通过理查德·亨德森高级客户应用专员;肯特亚历山大，市场经理;玛丽雷德蒙高级客户应用专员;而且约翰·奎因，应用技术专家，安格斯化学公司，布法罗格罗夫，伊利诺伊州

越来越严格的环境法规，如降低挥发性有机化合物(VOCs)，迫使涂料制造商改变他们生产涂料的方式。对挥发性有机化合物的管制是由于它们在阳光下与氮氧化物(NOx)在大气中发生反应，形成对流层臭氧，更常被称为烟雾，对受影响者的健康造成严重影响。为了应对这种情况，《联邦清洁空气法》(40 C.F.R.)旨在全国范围内控制空气污染。这项法律由美国环境保护署(EPA)与州和地方政府协调实施。

尽管原材料供应商已经开发了许多新的创新产品来满足这些低VOC的要求，但保持涂料性能在低VOC水平仍然是一个挑战。2-氨基-2-甲基-1-丙醇，更常被称为AMP^®是一种多功能中和添加剂，在涂料行业中已得到广泛应用。由于AMP在大气中与NOx气体的反应性较低，且具有良好的毒性，美国环保署于2014年6月将其豁免为受管制的VOC。

虽然AMP已被有效地用作低气味中和添加剂，但其多功能特性并未得到充分利用。本文将演示使用AMP对低voc涂料进行低voc配方优化的途径。

分子

AMP是一种由丙烷硝化而来的氨基醇。在结构上，它是一个伯胺，其中胺基与叔碳相连，因此在这个碳附近缺乏一个可抽象的氢(图1)。这是重要的两个原因。首先，它消除了紫外线光氧化退化的途径，这意味着AMP不会导致涂层变黄。其次，它消除了地面臭氧生成的途径。

与其他中和添加剂的比较

表1说明了AMP与涂料工业中使用的几种典型中和添加剂之间的主要区别。单乙醇胺(MEA)是一种伯胺，正丁基二乙醇胺(NBDEA)是一种叔胺。从结构上看，这两种分子的α碳上都含有可提取的氢，并与胺基相连。这为薄膜变黄以及高大气反应性提供了途径，有助于臭氧的形成。

中和效率也是一个需要考虑的重要性质。当中和添加剂具有较高的pKa和较低的分子量时，通常可以看到较高的效率。与NBDEA相比，AMP具有较高的pKa和较低的分子量。与MEA相比，MEA的值更接近AMP，而且MEA的沸点与AMP相似，这表明效率和蒸发速率相似。再一次，这两种胺之间的结构差异是显著的:MEA会导致薄膜变黄并形成地面臭氧，而AMP不会。另一方面，NBDEA的pKa值低得多，分子量高得多，导致效率显著降低。NBDEA也有更高的沸点，它仍然在薄膜中。这种塑化效果通常会导致较差的抗阻塞性和较差的干膜性能，如较差的耐水性、可清洗性和耐擦洗性。氨和氢氧化钠都是无机碱，根据定义不被认为是VOCs，它们各自都有自己的包袱。例如，氨的强烈气味在制造过程中出现了处理问题，在消费者使用时也会产生不必要的气味。 Sodium hydroxide, while not presenting an odor issue, is very corrosive, difficult to handle and remains in the dry film, which can lead to diminished dry film properties.

一种多功能添加剂

在研磨过程中使用分散剂，如多酸，以取代颜料表面的空气/水分，并分离紧密堆积的颜料团块。通过分散颜料颗粒，分散剂降低了分散剂的粘度，允许更高的颜料负载。其结果是改善粘度稳定性，不透明度，着色强度，光泽和抗沉降性。静电斥力和空间位阻是用于稳定分散和防止絮凝的两个主要机制。

在静电排斥或电荷稳定(图2)，多酸分散剂吸附到颜料表面，并将其电荷转移到颜料颗粒。这增加了颜料上的电荷，使它们都带负电。胶体化学将静电稳定描述为双层电层。在这种情况下，颜料表面会产生电荷，而一个带相反电荷的离子将其包围在扩散的外层中。当类似的带电粒子相互靠近时，这个屏障会将它们排斥。双层的厚度增加了颗粒的稳定性。

空间位稳需要在颜料表面吸附聚合物。含有羧基的共聚物是有效的空间位稳剂，因为在大多数粒子表面都能与碱基产生强的相互作用。分子的另一端留在水相中，当粒子试图聚集在一起时，与其他链纠缠在一起，从而形成阻碍絮凝的屏障。

对AMP作为共分散剂如何发挥作用的全面理解尚不完整。可能有几种机制在起作用。当在研磨阶段使用AMP作为分散剂包的一部分时，胺基将吸附到颜料表面，导致双层电荷电位的增加。与分散剂相比，AMP的分子量要低得多，它还可以增加颜料表面的润湿性，从而提高电荷稳定性和空间位阻稳定性。

无机颜料表面具有表面电荷，这取决于系统的pH值。每种颜料都有一个表面电荷为零的等电点(pH值)。当pH值从等电点调整时，电荷变得不平衡。电荷的增加导致斥力的增加。AMP在颗粒表面的吸附增加和增强了电荷，从而提高了分散稳定性。

配方优化途径

多年来，AMP一直是行业标准的中和添加剂。涂料配方师通常在稀释部分使用它来确定所需的pH值范围。在某些情况下，部分AMP被纳入研磨阶段以激活HASE和纤维素增稠剂。使用AMP的全部多功能优势很少完全实现。如前所述，它是一种优良的共分散剂。正确理解和使用AMP为优化整体涂料配方提供了一个配方途径。那么，一个人该如何决定投入多少精力呢?这可以通过运行涂料配方中使用的特定颜料组成的分散剂需求曲线来实现。

图3展示了一个典型的分散剂需求曲线。颜料和少量的水(足以做出浓稠的糊状)在实验室的搅拌机上混合。对这种混合物，分散剂以低增量滴定，混合一段时间，并测量布鲁克菲尔德粘度。所得数据绘制为粘度与分散剂百分比的关系。分散剂浓度越高，粘度越低。在最低粘度时达到一个平台，这代表分散剂的需求水平。为了评价AMP作为共分散剂，应该进行阶梯研究。将AMP添加到初始/水糊中，然后按照前面描述的那样用分散剂滴定。然后绘制出与单独分散剂的曲线。如图3所示，AMP粘度降低，曲线左移，说明分散剂用量减少。 From this data, an optimized grind of lower viscosity and reduced dispersant level can be achieved. In the letdown portion of the paint, AMP can then be used to adjust the final pH of the paint.

分散剂水平的优化可以导致其他潜在的配方优化，包括减少表面活性剂和消泡剂的负荷。由于涂料配方非常不同和复杂，这需要根据具体情况来考虑。优化的最终结果可以在涂料的整个生命周期中看到:制造、罐装、应用和干膜(在墙上)。

结论

零voc添加剂有助于为绿色未来铺平道路，为传统的高voc涂料创造更健康的替代品。

AMP是一种优良的多功能中和添加剂。为了充分发挥配方优化潜力，配方商需要评估AMP作为研磨阶段的共分散剂。作为一种完全挥发性，但EPA voc豁免成分，它不会塑化干漆膜，从而提高抗阻塞性和其他干膜性能，如耐水性，耐擦洗性和可清洁性。除了改善罐内稳定性外，AMP还将提高涂料在干燥过程中的稳定性。减少絮凝涂料干燥的结果，改善光学性能，如光泽和隐藏。与氨和氢氧化钠等其他无机碱相比，AMP提供了一种更安全的处理方式，气味更少，多功能性能明显更好。

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