多年来，超低voc涂料一直是人们感兴趣的话题。至少有16家涂料制造商已经配制了不含挥发性有机溶剂的水性室内平面涂料。购买这些涂料的人对溶剂气味敏感，或担心挥发性成分蒸发时产生毒性问题。一些学区和医院将指定零voc涂料，以确保学生和患者的安全。

到目前为止，这些低voc的客户购买这些涂料是因为他们担心人身安全。与此同时，绝大多数水性涂料的挥发分约为250 g/L，这提供了良好的成膜性，并为销售的许多类型的水性涂料提供了可接受的性能。

我们都知道，涂料的挥发性成分已经不仅仅是选择的问题;在过去的40年里，它已经发展成为许多政府法规的主题，包括州和联邦。涂料行业对每一项相继出台的法规都做出了回应，生产出符合规则的产品，并仍能提供大多数必要的性能，以实现涂料的功能——保护和装饰。为了跟上法规的要求，涂料行业付出了高昂的代价，许多小型涂料公司在无法调整产品配方以符合法规的情况下被迫关闭。

多年来，有害空气污染物(HAPS)已被列入名单并受到限制。在美国，已经描述了高污染地区，并发布了针对地理位置的规定。这些是OTC或臭氧运输委员会的规则。已经对溶剂的反应性进行了量化，并提出了基于反应性而不是数量的规则，但迄今为止尚未实施。

今天的问题

现在涂料配方商面临着最困难的挑战。2006年1月标志着加州开始了最新一轮也是最严格的VOC减排行动。涂料制造商正在重新制定新规，希望在不牺牲性能和利润的情况下遵守新规。为了遵守加州的规定，跨国公司必须在加州销售单独的产品，或者重新制定所有在全国销售的产品，以符合加州的低挥发性有机化合物规定。

溶剂的作用

VOC指的是在几种经批准的测试方法中挥发的有机化学物质，但不包括水。一些溶剂已被美国环保署宣布为“豁免”，这意味着它们不参与大气光化学反应。其中包括丙酮、二氯甲烷和醋酸叔丁酯。不幸的是，这些免除溶剂并不适用于所有涂料配方。

溶剂的作用因涂料类型而异。在溶剂型涂料中，需要溶剂溶解树脂，从而降低其粘度。大多数醇酸在没有溶剂的情况下会太粘而无法处理。然而，在水性涂料中，溶剂具有完全不同的功能。需要降低聚合物的MFFT或最低成膜温度。如果聚合物应用于MFFT之上，树脂将不会形成连续的薄膜，而是会产生一种脆的粉状薄膜。

许多聚合物的MFFT高于25ºC，在室温下应用时不会形成连续的薄膜。因此，配方剂在涂层中添加助溶剂或增塑剂以降低MFFT，并在不使用高温的情况下实现良好的成膜。

由于规定减少了允许的溶剂量，配方商必须使用MFFTs较低的树脂，并使用停留在薄膜中的增塑剂，这不会增加涂料的VOC。

在配制低voc涂料时，另一个重要的考虑因素是使用的添加剂中所带的溶剂量。应联系添加剂制造商，了解如何在不增加涂料VOC的情况下使用添加剂。配方商不能再使用他们的标准添加剂包装。在如今低挥发性有机化合物的世界里，过去的最爱往往不再被使用。

低voc聚合物的进展

研究人员已经非常清楚该行业面临的挑战。多年来，人们一直在努力创造一种能够在VOC含量非常低的情况下成功发挥作用的树脂。各种方法已经生产出了具有良好性能的聚合物，同时需要更少的共溶剂。配方低于100 g/L，甚至在水性涂料中为0 g/L，可以在不牺牲性能的情况下实现。

这是通过对聚合物骨架、胶体性质和聚合成分的精心设计来实现的。它们包括疏水主链的使用、小粒径、表面活性剂的最佳选择和水平以及不含水溶性物质。聚合物的形状以及制造具有核壳结构的聚合物的能力也导致聚合物具有高性能和低VOC需求。最近，一些聚合物已经被引入维修市场，它们对湿度、盐雾、化学物质和紫外线表现出优异的耐腐蚀性。这些树脂在200 ~ 300 g/L的正常VOC范围内表现良好。然而，它们的配方能否在非常低的VOC含量下提供优越的性能?

低voc聚合物性能

在实验室中制作了一种基于90 g/L配方的树脂1和基于0 g/L VOC配方的树脂2的光泽白色面漆并进行了测试。在一项大型基准研究中，这些低VOC涂料与业内销售多年的商业产品进行了比较，并含有标准的VOC含量。商业产品是由美国前五大涂料制造商中的四家生产的。它们的配方适用于金属和木材，并针对轻型维护市场。

实验结果

所有测试都是在干膜厚度在1.75至2.00密耳之间的冷轧钢板上进行的。面板在25ºC和50%相对湿度下风干一周。图1-9和表1是这些测试结果的摘要。测试的商业产品被指定为A到g，为了简化数据的表示，开发了一个评级系统，包括起泡，生锈和划线故障。评级为5表示没有效果，评级为0表示完全失败。

除了上述测试外，我们还观察到，用树脂1和2制成的、配方为90 g/L和0 g/L的涂料具有优异的早期耐水性、耐擦洗性和低温聚结性。

从图10中可以看出，树脂1在90 g/L VOC时和树脂2在0 g/L VOC时制成的涂料性能与商业产品在全VOC时相同或更好。在低voc值时，性能没有损失。事实上，与大多数商业产品相比，性能有了很大的提高。

大师油漆工协会规范

在基准测试过程中，出现了一些非常有趣的问题。许多大型涂料制造商都希望他们的产品得到油漆大师协会的批准。该集团总部位于加拿大多伦多，“致力于在绘画和涂料应用行业建立质量标准和质量保证，主要在美国和加拿大”。涂料制造商为了向行业展示他们的产品符合由独立组织建立和测试的规格，欢迎这些卓越的标准。承包商或指定机构可以要求MPI批准正在进行的项目。由于这些MPI批准清单每年都变得越来越重要，许多大型涂料制造商努力满足多种类型涂料的MPI规范。

在研究过程中，我们根据MPI规范# 164外部W.B.轻工业涂层测试了我们的商业和实验产品。大多数商业产品都通过了大部分测试，但大多数都没有达到耐候性规范。这需要将面板暴露在60ºC的UVA-340紫外线照射下4小时，以及在40ºC的无UVA冷凝下4小时。为了通过测试，涂层在500小时的循环曝光中损失的60º光泽必须少于10个单位。图11显示了我们对基准中商用涂料的了解，并将其与四种DSM neoreins丙烯酸低voc配方进行了比较。

表2揭示了许多有趣的结果。双组分溶剂型聚氨酯开始时光泽度接近90°，溶剂型醇酸也是如此。然而，在整个测试过程中，两者的光泽度都在下降，在2000小时后，光泽度都在20多岁。

高挥发性有机化合物水性商用涂料和低挥发性有机化合物树脂1和树脂2制成的实验涂料在500小时内均表现出明显的损失，部分涂料表现较好。然而，商用A和用树脂1和2制成的油漆的光泽逐渐增加，在2000小时后恢复了大部分原有的光泽。其他商业产品以不同的速度失去光泽，导致测试结束时光泽水平较低。

虽然树脂1号和2号在2000小时时通过了164号要求，但它们都没有达到500小时光泽损失小于10单位的要求，分别损失了13.6和15.7单位。我们发现，精心配制以优化薄膜完整性可以改善结果，但我们无法将500小时的光泽度损失减少到10个单位以下。

最引人注目的结果是用树脂3和树脂4制成的涂料。这些自交联丙烯酸聚合物在白色面漆中以90 g/L VOC配制时，在整个测试过程中光泽度没有变化。这样的耐候性表现是极其显著的。这项研究表明，当暴露在紫外线下和高温下冷凝时，这些水性聚合物的性能明显优于2K溶剂性聚氨酯、醇酸和绝大多数水性丙烯酸。

虽然树脂3和4没有在最初的基准研究中进行测试，但后续工作表明，它们通过了大师画家协会#164外部水基轻工业涂料规范的所有要求。在基准研究中进行的测试中，它们还提供了在可接受范围内的电阻特性。

总结

这种新一代水性丙烯酸聚合物具有低voc需求和优异的性能，与目前市场上需要高共溶剂水平且提供边际性能的树脂相比，其价格具有竞争力。性能更好，VOC大幅降低，树脂成本保持合理。

总之，我们可以说，与许多含有更高VOC量的商业产品相比，含有低于100 g/L VOC和0 g/L VOC的树脂1或树脂2制成的配方将提供出色的性能。树脂3和树脂4允许涂料公司通过MPI规范#164的配方，VOC低于100克/升，这在过去已被证明是一个相当大的挑战。涂料制造商，希望重新配制产品以符合VOC法规，可以显著提高性能。出于这些原因，可以引进挥发性有机化合物含量极低的国家产品。这些产品将通过多年的监管变化提供优越的性能。

建议阅读

1.涂料添加剂手册;卡尔博，l.j.，埃德;马塞尔·戴克公司:纽约，1987年。

2.Camp, R.C. Benchmarking;ASQ质量出版社:纽约，1989年。

3.涂料成膜;Provder, T.， Urban, m.w.，编;美国化学学会:华盛顿特区，2001年。

4.健壮,R.L.;埃利斯,w•h•;溶剂，第二版;涂料技术协会联合会:蓝铃，PA, 1998。

5.小威克斯，Z.W.薄膜形成，涂料技术协会联合会:蓝铃，宾夕法尼亚州，1998年。

6.小威克斯，Z.W.;帕帕斯,注:;琼斯，F.N.有机涂料:科学与技术，第二版，约翰威利父子:霍博肯，新泽西州，1999年。

本文于2006年1月在佛罗里达州坦帕市举行的PACE年度会议上发表。