发表于 2020 年 5 月 15 日沃利·凯斯勒( Wally Kesler)

介绍

       带油漆桶的绿色油漆房间 - 了解有关用于更环保水性涂料的植物性添加剂的更多信息涂料配方和一般化学工业的增长趋势是采用植物性原材料。这有许多驱动因素，包括监管要求、自愿认证和消费者对可持续产品的新兴需求。从植物中采购原材料，也称为生物基或可再生材料，远离不可再生的石化原料来源。

       当试图满足植物基含量的某个阈值时，应考虑所有配方成分。优先替换最高百分比的内容组件是明智的方法，但可能需要一个整体的观点来实现基于生物的内容目标。

       在大多数水性涂料配方中，重量含量最高的组分通常是水、粘合剂和颜料。虽然有一些生物基有机颜料可用，但粘合剂通常是配方设计师为加入植物性原材料而研究的第一个成分。有关涂料用植物基树脂的介绍，请参阅 2019 年 8 月 16 日在 ULProspector 知识中心发布的“生物基树脂在涂料和可持续性中的重要作用”。

       虽然添加剂通常在大多数水性涂料配方中所占比例相对较小，但它们对整体生物基含量的贡献可能很大。这可能会导致是否满足生态标签或可持续性标准的要求或达不到要求。原材料供应商提供种类繁多的植物性添加剂，其功能与基于石化的替代品相同。

表面活性剂

       涂料中最常用的一类添加剂是表面活性剂。“表面活性剂”的简称，表面活性剂在不同材料或相的界面上形成桥。表面活性剂在水性涂料配方中发挥着许多基本功能。颜料分散和基材润湿是表面活性剂的作用。

       表面活性剂的一般描述包括对特定相（例如脂肪酸）具有亲和力的“头部”，这将使其具有亲脂性。在另一端，通用表面活性剂将具有对头部相反相具有亲和力的基团。如果头部是亲油的，“尾部”将是亲水的，因此表面活性剂可以在两相之间形成桥梁。这就是表面活性剂如何反驳“油和水不混合”的古老格言。

分散剂

       颜料分散是涂料配方中最关键的部分之一。如果颜料没有适当的分散，无论是多阶段热固性 OEM 汽车涂料还是低成本的内墙涂料，涂料都无法达到预期的效果。颜料分散不良会导致配色问题、光泽或光泽不均匀以及着色剂接受度不一致。

       根据定义，颜料是不溶于油漆配方连续相的材料。这些固体颗粒必须在整个涂料中均匀分布（分散），并在涂料可能合理经历的储存、应用和固化条件下保持稳定。颜料分散剂或分散剂通过在颜料和连续相之间的液体/固体界面处起作用来帮助该过程。

       分散剂的结构使其在液体涂料中形成从颜料到聚合物和溶剂的桥梁，从而实现稳定的分布。一部分分散剂（“头部”）对颜料具有亲和力并朝向颜料表面取向，而另一部分分散剂（“尾部”）则被吸引到连续相上。由于这些结构元素随颜料的性质而变化，并且构成涂料系统分散剂的聚合物/溶剂通常被优化用于特定应用。

       Lankem 提供一系列生物基分散剂，开发用于水性涂料中的不同颜料类型。BioLoop 颜料分散剂产品包括针对无机颜料和二氧化钛的产品，一种专门配制用于分散有机颜料和一种特殊的分散剂，用于难以分散且易于絮凝的颜料。

润湿剂

       表面润湿性是涂料普遍重要的特性。涂层主要通过物理相互作用和弱化学力（如氢键或范德华力）粘附在基材上。适当的表面润湿是最大化实现粘附的相互作用的第一步。有几家公司提供由生物基原材料制成的润湿剂。

中和剂

       中和剂在水性涂料的稳定性、表面润湿和成膜性能方面起着重要作用。它们也可能是配方中挥发性有机化合物 (VOC) 的来源。通常使用中和剂的组合来平衡特性并优化用于特定目的的配方。

       科莱恩提供一种独特的植物基中和剂，由葡萄糖制成，称为 Genamin Gluco 50。该材料具有 75% 的可再生成分、高度的生物降解性、零 VOC 含量以及对人类或环境危害警告的要求，非常适合用于生态标签涂料。Genamin Gluco 50 可增强涂料的储存稳定性，改善颜色接受度并赋予配方抗闪锈性。

流变改性剂

       流变改性剂是水性涂料中最重要的一类添加剂。胶乳聚合物的分子量通常非常高，但缺乏长链缠结，这使溶剂型涂料的粘度曲线提供了预期的应用性能，如剪切稀化和抗流挂性。水性涂料不具有这些固有粘度特性，因此使用流变改性剂将它们赋予配方。

       最近，一些原材料供应商提供了基于纳米纤维素的流变改性剂。几种材料属于纳米纤维素的定义，包括纤维素纳米纤维、微纤化纤维素、纤维素纳米晶体和细菌纤维素。纳米纤维素材料是木材加工（主要是造纸）的副产品，不使用用于人类或家畜食物来源的植物。

       作为流变改性剂，纳米纤维素衍生物在低剪切速率下赋予水性涂料高粘度。这可以防止高密度颜料（如二氧化钛和陶瓷珠）的沉降。在涂漆过程中应用中到高剪切速率后，纳米纤维素结构会暂时分解，粘度迅速下降。这允许喷枪或油漆中的雾化从滚筒流到墙壁。当不再施加剪切力时，纳米纤维素结构恢复并且粘度增加。高粘度可防止涂层流动或流挂。

消泡剂

       消泡剂是水性涂料的重要组成部分。由于配方中的成分多种多样，水性涂料往往会形成泡沫。不幸的是，表面活性剂等添加剂可以稳定涂料中的泡沫。这可能导致必须使用一种添加剂来纠正由另一种添加剂部分引起的缺陷的情况。

       Alfa Chemicals 提供基于可再生植物原料的 Foamstop VF 35 N。这种消泡剂适用于低 VOC 有色油漆和高光泽乳液基清漆。

       意大利制造商 Siliconi Commerciale SpA 提供用于水性涂料的 WS 941 生物基消泡剂。该产品以天然油为基础，适用于建筑涂料和水性粘合剂。

       添加剂通常是水性涂料配方的“秘方”，可以满足客户的期望。它们增强了涂料的储存稳定性、颜色接受性、表面润湿性和应用性能。几乎所有水性涂料配方都使用添加剂，而植物性添加剂的选择只会继续增加。