水传播的金属涂层水性涂料的性能要求非常高，但随着水性涂料技术的进步，它们正在取代越来越多的溶剂型涂料系统。2022世界杯八强水位分析金属涂层市场的一个不断增长的细分领域是直接到金属(DTM)涂层，其目标是满足多重涂层系统的相同性能标准，同时减少使用单一涂层的时间、复杂性和成本。所有水传播的金属涂层需要使用性能最高的原材料以最有效的方式来实现其性能目标。对于DTM涂层来说，耐腐蚀和户外耐久性等性能至关重要，但也必须与高光泽度和不透明度的美学要求相平衡。在这里，我们展示了如何最大限度地利用氨基醇作为高效颜料分散剂水性丙烯酸金属涂料的性能。

安格斯氨基醇的独特性质为水性配方提供了许多好处，包括有效的pH控制和增强配方稳定性。1本研究中研究的氨基醇，2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)，具有相对较低的分子量和较高的pKa，使其成为一种高效的pH控制添加剂(表1)。AMP也是美国环保局和加拿大和韩国政府豁免的VOC，因此可以用于制造满足低和零VOC规定的水性工业涂料。2然而，这些材料与水性涂料成分之间的关键化学作用之一是它们与颜料表面的强相互作用，这使它们成为高效和有效的颜料分散剂。AMP的氨基官能团在钛白粉、粘土、滑石粉等填充剂和彩色颜料表面与表面负电荷有很强的相互作用。3.

2-氨基-2-甲基-1-丙醇的物理性质。
表1”2-氨基-2-甲基-1-丙醇的物理性质。

在本文中，我们演示了如何利用AMP的分散性来改善水性丙烯酸DTM涂料的多种性能属性，包括粘度稳定性、不透明度、光泽度、耐磨性和耐磨性腐蚀阻力。这些性能的改进在不同的配方中被证明是非常稳健的，从三种不同的丙烯酸制备的水性金属涂层的结果证明了这一点树脂．总之，这些结果说明了用氨基醇分散剂改善水性工业涂料性能的制定策略的普遍性。

实验设计

在接下来的实验中，我们评估了两个主要变量:(1)AMP作为分散剂的使用水平和(2)树脂化学性质。我们评估了AMP的三种使用水平，每种在三种不同的树脂体系中共9种涂料中使用。氨基醇是一种高效的分散剂，可以部分替代初级聚合物分散剂，氨基醇含量越高，初级分散剂含量越低。高分子分散剂对金属涂层的光泽度、不透明度和耐腐蚀性有显著影响，氨基醇分散剂对金属涂层的光泽度、不透明度和耐腐蚀性也有显著影响。我们对以下三种分散剂进行了评估，具体的研磨配方见表2。

  • 对照配方使用供应商推荐的一次分散剂用量(颜料固体上活性一次分散剂1.5%)，不添加AMP。
  • 以总配方重量的0.1%的AMP替代30%的一级分散剂(活性一级分散剂对颜料固体的作用为1.0%，AMP对颜料固体的作用为~ 0.5%)。
  • 以总配方重量0.15%的AMP替代50%的初级分散剂(对颜料固体的活性初级分散剂为0.75%，对颜料固体的活性分散剂为~ 0.75% AMP)。
研磨AMP占配方总重量的0.00%、0.10%和0.15%的配方，分别替代0%、30%和50%的初级分散剂。
表2”研磨AMP占配方总重量的0.00%、0.10%和0.15%的配方，分别替代0%、30%和50%的初级分散剂。

对于第二个实验变量，从三个不同的供应商中选择了三种用于水性金属涂料应用的丙烯酸树脂，分别是树脂A、树脂B和树脂c。树脂的描述和物理性能如表3所示。这三种树脂都是基于苯乙烯-丙烯酸化学，但树脂A可以与颜料表面相互作用，这可以改善颜料颗粒在薄膜中的分布。树脂B和C是非颜料相互作用，但分别设计为150 g/L和50 g/L的VOC配方。

丙烯酸树脂化学描述及物理性能。
表3”丙烯酸树脂化学描述及物理性能。

在水性半光泽度DTM配方中，在等量固体基础上评估了三种不同的树脂，PVC浓度为17.5%，固体体积为36%。在每个配方中使用了相同的慢蒸发聚结剂，尽管聚结剂的水平根据每种树脂的目标VOC水平进行了调整。调整每个树脂体系的流变性调节剂水平，以达到相似的粘度分布。除此之外，没有进一步优化配方。令人失望的成分如表4所示。值得注意的是，虽然AMP通常被用作控制pH值的添加剂，但本研究中研究的所有配方都在放液中用氨中和到其目标pH值。因此，涂层性能的差异是由于在这些配方中使用AMP作为分散剂造成的。

三种树脂的不同配方。
表4»三种树脂的不同配方。

结果与讨论

在室温下保存的颜料的粘度会被监测一段时间，包括在制作颜料的当天进行初始测量，然后在一周后和四周后的晚上进行后续测量。ΔKU值与初始脱机测量值的对比如图1所示。

粘度稳定后经过一夜、一周和四周的平衡时间。
图1”粘度稳定后经过一夜、一周和四周的平衡时间。

树脂A的粘度随时间的增加最为显著，而树脂B和树脂c的增加则要小得多。树脂A的粘度增加很大可能是由于树脂和二氧化钛颜料之间潜在的持续相互作用。一般来说，添加了AMP的涂料随着时间的推移会表现出更稳定的粘度，其中含有树脂A和树脂C的配方在AMP的使用水平最高时表现出最好的粘度稳定性。

在Leneta不透明度图表上测量每种涂料的对比度和光泽度值。无论采用何种树脂体系，AMP在提高遮盖性和光泽度方面都有明显的优势，在研磨中使用0.15% AMP制备的样品中，两者的最高值都得到了测量。树脂A具有最高的初始对比度(图2)和光泽度值(图3)，这是可以从树脂-颜料相互作用中预期的，而AMP的使用甚至进一步改善了这些性能性能。在非活性树脂体系中，隐藏和光泽度的改善更显著，AMP的最高使用水平使树脂B和树脂c得到最大的改善，钢或铝基材上的光泽度值也显示出与这里报告的Leneta不透明度图表结果相同的趋势，更高的AMP产生更高的光泽度值，尽管这个数据没有显示出来。

在不透明度图表上测量的对比度。
图2”在不透明度图表上测量的对比度。
对不透明图表进行光泽度处理。
图3»对不透明图表进行光泽度处理。

König在4周的时间内测量了硬度值(图4)。含有树脂B的配方比其他配方的硬度值更高，这是基于其更高的最低成膜温度和更高的成膜需求而预期的。硬度随时间的波动可归因于实验室中不同的环境温度和湿度水平。树脂对硬度值的影响比AMP要显著得多，但通常情况下，含有AMP的配方比不含AMP的配方有相似或非常低的König硬度值。

König硬度值超过四周。
图4»König硬度值超过四周。

光泽度在加速风化条件下测量6周。在数据中立即可以看出树脂体系之间的巨大性能差异，树脂A在六周内保持了更高的光泽度值(图5)。含有AMP的样品的初始光泽度比不含AMP的样品高。对于树脂A和树脂B来说，尽管树脂A的初始光泽度值比树脂B更好，但这种较高的初始光泽度在整个实验过程中都保持不变。在实验过程中，添加和不添加AMP的样品之间的光泽度差异增加，AMP使该配方的光泽度保持得更好。虽然这些配方在保光泽度方面可能没有完全优化，但观察到的总体趋势是，AMP既可以增加配方的初始光泽，也有助于在加速老化测试中更好地保持某些系统的光泽。

加速老化测试中的保光性。
图5»加速老化测试中的保光性。

通过将湿膜在自来水中浸泡24小时前烘干2小时，也测量了这些涂层的早期耐水性。据报道，早期水阻值，即干膜重量吸收的水的重量百分比，与配方密切相关(图6)。树脂B的早期水阻性能最低，但与其他配方相比，配方中慢蒸发聚结剂的水平要高得多，这是可以预期的。然而，使用AMP可以显著降低吸水率，正如在树脂B和树脂c配方中所看到的那样。对早期抗水性能的改善可能是颜料在膜中更好分布的结果，也可能部分是由于AMP使初级分散剂水平降低。聚合物分散剂的羧酸功能使它们具有高度的水敏感性。在涂料配方中减少水敏感材料的水平，已知可以改善某些性能，包括早期耐水性。

2小时早期水阻力更新值。
图6»2小时早期水阻力更新值。

涂层的耐腐蚀性能也通过ASTM B117测试方法进行了评估。将大约2密耳的干膜厚度应用于清洗过的冷轧钢板，并将其暴露在盐雾中1周(图7)。树脂化学成分对耐腐蚀结果有一定的影响，但AMP的使用也有一定的影响。差异相对较小，但在树脂a和树脂C配方中，AMP的使用水平越高，耐腐蚀性能就越好。总的来说，AMP对抗腐蚀性能的改善主要体现在减少了水泡的数量，在某些情况下还减少了锈斑的数量。

盐雾暴露一周后的耐蚀性测试。
图7»盐雾暴露一周后的耐蚀性测试。

结论

水性工业涂料面临的许多性能挑战都与阻隔性和光学性能有关，这两者都严重依赖于实现最佳的颜料分散。氨基醇如AMP是强大的配方工具，实现高质量的颜料分散通过其与颜料表面的强相互作用。与AMP优化颜料分散的潜在好处是双重的。AMP可以帮助颜料更好地通过干膜分散，直接改善涂层的光学性能和阻隔性能，如图8所示。此外，AMP的高分散效率允许显著减少初级分散剂的水平(30-50%)，这可以进一步改善膜的水敏感性性能，如这里所示的早期抗水性能的改善。

描述氨基醇分散剂使性能改善成为可能的方案。
图8»描述氨基醇分散剂使性能改善成为可能的方案。

在研磨水性金属涂料时使用AMP作为分散剂可以改善一系列性能，包括增强涂料的稳定性、不透明度、光泽度、耐候性、早期耐水性和耐腐蚀性。重要的是，这也证明了这些改进在不同的树脂化学和配方中是稳健的。虽然每一种树脂都表现出不同的整体性能平衡，但AMP改善油漆稳定性、不透明度和光泽度等性能的能力在所有配方中都相当一致。

在颜料研磨中使用AMP占总配方重量的0.10-0.15%，可以去除30-50%的初级分散剂。虽然本文中没有说明，但AMP可能实现的其他配方优化包括:由于氨基醇的润湿和防腐性能，表面活性剂水平分别降低25%和闪速防锈剂水平降低25%-50%。综上所述，这些配方优化有助于减少配方中水敏感材料的总量，从而进一步提高涂料性能。氨基醇如AMP是有效的多功能配方工具，可以帮助配方师设计和优化水性工业维护涂料，满足当今苛刻的性能预期。

实验方法

油漆制备和测试遵循标准实验室操作规程。在室温下观察油漆的粘度稳定性4周。对比率和光泽度值报告了3密耳湿膜厚度下降的Leneta不透明度图表。König硬度测量遵循ASTM D4366-16对铝板的3密耳湿膜厚度下降。在QUV加速风化过程中的光泽度保持遵循ASTM D4587-11。铝板上6密耳的湿膜厚度减薄干燥7天，然后进行8小时的紫外线暴露，然后进行4小时的冷凝，每周监测光泽度的变化。根据ASTM B117测试了冷轧钢板上2密耳干膜厚度样品的耐腐蚀性能。通过对铝板进行3 mil湿膜厚度减薄来测量早期的水阻力。面板在环境条件下干燥2小时，然后完全浸入自来水中24小时。吸水率被报告为总干涂层重量吸水率的重量百分比。 The author can be contacted atmlangille@angus.com获取更多的实验细节或这里提到但没有发表的支持数据。

参考文献

1Severac r;费尔南德斯，y。画一幅更稳定的画。欧洲涂料杂志》．2018， 2018, 6, 18-21。

2Troester l;毛重,p;Peera, A.《免VOC之旅》。油漆和涂料行业．1月。2015．

3.Severac r;用多功能氨基醇改善颜料的分散和涂料的稳定性。涂料世界．9月。2019, 132 - 135。