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| 涂料助劑的研發(fā)現狀及發(fā)展趨勢 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-04-15 10:50:22 瀏覽次數： |
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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(lèi)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(shí)又可以使涂料的生產(chǎn)和施工過(guò)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(lái)越受到業(yè)界人士的重視。涂料助劑的應用和應用水平，已成為衡量涂料生產(chǎn)技術(shù)水平的標志之一。
隨著(zhù)人們健康和環(huán)保意識的提高，以及一系列環(huán)保法規的出臺，涂料工業(yè)的環(huán)保問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。水性涂料市場(chǎng)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(zhuān)業(yè)化。高效、無(wú)毒害、低揮發(fā)性有機物VOC、多功能化涂料助劑的研究和應用已成為主流。
1 涂料助劑的市場(chǎng)現狀
據報道，美國涂料助劑市場(chǎng)的規模將以年均2.5%的速度增加，到2007 年將達到８億美元以上。美國涂料助劑2002 年的總消費額為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，防腐劑達到0.85 億美元，其它助劑約2.61 億美元。其中增長(cháng)最快的是表面活性劑(年增長(cháng)率為3.3%)，其次是防霉抗菌劑(年增長(cháng)率為3.2%)。另?yè)lusChem公司分析，涂料用助劑在歐洲2001 年的營(yíng)業(yè)額達到12 億美元，預計2006 年將達到13.8 億美元，且利潤率在涂料行業(yè)中居領(lǐng)先地位。
從上世紀八十年代開(kāi)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(guān)。隨著(zhù)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，使得國內助劑市場(chǎng)的競爭更趨激烈。最近，在中國涂料市場(chǎng)競爭的不僅有跨國公司BYK、Henkel、EFKa、Ciba、Degussa、Rohm&Haas、Grace、Bayer、Eastman、Rodia 等，國內企業(yè)也有一系列產(chǎn)品推向市場(chǎng)。目前，國內涂料助劑業(yè)主要特點(diǎn)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(chǎng)。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(shí)，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世界級規模的精細化學(xué)品工廠(chǎng)，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(mén)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(cháng)。隨著(zhù)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(chǎng)需求量也越來(lái)越大，助劑行業(yè)相對優(yōu)厚的利潤，也吸引了內資企業(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(chǎng)和少量的助劑生產(chǎn)廠(chǎng)一直在從事涂料用助劑的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，其中也包括了一些涂料專(zhuān)門(mén)研究機構。但石化公司和國內的一些助劑廠(chǎng)主要是開(kāi)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(chǎng)和研究所也只是開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)一些具有針對性較強的助劑品種，沒(méi)有形成較為系列的產(chǎn)品，只能在一些特定的場(chǎng)合下使用。與跨國公司相比，國內企業(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(kāi)發(fā)、應用還處于模仿階段，主要表現為產(chǎn)品特色不明顯，各種類(lèi)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)權保護在國內不受重視。由于國外環(huán)保壓力加大，助劑產(chǎn)品的開(kāi)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。因此，如果相關(guān)部門(mén)不能有效實(shí)施對知識產(chǎn)權的保護，必然不利于我國涂料助劑行業(yè)的長(cháng)遠發(fā)展。
2 涂料助劑的新品種
2.1 超低VOC 或零VOC 助劑
隨著(zhù)環(huán)境法規的持續加強及涂料技術(shù)的多樣化，涂料逐漸遠離傳統的溶劑型涂料而轉向低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這些體系的變化需求。
水性乳膠涂料中 VOC 最主要的來(lái)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。這些涂料助劑導致無(wú)法將水性漆歸類(lèi)為不含有機溶劑、無(wú)揮發(fā)性或不含揮發(fā)有機化合物(NO-VOC)的油漆。
為了解決上述問(wèn)題，美國ADM 公司近年開(kāi)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(lèi)所組成，它可取代乳膠漆中所用的傳統成膜肋劑，從而大大減少乳膠漆中的VOC 含量。另外據了解，三丙二醇正丁醚(TPnB)和丙二醇單叔癸酸酯(PmtD)能滿(mǎn)足德國藍天使DIN55649 標準認定的NO-VOC 標準，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，使用TPnB 這樣的聚合物，對涂料漆膜產(chǎn)生強大的增塑效果，因此，特別適合與高硬度分散體結合使用。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(mǎn)足市場(chǎng)需求，并且符合嚴格的環(huán)保法規，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(wú)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，并擴大了相容性。Rhodia 公司也開(kāi)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(zhù)力促進(jìn)單體，可以用來(lái)改善在金屬表面的附著(zhù)力。SipomerPAM 100 和200 是為水性樹(shù)脂和溶劑型樹(shù)脂設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(zhù)力、更好的配方相容性和乳液的凍一融穩定性以及機械穩定性。
Elementis 公司的新產(chǎn)品有Thixatrol Max 和DaproW-96LV。Thixatrol Max 是設計用來(lái)降低涂層間附著(zhù)的問(wèn)題和最大限度地改善當溶劑型配方中含有大量不溶物時(shí)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(lái)消除超低VOC 含量的水性涂料中的涂膜缺陷。ISP 公司開(kāi)發(fā)了Fungitrol 720 和Fungitrol820，這些助劑的特點(diǎn)是不含VOC、低氣味、顏色穩定，并且有很高的閃點(diǎn)，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(shí)，主要考慮的是其在特定的配方中能否得到所期望的性能，但是現在的涂料制造商都希望一種助劑不只具有一種功能。當今市場(chǎng)上，功能兼合是另一個(gè)關(guān)注焦點(diǎn)，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)行復配應用試驗，使其達到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(gè)錨定基團，能使無(wú)機填料和有機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(huì )形成多分子層，使助劑具有表面改性效果，和聚合物通過(guò)反應基轉移反應形成交聯(lián)，達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)、施工和涂膜應用中發(fā)揮作用。
在涂料工業(yè)中應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(gè)是改善涂料的光澤，另外是助分散、耐洗刷、穩定pH、低氣味、不黃變、降低VOC、高酸堿緩沖容量等?，F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(shù)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(lái)pH 穩定性、低氣味和罐內耐腐蝕性。以減少揮發(fā)性有機化合物成分(VOC)的方式在降低配方成本的同時(shí)保證了最佳性能，并釋放出其他添加劑的潛能，同時(shí)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、填料和有機聚合物結合起來(lái)，具備一種防沉功能，貯存期達數年也只是軟結底。這是由于其特殊界面性能，改善了有機物與無(wú)機物(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、酞菩藍等難分散的顏料，對珠光顏料、鋁粉及各類(lèi)有機和無(wú)機顏、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、填料結合；沒(méi)有遷移現象，有效防止了顏、填料的團聚，在砂磨時(shí)更能將磨細的顏、填料重新包覆，保持顏、填料的微細顆粒，所以能提高各類(lèi)顏料的色彩鮮艷度、防止浮色、發(fā)花、掉粉現象；具有良好的助磨作用，能縮短研磨道數和研磨時(shí)間；能防止返粗。
最近，一種新型的多功能納米涂料助劑——美樂(lè )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(shí)，這種特性顯得尤為突出，用于高檔涂料時(shí)，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(zhù)提高經(jīng)濟效益；
(5)生產(chǎn)涂料時(shí)，若將其預先分散在水中，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(wèn)題，使一般的涂料達到與高級乳膠漆一樣理想的開(kāi)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(diǎn)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(gè)側羥基，能幫助改善附著(zhù)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(lái)說(shuō)，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(jià)值。
Rohm & Haas 公司新近推出一系列無(wú)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(lái)使磁漆流動(dòng)，提高效率。據稱(chēng)，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，從傳統的民用涂料到工業(yè)維護用涂料、水性涂料。
Troykyd D734 和D740 是低VOC、高性能的消泡劑產(chǎn)品，有著(zhù)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(guò)程中都能有效地消泡。Troysperse 200SF 是一種新型的無(wú)溶劑分散劑，能在難以分散的顏料(如有機顏料和炭黑)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了一個(gè)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(wú)溶劑型涂料。
Ciba 公司開(kāi)發(fā)了Tinuvin 405，一種為粉末涂料設計的UV吸收劑。據該公司稱(chēng)，這種產(chǎn)品推薦使用于催化型丙烯酸或聚酯樹(shù)脂，而其熔點(diǎn)低，用于甲基丙烯酸縮水甘油酯型粉末涂料也很理想。具體應用包括汽車(chē)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(kāi)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(zhù)的底材(如PP 和TPO)上的附著(zhù)力，這種新一代的產(chǎn)品不僅給出了出眾的附著(zhù)力，而且還有良好的耐有機溶劑(如汽油)性。作為對CP730-1 的補充，AP-550-1 是一種非氯化附著(zhù)力促進(jìn)劑。
Ciba 公司近期開(kāi)發(fā)了一系列新型助劑，包括Lignostab1198，這是一種新的木材光穩定助劑，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(zhù)色的木材提供出色的保護作用，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(chǎng)開(kāi)發(fā)了一種新型的PTFE 改性聚乙烯水性分散體。據該公司稱(chēng)，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(zhù)力好。
3 結語(yǔ)
隨著(zhù)涂料工業(yè)的快速發(fā)展和新技術(shù)的不斷涌現，將會(huì )不斷的開(kāi)發(fā)出一些新型助劑產(chǎn)品，來(lái)改善涂料的流變性、光澤度、流動(dòng)性、流平性以及更多的性能。針對我國涂料助劑行業(yè)所面臨的機遇和挑戰，我國的助劑生產(chǎn)企業(yè)及相關(guān)的科研院所應采取一系列的應對措施，以提高企業(yè)的國際市場(chǎng)競爭力。
(1)利用目前進(jìn)口助劑大量涌入國內涂料市場(chǎng)的時(shí)機，拓展對涂料助劑的應用，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(chǎng)可根據本身產(chǎn)品的性能和體系特性，選擇適合自身產(chǎn)品特點(diǎn)的助劑，加快市場(chǎng)開(kāi)拓能力，推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的進(jìn)程。
(2)組織國內有關(guān)開(kāi)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。根據自身的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)系列涂料助劑產(chǎn)品，以適應市場(chǎng)不同檔次、不同類(lèi)型及各種性能的要求，如有機硅系列，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(chǎng)細分，一方面可以避免產(chǎn)品過(guò)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)鼓勵國內目前的涂料助劑的生產(chǎn)廠(chǎng)，不斷開(kāi)拓新產(chǎn)品，開(kāi)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(zhuān)用助劑)、高固體、粉末涂料、無(wú)溶劑涂料等助劑。這些助劑的開(kāi)發(fā)及應用又能進(jìn)一步促進(jìn)環(huán)保型涂料的技術(shù)進(jìn)步。
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