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pH调节剂的使用现状和发展趋势
2019年05月18日    阅读量:882     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

简述了pH值对乳液和涂料的作用。介绍了几种常用的pH调节剂,并对其性能进行了比较,以及如何选用和今后的发展趋势。


1 pH值对乳液和涂料的作用

调节乳液和涂料pH值的助剂称为pH调节剂中国建材网cnprofit.com。它是一个小助剂,人们对它不是那么重视。其主要功能是调节控制乳液和涂料的pH值。

乳胶漆的主要成分是乳液。乳液在聚合时,为了获得较好的附着力,往往在配方中含有少量的可聚合酸,如丙烯酸和甲基丙烯酸。聚合结束后,加pH调节剂,把酸中和成盐,提高黏度,并在偏碱的条件下能保持长期稳定。涂料的pH值对其贮存稳定性、抗腐败、防腐蚀、黏度及涂膜的性能均有一定的影响。

涂料制造过程中使用碱溶胀类增稠剂。这类聚合物一般带有较多数量羧基,进入水相遇碱中和,生成聚合物盐类,显示出黏度。配方中有纤维素增稠的涂料在微碱的条件下纤维素比较容易溶解。

2 常用pH调节剂

常用pH调节剂有链烷醇胺(alkanolamines)和氨水等,其性能如表1所示。它们各有特点。Advantex和Vantex T的结构式和化学文摘号(CAS No.)是推测的。

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pH调节剂的性能

除氨水和二甲基乙醇胺外,它们的沸点在150°C以上。蒸气压越低,沸点越高,挥发一般就越慢,气味也越低,同时涂膜抗粘连性会变差。PKa是酸度系数。较高的PKa 值表示较有效的pH调节,或较高pH使用值。较高的PKa值,较低的分子量,表示pH调节剂用量较低。再考虑pH调节剂价格,就能大致确定pH调节剂的使用成本。

2.1 链烷醇胺

在涂料中,链烷醇胺具有调节和稳定pH值、促进颜料、填料分散、提高树脂溶解性等作用。它们的结构特点是分子中都具有氨基和羟基,存在孤对电子,能从水中接受质子,呈碱性,属中强碱。同时存在氢键,能溶于水。它们是使用最广的pH调节剂。其代表性产品是AMP-95,学名是2-氨基-2-甲基-1-丙醇,结构如图1所示。

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AMP-95结构式

AMP-95和AMP-90的区别仅在浓度不同。AMP-95有机胺含量约为95%,而AMP-90有机胺含量为90%左右。我国一般用AMP-95,而欧洲通常用AMP-90。AMP-95和AMP-90的优点是调节后乳胶漆pH值稳定。由于随后的挥发,对涂膜耐水性也没有影响,耐洗刷性也能得到提高。它还兼有分散作用,能提高有光乳胶漆的光泽,是一种多功能助剂。缺点是有一定气味,要注意与防腐剂的相容性。AMP-95的性能如表2所示。

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AMP-95的性能

Arkema公司的Alpamine N41、Taminco公司的Advantex(爱旺德)pH调节剂,是丁基乙醇胺;华夏的HX-6130水性多功能助剂,是低分子有机胺化合物,沸点162 ℃,闪点82 ℃,折光系数1.45。它们虽有差别,但与AMP-95基本属于同类产品。

MMAE(N-甲基乙醇胺),为无色透明液体,属于中强碱,有表面活性剂的功能。由于较高蒸气压和较低的沸点,所以挥发比AMP-95快。其PKa值略高于AMP-95,因此pH调节性略高于AMP-95。

DMEA (二甲基乙醇胺),由于较高蒸气压和较低的沸点,所以挥发比AMP-95和N-甲基乙醇胺都快。其PKa值低于AMP-95,因此pH调节性不如AMP-95,如海名斯-德谦公司产品。

单乙醇胺,是中强碱,有氨味,有极强的吸湿性,有乳化和分散作用,也有起泡作用。对眼睛和皮肤有严重的刺激和灼烧性。

二乙醇胺,碱性比乙醇胺弱,沸点268 ℃,高于VOC标准250 ℃,有氨味,挥发慢,有吸湿性,表面活性剂作用。对眼睛和皮肤有严重的刺激性。

三乙醇胺,碱性比二乙醇胺弱,由于低蒸气压和高沸点(335 ℃),所以很低氨味,挥发很慢。对眼睛和皮肤有刺激性。


2.2 氨水

氨水是氨的水溶液,一般含氨28%~29%,其分子式是NH4OH,其沸点低,挥发速度快,对早期涂层性能影响小,价格便宜,但有刺激性氨气味,在涂料贮存期间易发生pH值的改变。

2.3 NaOH和KOH

也有以NaOH和KOH溶液为pH调节剂。它们是强碱,用量低,其优点是无气味,pH值稳定,但因为其不挥发,所以对涂膜耐水性会有一定影响。


3 不同pH调节剂性能比较

不同pH调节剂性能比较如表3。

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不同pH调节剂性能比较

4 pH调节剂的选用

因为涂料一般是碱性的,pH值通常为7.5~9.5,因此,往往采用碱性物质为pH调节剂。为了达到既有效调节,又安全可靠,绝大多数选用中强碱。酸碱性的划分如表4。

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酸碱性的划分

为了少影响或不影响涂膜的性能,pH调节剂最好是挥发性的。涂料成膜后,pH调节剂离开涂膜。pH调节剂如果还有帮助涂料生产和成膜的功能,那更值得欢迎。

综上所述,链烷醇胺能满足以上要求,应属首选。如果要生产低气味、低VOC或零VOC涂料,那就要选用AEPD™ VOX 1000和Vantex T类产品了。


5 pH调节剂的发展趋势

起初,pH调节剂基本使用氨水和氢氧化钠等无机类产品。随后,pH调节剂从氨水和氢氧化钠等无机类产品发展为AMP-95类沸点150~200 °C链烷醇胺产品。由于VOC和气味的考虑,现在又有向沸点250 °C以上的链烷醇胺产品发展的趋势。例如,Dow公司旗下的Angus公司在AMP-95的基础上,开发了AEPD™ VOX 1000,便于比较,将其结构式示于图2;Taminco公司在Advantex(爱旺德)的基础上,推出Vantex T,其结构式如图3。值得注意的是,这些沸点在250 °C以上的、低蒸气压的链烷醇胺,在降低VOC和气味的同时,也降低pH调节性和涂膜的抗粘连性。当然,二乙醇胺和三乙醇胺的沸点也在250 °C以上。

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AEPD VOX 1000结构式

除环境友好外,p H调节剂发展的另一个趋势是多功能化。如助分散、助成膜、提高涂料冻融稳定性和改善初期抗裂性等。


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