此外，目前的配方也在减少或消除挥发性有机化合物。所有这些行动都有助于促进环保和更绿色的配方，但性能的代价是什么?对环境和持久性有毒材料的担忧迫使客户寻找与传统添加剂价格相同、性能相同或更好的新添加剂。研制了一种新型的建筑涂料用环保型润湿剂，可直接替代简单改性的类人猿。这种新型的、不含ape的表面活性剂可以有效地润湿研磨过程中的二氧化钛，改善涂料配方中的冻融和粘度稳定性，改善泡沫控制，更好的耐擦洗性，改善流动和流平性，所有这些都不会对涂料配方产生额外的VOCs。
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背景
大多数建筑涂料由几种基本成分组成:乳液或乳胶、颜料和添加剂(图1)。每一种材料对成品涂料的整体性能都起着至关重要的作用，因此原材料的选择至关重要。其中任何一种选择不当都会极大地影响涂料的性能。例如，选择错误的粘合剂可能会导致耐久性差，干燥时间过长或与基材缺乏附着力。同样，湿化剂或表面活性剂的选择不当会导致颜料分散性差，导致失去光泽和较差的薄膜美观性。
对于建筑涂料，表面活性剂，也称为表面活性剂，用于降低水相的表面或界面自由能，以实现良好的颜料润湿高效研磨和一致的基材润湿无缺陷涂料。在这些应用中，当表面活性剂可以快速迁移到制造和应用过程中产生的新界面时，会产生较低的动态表面张力值，从而证明了良好的润湿性能。较低的动态表面张力促进多种表面的优异润湿和高效的颜料研磨;这反过来又能提高覆盖率和附着力，减少研磨时间，增强颜色发展。
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表面活性剂
溶剂型涂料向水基体系的转变给添加剂制造商带来了各种各样的挑战。典型的溶剂型体系的表面张力在25 ~ 35 mN/m之间，主要是由于这些体系中使用的溶剂。另一方面，水基涂层的表面张力通常为50 mN/m或更高，这主要是由于水在72 mN/m时的高表面张力。当表面能为35-45 mN/m的基板用水基体系喷涂时，涂层的表面张力必然会降低。(2)如图3所示，只有当液体的表面张力低于基板的表面能时，表面才会发生自发润湿。为了实现这一点，表面活性剂或润湿剂是常用的水性涂料应用。
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颜料分散
制备颜料分散体的过程通常被定义为三个不同过程的总和。第一个过程涉及潮湿的干燥颜料置换空气和任何其他杂质从颜料表面。一旦颜料颗粒被充分润湿，就会发生研磨，使大的颜料团聚体和团聚体减少到最初的颗粒大小。最后一步涉及到稳定分散，以增强颜色和粘度稳定性，以及抗冲击和衰减兼容性。
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对于水性涂料，分散过程提出了许多挑战。例如，必须降低水的高表面张力和连续的水相与颜料之间的界面张力，以充分湿润颜料颗粒，如图4所示。为了降低表面和界面张力，使用了颜料润湿表面活性剂。这些添加剂吸附在颜料表面，降低界面张力，制备颜料进一步吸附稳定分散的分子。(3)当表面和界面张力较低时，提高了磨粉效率。这导致了更短的研磨时间和更低的能量需求，以达到初级颗粒尺寸，更低的研磨温度和更低的磨基粘度，这可以导致更高的颜料负荷。
传统的润湿剂包括烷基酚聚氧乙烯酯，它对颜料表面有很好的润湿能力。由于人们越来越担心猿类会干扰内分泌，并可能对健康产生不利影响，在涂料应用中取代这些材料的趋势越来越大。由于其亲水性，人猿往往稳定泡沫，并可能导致水敏感性问题，在最后的膜。使用这些表面活性剂还导致使用强消泡剂来控制泡沫，这反过来会导致最终的薄膜缺陷。为颜料润湿选择合适的润湿剂不仅可以提供最有效的磨粉和显色，还可以帮助防止在制造和应用过程中产生泡沫。
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一旦色素团聚体和/或团聚体被分解到最初的颗粒大小，颗粒必须得到稳定，以防止再次团聚和絮凝。如图5所示，稳定通常通过空间和静电稳定来实现。静电稳定是通过电双层完成的，这是由于吸附分子在粒子表面形成的。空间稳定是通过吸附在颗粒表面的亲水性分子段在水相中的相互作用完成的。
这些稳定的亲水段通常来自含有烷基酚乙氧基酯的表面活性剂，中和烷基酚磺酸盐，或来自聚合物分子，如胺中和聚丙烯酸共聚物。根据配方的不同，一种添加剂可以用于湿润和稳定过程。颜料类型、应用参数和成本都是选择分散包装时要考虑的因素。
新的表面活性剂发展
建筑涂料中使用的添加剂不仅可以润湿颜料和基材，还有助于泡沫控制、耐久性、耐堵塞性、显色性、可洗性或耐擦洗性，并有助于降低VOCs。一种新型的无ape表面活性剂被开发出来，以一种经济有效的方式改善这些性能，同时帮助减少最终配方中的VOC含量。
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应用程序测试
制备了三种模型涂料配方，对新型无ape湿润剂进行了性能评价。
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这些公式见表1-3。这种新型表面活性剂被命名为E2010，与两种市售的含APE表面活性剂进行了基准测试，分别是低泡沫含APE表面活性剂(LFAPE)和疏水改性APE (hape)。
所有的添加剂都在起始配方中指定的推荐使用水平上使用。所测表面活性剂的物理性能见表4。
所有涂料都是按照制造商指定的程序制备的，并使用3密耳的鸟棒。粘度测量是涂料稳定性的指标，在制备24小时后，在50°C陈化2周后，使用数字Stormer粘度计进行测定。用3密耳鸟条将涂料涂在Leneta图表上，让涂料在室温下干燥24小时，然后将它们面对面放置1小时，然后分开。
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使用BYK-Gardner spectra - glide 45/0光泽度仪测量光泽度和对比度。为了进行擦除测试，将涂料用建议的着色底色着色，用3-mil的鸟棒将涂料涂在Leneta 1B图表上，静置1分钟。在涂有涂料的部分上摩擦30秒，然后在控制温度和湿度的情况下干燥24小时。一旦油漆固化，在图表上测量摩擦区域和未摩擦区域的颜色差异。Delta E值小于1将导致“通过”评级。
使用Leneta抗凹陷计测量凹陷值，并使用Leneta水准测试刀片按ASTM D 4062进行水准测定。
泡沫测试是通过在红魔鬼油漆摇床上搅拌样品15分钟，并记录油漆的密度进行的。为了计算泡沫密度的变化百分比，测量未搅拌样品和搅拌样品之间的密度差。
使用型号为D10的可洗性磨损试验机测量磨砂性能。 |
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最后，为了测定冻融稳定性，将300克油漆称重放入一个8盎司的内衬罐中。这些罐头在0°C的冰箱中放置15小时，然后在室温下解冻4小时。然后这些罐子被放置在25°C的水浴中2小时。最后，油漆被搅拌和暴风粘度。这个过程重复了五次，直到粘度无法测量为止。粘度可以被测量的最后一个循环是报告值。
结果与讨论
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表4所示的一些显著特征说明了新开发的无ape表面活性剂的易用性。由于倾点为0°C, E2010在寒冷的环境中更容易处理。E2010的浊点也明显高于其他两种表面活性剂。最后，由于其组成，E2010将符合40条CFR法规，使其成为农业涂料和应用的理想选择。
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与两种含ape的表面活性剂相比，E2010样品具有优异的性能。E2010作为含LFAPE-或hmape -的表面活性剂的替代品，在最终的涂层中显示出许多好处(表5)。这些好处包括卓越的光泽度控制，改善不透明度和着色强度，以及增强着色体系的颜色接受度和粘度稳定性。E2010还提供了优良的耐擦洗性和改进的阻塞性。所有配方均表现出优异的流平性能和相当的泡沫控制能力。
表6说明了在内/外半光配方中测试的表面活性剂的性能。
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涂层评估表明，与含ape的表面活性剂相比，E2010表面活性剂的流平性得到了改善(图6)，抗磨砂性得到了增强，光泽度、不透明度、颜色接受度和着色强度相当，泡沫控制能力和冻融稳定性也相当。
图7显示了右图为E2010表面活性剂，左图为hape表面活性剂配制的半光泽配方的擦洗测试结果。在此配方中使用时，E2010表面活性剂比含ape的表面活性剂的磨砂性能提高了27%。
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此外，如图8所示，E2010增强了对含lfape配方的泡沫控制，从而允许配方剂减少涂料中使用的消泡剂数量，从而降低了总体配方成本。含有e2010的涂料具有更好的耐磨砂性、可媲美的流平性、颜色接受度、光泽度和着色强度。
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VOC的测量
E2010对配方涂料的VOC贡献按EPA方法24测定。为了进行这项测试，我们使用了一种商业上销售的零voc建筑涂料。在该涂料中加入1%的E2010表面活性剂，并对该涂料进行方法24测试。测试结果表明，E2010对该涂料的挥发性有机化合物含量为零。
结论
建筑涂料中使用的润湿剂的选择在配制低至零voc涂料时具有重要影响。一种新型的、环保的、无ape表面活性剂已经被开发出来，以帮助这些涂料的配方，同时比传统的含ape表面活性剂提供更好的性能。E2010表面活性剂可以有效润湿研磨过程中的二氧化钛，改善涂料的冻融和粘度稳定性，改善泡沫控制，更好的耐擦洗性，改善流动性和流平性，同时不为涂料配方添加额外的VOCs。
该论文在佛罗里达州代托纳海滩举行的2010年南方涂层技术协会年会上发表。
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