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| 涂料助劑的研發(fā)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2015-04-15 10:50:22 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）涂料助劑是涂料產(chǎn)品的一類重要組成材料，它的加入不僅可以避免產(chǎn)生許多涂料的缺陷及涂膜弊病，同時又可以使涂料的生產(chǎn)和施工過程易于控制，減少對環(huán)境的污染，而且某些助劑的添加，可以賦予涂料一些特殊的功能。盡管絕大多數(shù)助劑在涂料中使用的相對用量通常很少(一般為配方總量的1%左右)，但往往對提高和改善涂料和涂膜的性能卻能起到十分關(guān)鍵的作用，因此越來越受到業(yè)界人士的重視。涂料助劑的應(yīng)用和應(yīng)用水平，已成為衡量涂料生產(chǎn)技術(shù)水平的標(biāo)志之一。
隨著人們健康和環(huán)保意識的提高，以及一系列環(huán)保法規(guī)的出臺，涂料工業(yè)的環(huán)保問題越來越受到人們的重視。水性涂料市場得到了很大的發(fā)展，而水性涂料的發(fā)展又極大地促進(jìn)了助劑產(chǎn)品的多樣化和專業(yè)化。高效、無毒害、低揮發(fā)性有機(jī)物VOC、多功能化涂料助劑的研究和應(yīng)用已成為主流。
1 涂料助劑的市場現(xiàn)狀
據(jù)報道，美國涂料助劑市場的規(guī)模將以年均2.5%的速度增加，到2007 年將達(dá)到８億美元以上。美國涂料助劑2002 年的總消費(fèi)額為7.1 億美元。其中，增稠劑約為2.9 億美元，占總額度29%；增塑劑占0.96 億美元，防腐劑達(dá)到0.85 億美元，其它助劑約2.61 億美元。其中增長最快的是表面活性劑(年增長率為3.3%)，其次是防霉抗菌劑(年增長率為3.2%)。另據(jù)PlusChem公司分析，涂料用助劑在歐洲2001 年的營業(yè)額達(dá)到12 億美元，預(yù)計2006 年將達(dá)到13.8 億美元，且利潤率在涂料行業(yè)中居領(lǐng)先地位。
從上世紀(jì)八十年代開始，我國涂料工業(yè)進(jìn)入較廣泛使用涂料助劑的階段。國外公司大量產(chǎn)品進(jìn)入中國使我國涂料工業(yè)發(fā)生了很大改觀。隨著我國加入WTO，國外優(yōu)質(zhì)的涂料助劑、良好的服務(wù)及先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)入我國，使得國內(nèi)助劑市場的競爭更趨激烈。最近，在中國涂料市場競爭的不僅有跨國公司BYK、Henkel、EFKa、Ciba、Degussa、Rohm&Haas、Grace、Bayer、Eastman、Rodia 等，國內(nèi)企業(yè)也有一系列產(chǎn)品推向市場。目前，國內(nèi)涂料助劑業(yè)主要特點可以概括為：
(1)世界許多助劑生產(chǎn)跨國企業(yè)都進(jìn)入了中國市場。國外助劑生產(chǎn)企業(yè)在引入更多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時，也在加快助劑的中國本土化進(jìn)程。2003 年，齊魯石化和伊士曼化工有限公司合資在山東省建設(shè)世界級規(guī)模的精細(xì)化學(xué)品工廠，生產(chǎn)Texanol 酯醇和TXIB 增塑劑。2003 年，美國赫克力士公司并購廣東江門量子高科生化工程有限公司，由美國赫克力士公司投資生產(chǎn)高檔羧甲基纖維素鈉(CMC)，年產(chǎn)達(dá)15000 t 以上，產(chǎn)量居世界前列。
(2)我國涂料行業(yè)每年的助劑需求量都在迅猛增長。隨著我國涂料工業(yè)的健康、快速發(fā)展，與之相配套的涂料助劑的市場需求量也越來越大，助劑行業(yè)相對優(yōu)厚的利潤，也吸引了內(nèi)資企業(yè)進(jìn)行涂料助劑的研發(fā)與生產(chǎn)。中國一批石化公司和一些中小型生產(chǎn)廠和少量的助劑生產(chǎn)廠一直在從事涂料用助劑的開發(fā)和生產(chǎn)，其中也包括了一些涂料專門研究機(jī)構(gòu)。但石化公司和國內(nèi)的一些助劑廠主要是開發(fā)、生產(chǎn)一些石化原料生產(chǎn)的二次或三次加工產(chǎn)品和各種表面活性劑和乳化劑等。各涂料生產(chǎn)廠和研究所也只是開發(fā)、生產(chǎn)一些具有針對性較強(qiáng)的助劑品種，沒有形成較為系列的產(chǎn)品，只能在一些特定的場合下使用。與跨國公司相比，國內(nèi)企業(yè)的助劑產(chǎn)品在系列化和產(chǎn)品性能上還存在一定差距，某些產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用還處于模仿階段，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品特色不明顯，各種類型助劑都生產(chǎn)，但每種產(chǎn)品的系列都不夠完整。
(3)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)在國內(nèi)不受重視。由于國外環(huán)保壓力加大，助劑產(chǎn)品的開發(fā)成本急劇上升，而產(chǎn)品的模仿者卻不必支付前期的毒理試驗和風(fēng)險試驗經(jīng)費(fèi)。因此，如果相關(guān)部門不能有效實施對知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，必然不利于我國涂料助劑行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。
2 涂料助劑的新品種
2.1 超低VOC 或零VOC 助劑
隨著環(huán)境法規(guī)的持續(xù)加強(qiáng)及涂料技術(shù)的多樣化，涂料逐漸遠(yuǎn)離傳統(tǒng)的溶劑型涂料而轉(zhuǎn)向低VOC 技術(shù)，如水性涂料、高固體分涂料、UV 固化涂料和粉末涂料，而涂料助劑則需要適應(yīng)這些體系的變化需求。
水性乳膠涂料中 VOC 最主要的來源是成膜助劑和防凍劑，成膜助劑是指添加在基于聚合物分散體系統(tǒng)中的涂料助劑，添加的目的在于促進(jìn)和/或改善這些聚合物分散體在給定環(huán)境條件下的成膜性。傳統(tǒng)成膜助劑包含TpiB(3－羥基－2,2,4－三甲基異丁酸戊酯，商品名Texanol，Eastman 產(chǎn)品)、許多水溶性乙烯基單體、丙二醇衍生物以及諸如白電油的脂肪烴等。這些涂料助劑導(dǎo)致無法將水性漆歸類為不含有機(jī)溶劑、無揮發(fā)性或不含揮發(fā)有機(jī)化合物(NO-VOC)的油漆。
為了解決上述問題，美國ADM 公司近年開始生產(chǎn)零VOC活性成膜助劑，此產(chǎn)品主要由向日葵油和玉米油脂肪酸的丙二醇單酯類所組成，它可取代乳膠漆中所用的傳統(tǒng)成膜肋劑，從而大大減少乳膠漆中的VOC 含量。另外據(jù)了解，三丙二醇正丁醚(TPnB)和丙二醇單叔癸酸酯(PmtD)能滿足德國藍(lán)天使DIN55649 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定的NO-VOC 標(biāo)準(zhǔn)，可以作為成膜助劑(PmtD，商品名SER-AD FX 510，CONDEA Servo 公司產(chǎn)品)。研究發(fā)現(xiàn)，使用TPnB 這樣的聚合物，對涂料漆膜產(chǎn)生強(qiáng)大的增塑效果，因此，特別適合與高硬度分散體結(jié)合使用。PmtD 對涂料漆膜的增塑效果較弱，非常適合硬度較低的分散體。而且，PmtD 具有消泡的作用，消泡劑的用量可以減少或甚至不用。
為了滿足市場需求，并且符合嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，Troy 公司生產(chǎn)了一種低VOC 甚至零VOC 的Troykyd 牌消泡劑和Troysperse 牌無溶劑、高性能分散劑。這些產(chǎn)品 VOC 含量低，手工操作安全，優(yōu)化了對表面性能的控制，并擴(kuò)大了相容性。Rhodia 公司也開發(fā)了幾種環(huán)保型助劑，包括Rhodoline DF消泡劑，其不含VOC 和APE。這些消泡劑用途廣泛，能幫助涂料制造商符合環(huán)境法規(guī)而不需要犧牲某些性能。Rhodia 公司還為水性涂料引進(jìn)了附著力促進(jìn)單體，可以用來改善在金屬表面的附著力。SipomerPAM 100 和200 是為水性樹脂和溶劑型樹脂設(shè)計的活性很高的游離基聚合單體，任何一種產(chǎn)品都可以摻入多種聚合體系，包括丙烯酸、乙烯、苯乙烯、丙稀酰胺以及它們的混合物。這些產(chǎn)品提供了在玻璃底材和金屬底材上良好的附著力、更好的配方相容性和乳液的凍一融穩(wěn)定性以及機(jī)械穩(wěn)定性。
Elementis 公司的新產(chǎn)品有Thixatrol Max 和DaproW-96LV。Thixatrol Max 是設(shè)計用來降低涂層間附著的問題和最大限度地改善當(dāng)溶劑型配方中含有大量不溶物時的相容性。Dapro W-96LV 是一種超低VOC 含量的表面張力改性劑，用來消除超低VOC 含量的水性涂料中的涂膜缺陷。ISP 公司開發(fā)了Fungitrol 720 和Fungitrol820，這些助劑的特點是不含VOC、低氣味、顏色穩(wěn)定，并且有很高的閃點，能廣泛用于非水性體系和水性體系。
2.2 多功能助劑
在選擇助劑時，主要考慮的是其在特定的配方中能否得到所期望的性能，但是現(xiàn)在的涂料制造商都希望一種助劑不只具有一種功能。當(dāng)今市場上，功能兼合是另一個關(guān)注焦點，涂料助劑的多功能化是選擇助劑的關(guān)鍵。多功能涂料助劑是采用多種優(yōu)良的新型界面材料，進(jìn)行復(fù)配應(yīng)用試驗，使其達(dá)到1+1>2的功能。由于各種界面材料具有不同界面功能和多個錨定基團(tuán)，能使無機(jī)填料和有機(jī)聚合物之間形成化學(xué)橋鍵，并在填料表面形成單分子層而不會形成多分子層，使助劑具有表面改性效果，和聚合物通過反應(yīng)基轉(zhuǎn)移反應(yīng)形成交聯(lián)，達(dá)到改善涂料多種性能的目的。多功能助劑往往具有兩種或多種功能，分別在涂料生產(chǎn)、施工和涂膜應(yīng)用中發(fā)揮作用。
在涂料工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的多功能助劑首推安格斯化學(xué)公司的產(chǎn)品——AMP-95 分散劑(2-氨基-2-甲基-1-丙醇)。AMP 有非常廣的性能，其中一個是改善涂料的光澤，另外是助分散、耐洗刷、穩(wěn)定pH、低氣味、不黃變、降低VOC、高酸堿緩沖容量等?，F(xiàn)在全球都有降低VOC 的壓力，AMP 的多功能之一是可以降低VOC。此外，它也可用于油性涂料。例如，在溶劑型醇酸涂料中，加入AMP-95 AG 型產(chǎn)品，其溶于水的特性使樹脂、溶劑和添加劑最優(yōu)化，能作為有效的共同分散劑、乳化劑和中和胺。此外，它能帶來pH 穩(wěn)定性、低氣味和罐內(nèi)耐腐蝕性。以減少揮發(fā)性有機(jī)化合物成分(VOC)的方式在降低配方成本的同時保證了最佳性能，并釋放出其他添加劑的潛能，同時降低了油漆總成本。
目前研制成功的多功能分散防沉劑具有優(yōu)良的分散性能。它能以化學(xué)橋鍵將顏、填料和有機(jī)聚合物結(jié)合起來，具備一種防沉功能，貯存期達(dá)數(shù)年也只是軟結(jié)底。這是由于其特殊界面性能，改善了有機(jī)物與無機(jī)物(顏、填料)的相容性，有利于制備高固體分涂料，特別是有利于提高炭黑、酞菩系列等易引起觸變顏料的固含量，改善加工工藝；可以分散炭黑、酞菩藍(lán)等難分散的顏料，對珠光顏料、鋁粉及各類有機(jī)和無機(jī)顏、填料都有良好的分散性能。因其具有良好的包覆效果，能以化學(xué)鍵和顏、填料結(jié)合；沒有遷移現(xiàn)象，有效防止了顏、填料的團(tuán)聚，在砂磨時更能將磨細(xì)的顏、填料重新包覆，保持顏、填料的微細(xì)顆粒，所以能提高各類顏料的色彩鮮艷度、防止浮色、發(fā)花、掉粉現(xiàn)象；具有良好的助磨作用，能縮短研磨道數(shù)和研磨時間；能防止返粗。
最近，一種新型的多功能納米涂料助劑——美樂迪(MLD)的面世，引起了建筑界的廣泛重視。它具有以下下特性：
(1)具有明顯的增白作用，從而可提高低檔涂料的白度；
(2)可明顯提高涂料的對比率和覆蓋力，可以適當(dāng)減少涂料中昂貴的鈦白粉用量；
(3)能使涂膜致密，從而大幅度提高涂膜的硬度、耐污染性、耐水性、耐堿性，尤其是用于一般的涂料時，這種特性顯得尤為突出，用于高檔涂料時，效果雖不明顯，但可以大大提高涂膜的抗老化性；
(4)能使涂料具有優(yōu)良的流平性，不留刷痕，涂刷效果好，是生產(chǎn)絲光涂料的理想助劑，它能使較低檔次的乳膠漆在不增加成本的情況下提高檔次和品質(zhì)，從而顯著提高經(jīng)濟(jì)效益；
(5)生產(chǎn)涂料時，若將其預(yù)先分散在水中，有助于顏料、填料的均勻分散；
(6)有明顯的增稠作用，能改善涂料中顏料下沉與表層浮水的問題，使一般的涂料達(dá)到與高級乳膠漆一樣理想的開罐效果。CD586 是Sartomer 公司的最新產(chǎn)品，它是一種白色的蠟狀單體，熔點為31℃。Sartomer 公司生產(chǎn)的約含95%丙烯酸酯的C18 以自由基聚合固化，可用于織物涂料和防粘涂料。CD586 可以在涂料中作為助劑提供疏水性和低粘度，或用作消泡劑，能提供耐沖擊性、低收縮性、耐水性和耐候性。
Sartomer 公司的SR535 是用于聚合的一種低揮發(fā)性、快干型單體。它含有一個側(cè)羥基，能幫助改善附著力和在硫酸法固化的彈性體中的耐可逆性。這種產(chǎn)品可以給涂料、彈性體、電子產(chǎn)品、焊接遮罩、油墨和密封劑提供耐磨損性、耐熱性、耐水性和耐化學(xué)性。
2.3 廣譜性助劑
對于涂料制造商來說，選擇一種能用于很多種涂料的助劑是有好處的，那些在很多體系中有多種功能的助劑對于涂料制造商才有選用價值。
Rohm & Haas 公司新近推出一系列無溶劑型的涂料助劑，如Acrysol RM-5000、RM-6000 和RM-7，其中Acrysol RM-5000和Acrysol RM-6000 均為非離子型增稠劑，用來使磁漆流動，提高效率。據(jù)稱，在許多配方中加入此產(chǎn)品能提高20%的效率，提供很高的剪切粘度。Acrysol RM-7 在廣交聯(lián)乳液配方中提供了改進(jìn)的流變性和效率。所有這些產(chǎn)品在水性配方中的用途都很廣泛，從傳統(tǒng)的民用涂料到工業(yè)維護(hù)用涂料、水性涂料。
Troykyd D734 和D740 是低VOC、高性能的消泡劑產(chǎn)品，有著良好的消泡性，能去除微小的泡沫。另外，它們還有高光澤度和涂膜透明性。Troykvd D726 是一種低VOC、高效能、通用型的消泡劑，可以在從啞光涂料到高光涂料的施工中替代多種消泡劑。Troykyd D726 能消除小孔、縮孔和微小的泡沫，在加工和施工過程中都能有效地消泡。Troysperse 200SF 是一種新型的無溶劑分散劑，能在難以分散的顏料(如有機(jī)顏料和炭黑)中提供好的分散性。這種產(chǎn)品在大量體系中的分散能力到達(dá)了一個新的水平，而且在研磨階段不需要其它分散劑和潤濕劑，可用于溶劑型涂料和無溶劑型涂料。
Ciba 公司開發(fā)了Tinuvin 405，一種為粉末涂料設(shè)計的UV吸收劑。據(jù)該公司稱，這種產(chǎn)品推薦使用于催化型丙烯酸或聚酯樹脂，而其熔點低，用于甲基丙烯酸縮水甘油酯型粉末涂料也很理想。具體應(yīng)用包括汽車用粉末清漆、塑料用粉末涂料、木器漆和高性能的工業(yè)涂料。
2.4 其它特殊功能助劑新產(chǎn)品
Micro Powders 公司最近為水性涂料和UV 涂料體系開發(fā)了Micromatte 1213 UVW 消光助劑，它極易摻入微粉蠟中。Eastman 公司的最新產(chǎn)品包括CP 730-1 和AP-550-1，它們能改善在難以附著的底材(如PP 和TPO)上的附著力，這種新一代的產(chǎn)品不僅給出了出眾的附著力，而且還有良好的耐有機(jī)溶劑(如汽油)性。作為對CP730-1 的補(bǔ)充，AP-550-1 是一種非氯化附著力促進(jìn)劑。
Ciba 公司近期開發(fā)了一系列新型助劑，包括Lignostab1198，這是一種新的木材光穩(wěn)定助劑，能防止木質(zhì)的光氧化。Lignostab 1198 是一種易施工的水性游離基凈化劑，可以給天然的或著色的木材提供出色的保護(hù)作用，并且改善了用清漆涂裝的和用透明顏料涂裝的木材的耐久性。
Shamrock 科技公司最近為水性卷材涂料市場開發(fā)了一種新型的PTFE 改性聚乙烯水性分散體。據(jù)該公司稱，這種產(chǎn)品可以直接用于金屬卷材底漆，而這種底漆要求耐磨損、制造方便、耐鹽霧、涂層間附著力好。
3 結(jié)語
隨著涂料工業(yè)的快速發(fā)展和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，將會不斷的開發(fā)出一些新型助劑產(chǎn)品，來改善涂料的流變性、光澤度、流動性、流平性以及更多的性能。針對我國涂料助劑行業(yè)所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我國的助劑生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)的科研院所應(yīng)采取一系列的應(yīng)對措施，以提高企業(yè)的國際市場競爭力。
(1)利用目前進(jìn)口助劑大量涌入國內(nèi)涂料市場的時機(jī)，拓展對涂料助劑的應(yīng)用，不斷提高涂料產(chǎn)品的性能，加快涂料產(chǎn)品的更新?lián)Q代。涂料生產(chǎn)廠可根據(jù)本身產(chǎn)品的性能和體系特性，選擇適合自身產(chǎn)品特點的助劑，加快市場開拓能力，推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的進(jìn)程。
(2)組織國內(nèi)有關(guān)開發(fā)研究、生產(chǎn)、使用涂料助劑的單位研究涂料助劑的發(fā)展。根據(jù)自身的特點，開發(fā)系列涂料助劑產(chǎn)品，以適應(yīng)市場不同檔次、不同類型及各種性能的要求，如有機(jī)硅系列，氟碳系列、PU 系列等。目前，國際助劑行業(yè)的競爭要求生產(chǎn)企業(yè)對產(chǎn)品進(jìn)行市場細(xì)分，一方面可以避免產(chǎn)品過于同質(zhì)化，另一方面也有助于產(chǎn)品的系列化、深入化。國內(nèi)企業(yè)由于目前處于相對落后的技術(shù)水平，更需要集中精力發(fā)展自己的特色產(chǎn)品。
(3)鼓勵國內(nèi)目前的涂料助劑的生產(chǎn)廠，不斷開拓新產(chǎn)品，開發(fā)適合于涂料產(chǎn)品發(fā)展方向的新型助劑，如水性涂料用助劑(乳膠漆、水性工業(yè)漆及電泳涂料專用助劑)、高固體、粉末涂料、無溶劑涂料等助劑。這些助劑的開發(fā)及應(yīng)用又能進(jìn)一步促進(jìn)環(huán)保型涂料的技術(shù)進(jìn)步。
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