避免地会导致涂层性能的妥协，如耐腐蚀性和抗QUV性。因此，为了扩大零voc醇酸产品的户外应用范围，必须出现新的技术，以生产不含水敏表面活性剂的零voc醇酸分散体。

新技术

为了克服含表面活性剂的零voc水性醇酸产品的缺点，我们开发了一种不使用水敏表面活性剂的零voc醇酸分散工艺。众所周知，由于不含表面活性剂，醇酸分散剂具有良好的耐腐蚀性和抗QUV性能，而醇酸乳液由于在水中的球形形貌而具有较低的粘度。因此，理想的产品应该具有这两种技术的主要积极属性:良好的涂层性能和低粘度。2022世界杯八强水位分析这种新颖的专有工艺可以在不使用表面活性剂的情况下产生乳液状的醇酸分散体。通过创建无表面活性剂的分散，该树脂可以在低分散粘度下提供强大的户外涂料性能。与现有的醇酸乳液和含voc的醇酸分散液相比，该新技术的耐腐蚀性、光洁度和干燥时间都有很大提高，并且在不添加表面活性剂或溶剂的情况下，树脂固形度可达到45%或更高。

结果与讨论

零voc，无表面活性剂水性醇酸的目标应用领域从工业到建筑，包括金属和木材基材。在这项工作中，该产品的目标是取代溶剂型醇酸。讨论的结果主要集中在金属基底上。

在我们的测试中，比较了五种醇酸技术。2022世界杯八强水位分析对于水基醇酸技术，配方中来自添加剂的VOC含量约为12022世界杯八强水位分析0克/升。在未来的研究中，作者打算进一步降低这个值。不向水基样品中添加其他溶剂。

2022世界杯八强水位分析本测试包括的技术及其配方VOCs包括:

SBA -溶剂型止链短油醇酸树脂(< 450g /L);
ADS -醇酸分散短油(<75 g/L);
ADM -醇酸分散介质油(< 25g /L);
AES—醇酸乳液短油(<10 g/L);
EXR -实验树脂(<10 g/L)。

树脂样品ADS和ADM含有一些树脂制造过程中的溶剂，因此，VOCs高于AES和EXR。

EXR样品是由专利工艺生产的无表面活性剂、零voc醇酸分散体。在QUV结果部分，测试的两种零voc醇酸分散剂在原材料经济性方面存在差异，并提供了成本与性能的选择。这些样品被标记为EXR和EXR2。

溶剂型醇酸是工业用高固体止链醇酸，配方为<432 g/L。溶剂型涂料配方见表1。

所有的水基醇酸树脂都使用表2中的公式进行测试。调整水以使所有涂料的树脂固体均衡。值得注意的是，水性醇酸配方是不含钴的。

光泽

醇酸树脂因能产生非常高的光泽度而闻名。图1显示，传统的溶剂型醇酸在90单位内产生20º光泽度。除短油醇酸分散体(ADS)外，其他大多数树脂都接近或超过80个单位。实验工艺的光泽度达到了85单位醇酸的预期。醇酸乳液在20º光泽度上表现非常好，因为它超过了溶剂型醇酸乳液。

QUV性能

涂料的QUV-A性能测试使用光和水分交替循环每4小时。测试结果如图2所示。在这种情况下，测试了两种零voc醇酸分散剂。从图中可以看出，EXR比溶剂型醇酸有更大的光泽损失。为了证明QUV的性能不是组分的限制，而是聚合物组分的功能，EXR2在500 h内表现出非常好的光泽保持力。EXR和EXR2之间存在成本差异，因此最终的QUV性能是由成本与性能决定的，而不是技术的限制。

干燥时间

对于工业应用来说，干燥时间是一个关键特征。使用水基技术来匹配某些溶剂型涂料的干燥时间通常是非常困难的。2022世界杯八强水位分析在不利条件下干燥时尤其如此。环境条件下的干燥时间结果如图3所示。醇酸乳液的无粘时间最长，透固化时间次之。溶剂型止链醇酸的无粘、透干速度最快。实验树脂落在组的中间，提供的无粘时间优于醇酸乳液，但略慢于短油醇酸分散。尽管干燥速度不如溶剂型醇酸，但实验技术提供了80分钟的合理透固化时间。醇酸分散短油(ADS)表明，水基体系在环境条件下有潜力与溶剂型链止式醇酸的干燥时间相匹配。

附着力

图4显示了在使用ASTM D 3359测试时，在冷轧钢(CRS)、未处理铝(Al)和镀锌金属(Galv)板上测试的油漆样品的粘附性能。

在冷轧钢和镀锌金属上，每个样品对各种金属的附着力具有可比性。在铝上，只有介质油醇酸分散体(ADM)对未处理的铝有粘附作用。

耐蚀性

新的醇酸分散技术证明了其最大的性能属性之一是耐腐蚀。如图5所示，醇酸乳液(AES)和两种较老的技术醇酸分散体(ADS和ADM)在这张照片中显示出明显的失效。这张照片是在ASTM B117盐雾测试142小时后拍摄的。干膜厚度控制在2 mils +/- 0.1。实验醇酸分散液(EXR)的性能与溶剂基醇酸分散液(SBA)的性能相当。在抄写器周围，溶剂型醇酸的性能略优于EXR。醇酸乳状液样品在24小时后出现明显的起泡现象也值得注意。