20多年来，涂料配方商不得不遵守新的VOC(挥发性有机化合物)法规，而满足这些要求的选择有限。新树脂的开发成本很高，至今还没有形成完善的树脂体系。农业酯(甲基大豆酯、棕榈酯和椰子酯)是一种新的、低成本的替代品，可以帮助乳化旧的溶剂型树脂(珠丙烯酸酯、油基醇酸酯和聚萜烯)，为配方商提供了新的替代品。这些乳剂是完全可持续的，因为它们主要由可再生资源制成。这类新的生物基乳剂提供了教育效益，将帮助配方商重新获得竞争优势。

联合大豆委员会新用途委员会于1997年召开会议，审查增加大豆工业用途的技术选择。来自润滑、油墨、涂料、燃料添加剂和清洁剂等10多个市场的行业专业人士参加了会议。结果发现，甲基大豆酸有许多特性，上述市场都可以追求作为原料基础。最明显的类别是润滑剂(金属切削液、曲轴箱油)、清洁剂(脱漆剂、脱脂剂)和燃料(生物柴油是最显著的)，它们显然是赢家。涂料和油墨是有问题的，因为大豆酸甲酯不挥发(基本上是零挥发性有机化合物)，负面的是可能会留下油腻的薄膜(就像植物油一样)。

新世纪涂料(NCC)接受了这项挑战，研究大豆甲酯作为一种用于涂料的原材料。2001年，NCC获得了一项专利，用于制备含有大豆酯和其他非水材料的乳液。利用大豆酸甲酯溶解或降低醇酸、固体丙烯酸和聚萜烯等传统溶剂树脂的粘度，制备了新型乳液。这些乳剂首先被研究为着色载体，应用于混凝土，木材，最终所有多孔表面。

一个基本的科学原理是将吸收作为一种干燥方法。表面的吸水性或多孔性越强，所应用的液体就越能渗透到基质中(本质上就像海绵一样)。仔细检查机油和制动液如何染混凝土形成了为市场提供更持久的混凝土污渍(真正的污渍而不是稀释的油漆)的想法。

具体的污点

第一代混凝土染色剂使用4%的中油醇酸(无干燥剂)，14%的甲基大豆酸，2%的表面活性剂和80%的水(表1)。有人会说，将醇酸酯乳液应用于具有很高碱度的混凝土会导致皂化。如果这是一个真命题，失败机制会是什么样的?因为大豆酸甲酯可以像机油(一种植物油替代品)一样渗透，而醇酸主要是用作石头和沙子的粘接剂，所以没有形成薄膜。由于没有形成薄膜，因此不会出现切屑或剥落失效。

着色剂-零voc，酯分散，无水

着色这种染料是最困难的挑战，因为商业着色剂有太多的表面活性剂，不参与酯渗透。随着时间的推移，酯被吸收，商业着色剂留在了表面。这些着色剂由于着色剂的丙烯酸树脂过度塑化而变得粘粘，或者很容易被冲走(高表面活性剂，没有稳定树脂将颜料密封在表面)。结果发现，着色剂必须与酯更相容，以促进颜色渗透。为了解决这一问题，采用大豆甲酯分散色素，用70%中油醇酸在大豆酯中稳定，配制了新的着色剂。然后使这种分散膏与水相混溶，但不完全溶于水。一旦水分蒸发，污渍完全回到油相，类似于机油污渍。这些染色产品作为AgriStain在市场上测试了三年多®最终由ECO安全产品在SoyCrete品牌下商业化。这对承包商来说是一个神奇的优势。他们可以用多种颜色进行染色，并在最初的24小时阶段去除污渍，如果客户不能接受该项目。使用商用洗涤机、肥皂和水，污渍就可以去除，重新开始。这是一个巨大的优势丙烯酸乳液污渍干得快，形成薄膜。

木材染色

关于木材污渍的方法是镜像溶剂型木材污渍。标准的溶剂木材染色剂是少于15%的固体，由80%的矿物酒精，15%的醇酸和5%或更少的颜料分散色。大豆酯的贝壳杉木丁醇值为53，相当于矿物酒精。当矿物酒精被甲基大豆酸取代时，新型的醇酸AgriEster乳剂的成分看起来与传统的木材染色剂相似。用于评估的初始着色基是混凝土着色基。

在对染色应用的实验室评估中，有一个惊人的发现。在不到一小时的时间里，酯渍渗入或围绕木头表面，似乎在樱桃木的边缘下降了1/8英寸。在另一项实验中，通过在一根直径为4英寸的未处理过的雪松柱子表面涂上涂层并将其暴露在阳光下，发现酯已经迁移到门细胞(干燥的树液)中，并为木材提供了新的树液。这种现象从未被观察到。目前的渗透技术是使用纳米颗粒大小的丙烯酸乳液。要确认这种渗透需要昂贵的分析设备。在酯渗透过程中，只需要目测即可进行验证(图1)。

目前市场上用于木材的商业水基污渍又是稀释的油漆，掩盖了自己的污渍。由于渗透速度慢，AgriEster乳剂可能不适用于生产线上的精品家具。由AgriEster乳剂制成的木材污渍在甲板、壁板、橱柜和古董家具的DIY客户中获得了成功。

实验室及现场测试

随着SoyCrete和TimberSoy(生态安全产品的商标)销量的增长，全国各地更多的油漆实验室开始测试这些新的甲基大豆衍生乳剂，用于混凝土和木材污渍。他们的实验结果低于他们的预期，他们最终被解雇了，因为薄膜形成的性能不佳。缺乏了解和行业的运动，淡化涂料而不是真正的污渍，已经改变了污渍的定义可能永远。现在，污渍形成薄膜需要早期的耐水性(24小时水点测试，之后将水从表面擦除)，这不是消费者感兴趣的功能，而是一种验证产品的方法。暴露在阳光下是一种有效的方法来实现吸收甲基大豆酸乳状液，并允许更多的水分从木材表面蒸发。现实生活中的曝光表明，更多的阳光和连续加热的表面有助于加快水珠的形成。无论是木材还是混凝土，吸收需要时间才能真正渗透到多孔表面。

在高沙漠地区(亚利桑那州、内华达州、犹他州和科罗拉多州的四季气候)和从佛罗里达州到德克萨斯州的南部地区，甲板、外部木梁、壁板和混凝土的暴露已经有8年了，但仍然没有得到抑制。在中西部的严冬使用醇酸酯乳液是不可接受的，但经过三年的暴露证明，一些基于聚萜烯(熔体温度135°C)的新型AgriEster乳液对木材(表2)和珠子丙烯酸(表3)的混凝土(表3)效果更好。

轻便外套兼容性

下一阶段是用封口剂保护污渍。真正的污渍有有限的树脂含量，类似于木材的溶剂污渍或混凝土的酸性污渍。这种低的树脂含量并不能保护污渍免受紫外线或磨损。因此，需要思考的问题是，“溶剂型或水基密封剂是否能粘附在酯类污渍上(感觉太油了)?”由于混凝土的吸水性比木材更强，令人惊讶的是，它对水和溶剂面漆的附着力都非常好。由于吸收速度较慢，木材污渍的密封需要较长的干燥时间。值得注意的是，外部木材污渍不一定要密封。最好不要将污渍密封在木材上，因为它会导致薄膜失效，然后需要从甲板或壁板上剥离薄膜。木材的密封应主要保留在室内应用。

解决木材粘连问题的方法是使用一句古老的谚语:“喜欢喜欢喜欢”。也许如果封口剂在成分上更像污渍，它就会迁移到污渍上，提高附着力。

使用高Tg的丙烯酸乳液(40-60°C Tg)，实验室研究了这些新的甲基大豆酯乳液是否会使丙烯酸乳液增塑。结果是，他们不仅使丙烯酸乳液增塑，而且薄膜类似于石油化工版本的密封剂(也更疏水性)。这些薄膜也不油腻和清晰。酯在石化配方中使用的相同的30-35%聚结溶剂对丙烯酸乳液进行增塑。这些新型密封剂基本上是零VOC的，含有30%的生物基含量，是可再生和可持续的。

内外漆

在涂料中使用AgriEster乳剂为配方提供了多种选择。简单的选择是AgriEster乳液添加到一个丙烯酸乳液(Tg 60 - 70°C),提供一个新的车辆失望一个标准的颜料分散在水中(表4)。第二,更令人兴奋的,选择是驱散AgriEster乳液中的色素和使用的热分散帮助塑化丙烯酸乳液生产过程(表5)。这减少了中间步骤的准备一个新的树脂如选项1所述,需要第二个柜。分散过程可以完成与几个品种的AgriEster乳剂。这些包括聚萜、珠丙烯酸、碳氢化合物、环氧和醇酸。分散在这些乳剂中可以保护颜料免受紫外线的伤害，减少颜料的染色，并最终提供一个更稳定的分散。配方商将有新的选择，而不是标准的水，表面活性剂和颜料分散。

独特的好处

在美国联合大豆委员会的资助下，NCC得以调查AgriEster乳剂在防止霉菌和霉菌生长方面的效果。用中油醇酸乳液制备了木材(松树)的测试样品。结果(控制木材中的霉菌和Sapstain真菌-两种测试方法的评价)表明，AgriEster乳剂抑制了霉菌和霉菌的生长，但随着时间的推移，会被木材吸收，因此不再存在于木材表面。时间范围无法确定，因为它随木材种类的不同而不同。另一个变量是涂抹后染料暴露在阳光下的时间。

在开发油漆的过程中，人们意识到，在超过7年的时间里，污渍中没有含有杀菌剂或罐装防腐剂。如果污渍显示出对霉菌和霉菌的抵抗力，为什么需要使用杀菌剂呢?也许答案比我们想象的要简单。记住，大豆酯的Kb值类似于矿物酒精。有那么多酯(树脂固体的30-40%)，这不是类似于我们的工业水基涂料用同样数量的石油化工产品吗?这些产品没有添加罐装防腐剂。

一些商业污渍的包装标签标明“含有危险的乙二醇”。由于AgriEster乳液代替了涂层的流动和平整，提供了湿边，改善了研磨问题，减少了石化消耗，环保方面得到了加强。根据美国农业部的计划，生物标签是可行的，因为这些产品是该计划开始时首批批准的产品。潜在的消除防腐剂，霉菌和霉菌添加剂是未来油漆和涂料的一个选择。

未来甲基大豆酯作为溶剂可能包括通过改性提高Kb值，允许其他溶剂型树脂溶解和乳化(CAB、虫胶、更固体的丙烯酸树脂)。酯类可能被开发为具有潜在的反应位点，与树脂体系结合以提高性能。

值得注意的是，棕榈和椰子的酯已经在制药和化妆品中使用了几十年，但还没有在涂料中进行评估。这样做的成本更高，但一些好处已被证明具有其他独特的特性。

结论

是时候让我们的想象力来引领涂料的发展了，而不是我们的财务账本。我们需要扩大产品开发过程，包括这些涂料所处的环境，而不仅仅是实验室标准。太阳可能是固化过程的一部分(紫外线和热量)，所以我们需要保留一些可用的选择。我们需要更多地了解客户将这些涂料应用到的基板上。更多的图表，浇铸的混凝土，新木材和乙烯基板使实验室测试很容易，但他们可能给未来的涂料发展提供错误的信号。我们的开发工作需要更多真实的基板评估，所以我们不会错过机会。一种树脂不能满足所有的要求，所以我们需要更多的混合选择。珠丙烯酸树脂、聚萜烯、碳氢化合物和CAB树脂从未适用于水性涂料。我们不知道这些新配方产品的未来性能如何。

作者附言:

作者要感谢Virginia Simmon教授、Gale Murphy、Ralph和Gail Fisel的支持。如需更多信息，请联系ncc@cox.net．