新型乳胶漆添加剂提高疏水性和亲水性污渍的可洗性

标签:建筑涂料工业涂料

本文由Stepan公司赞助。

对于建筑内部涂料，业主经常需要洗掉意外泄漏、儿童艺术品或频繁使用的区域造成的污渍，以保持墙壁的清洁，或者在重新油漆之前。不幸的是，获得环保和监管批准的新型低voc乳胶漆耐污性较差，不易清洗。

然而，有各种各样的方法来提高现代涂料系统的耐洗性。一个简单的方法就是在涂料配方中使用添加剂不仅如此提供更好的可洗性但也防止常见污渍的强烈附着年代。

本文介绍两种来自Stepan公司(STEPCOTE®w - 700而且STEPCOTE®w - 714):

• 提高各种类型污渍的可洗性
• 提高抗泡沫、防腐等性能。

乳胶配方中推荐的使用水平仅为固体重量的0.4%，添加剂可以在涂料生产的减量阶段加入，也可以在后添加到最终配方中。本文对乳胶漆配方中添加剂的性能进行了比较，探讨了提高乳胶漆配方耐洗性的现有方法。

让我们来探索一下STEPCOTE®添加剂如何提高乳胶漆配方中各种类型污渍的耐洗性。

提高可洗性和耐污性的驱动因素

监管压力的增加以及公众对环境和健康问题的认识，导致了水性、低voc油漆和涂料的发展，它们构成了当今市场上许多家用涂料。这些严格的法规和政策预计将推动全球低voc涂料市场的持续增长。

不幸的是，低voc涂料市场的环境效益伴随着一些缺点。典型的低挥发性有机化合物乳胶漆形成柔软，粘糊糊的涂层，显示:

• 由于使用的聚合物类型，耐污性和耐洗性较差，
• 挥发性聚结物的消除
• 需要降低最低成膜温度．

在需要高负荷低voc或无voc着色剂的深色涂料配方中，情况更加复杂。这些着色剂通常含有软成分，使得硬膜更难形成。另一个复杂的问题是消费者对半光泽或哑光(平面)漆面的渴望。这些油漆表面比较粗糙，容易粘住污垢，很难清洗。积极的清洁也可以去除一些油漆面漆。

耐污或耐洗涂料的主要特点是可以轻松擦拭涂料表面的标记和物质。这就是为什么今天的房主选择防污渍涂料的原因。耐污渍涂料的理想选择家中或企业的高人流量区域例如厨房、入口、走廊、浴室和店面。与传统的涂料配方相比，它们可以使墙壁看起来干净无污渍，并通过防止频繁重新油漆来降低维护成本。

到2027年，全球抗污涂料市场预计将扩大到45亿美元，从2020年到2027年的复合年增长率为5.4%。该市场的水基部分预计将以5.8%的复合年增长率增长。这一领域目前占全球整体抗污涂料市场的36%。^[1]

污渍的类型及其问题的潜在解决方案

常见的能使油漆墙面染色的物质，一般分为亲水和疏水两类。解决染色问题的方法必须同时中和这两种类型的污渍。

• 亲水的污渍一般都是水溶性污渍。它们包括常见的家庭污渍:酱汁、茶、咖啡、红酒、彩色马克笔等。亲水性污渍的可洗性取决于薄膜的耐水性。


• 疏水性污渍一般是油性的，不溶于水的污渍。它们主要来自油性的手或门框和电灯开关周围常见的指纹。其他疏水性污渍包括油腻的食物、蜡笔和铅笔或化妆品。

要使涂料易于清洗，最重要的因素是减少污渍深入漆膜。涂料配方师可以通过几种方法设计涂料来实现这一目标——通常是通过改变粘合剂类型、颜料体积含量(PVC比)和添加剂包装。如果确定了粘合剂类型和PVC等级，则染色可洗性在很大程度上取决于添加剂。

配方添加剂等表面活性剂或润湿剂，也可以在提供抗污性方面发挥重要作用。优化的添加剂包装可以为涂料配方机提供具有成本效益的解决方案。市场上有许多抗污渍添加剂。这些包括含氟表面活性剂，EO/PO共聚润湿剂等．

很难找到一种对这两种污渍都有效的抗污渍添加剂。例如，含氟表面活性剂虽然对油性污渍有效，但对水溶性污渍没有积极影响。

使用疏水添加剂，如硅油或蜡，可以提高亲水性染料的可洗性。然而，这种方法也可能导致耐油性差以及表面缺陷，比如针孔、陨石坑和鱼眼。此外，某些表面活性剂，如含氟表面活性剂和烷基酚聚氧乙烯酯(APEO)的使用可能受到现有和潜在环境法规的限制。

STEPCOTE®添加剂及其工作原理?

斯捷潘的STEPCOTE®w - 700而且STEPCOTE®w - 714是用于水性涂料配方的有效非离子润湿剂。除了作为润湿剂外，这些添加剂还可以提高可洗性，减少泡沫形成和闪锈。其他基本涂料性能，如光泽，耐擦洗性和干附着力不受影响。

这些STEPCOTE®添加剂提高可洗性的好处主要是由于它们的能力在油漆表面形成紧密的单层膜．一旦涂料被应用到基材上，表面活性成分，如乳化剂、消泡剂、润湿剂和其他添加剂迅速迁移到界面。这些添加剂的组成会影响表面单层的形成。

对于只含有乳化剂而不含添加剂的基础漆，乳化剂将是唯一可以位于界面处的表面活性成分，如图1(上)所示。然而，当涂料含有这些STEPCOTE®添加剂中的一种时，乳化剂和添加剂都可以相互作用。混合有很多更低的临界胶束浓度(CMC)和更小的表面积与纯乳化剂相比。


假设乳化剂和添加剂向界面移动的速度相似，那么与纯乳化剂相比，两种分子都将位于界面，从而导致更紧密的堆积。这紧密的包装是由于小得多的表面积如表1所示。紧密的分子表面堆积如图1(下)所示。

代理	CMC, mg / L	最小表面张力，mN/m	面积/分子(A2）
阴离子乳化剂	353	36.1	108.6
STEPCOTE®w - 714	3.8	32	25.9
STEPCOTE®W-714/乳化剂的混合比例为1.6/1	3.2	28	49.5

表1:添加剂和乳化剂的物理性质
要想容易地从油漆表面洗去污渍，必须防止污渍深入到漆膜中。一个更紧密的表面膜可以起到关键作用这样做。除了紧密的表面膜，STEPCOTE®W-700和STEPCOTE®W-714还可以与酸性污渍相互作用^[２]比如咖啡和葡萄汁，可以让污渍分子留在表面。

STEPCOTE®添加剂的最终性能

Stepan发现其两种特殊添加剂，STEPCOTE®W-700和STEPCOTE®W-714，可以提高油漆系统对各种污渍的可洗性，包括亲水和疏水类型。下面描述了验证这一结论的研究。

表2给出了本研究中用于比较耐洗性的涂料配方。它是一种含29.8% PVC的半光泽涂料。表3中所选的添加剂以4磅/100加仑的剂量水平后添加到涂料中，用于可洗性研究。

组件	函数	Wt %。
钛白粉TR 93	TiO2色素	23.4
TAMOL™165	分散剂	1．2
Kathon™lx 1.5%	抗微生物剂	0．1
byk - 024	消泡器	0．1
丙烯酸乳胶(~45%作用)	粘结剂	47.7
ROPAQUE™超	不透明聚合物	4.2
Texanol	合并	0.7
氢氧化铵(28%)	中和	0.3
RM 8 w	流变学修饰符	0.2
RM 2020年美国国家公共电台		3.4
水	航空公司	18.6

表2:本研究中使用的涂料配方

添加剂	函数
没有添加剂	消极的控制
Fluorosurfactant	积极的控制
EO / PO共聚物	常用润湿剂
STEPCOTE®w - 700	特种添加剂
STEPCOTE®w - 714	特种添加剂

表3:油漆添加剂的选择

#1 -研究比较含有不同添加剂的涂料的表面能

在进行洗涤试验之前，对干燥的漆膜进行了表面能性能测试。不同添加剂的涂料表面能如图2所示。

• 不添加添加剂的基础漆表现出显著的分散性表面能，表明其疏水性更强。
• 含氟表面活性剂的涂料具有明显的极性表面能，表明其亲水性较强，对油污的亲水性较差^[3]．
• 常用的非离子润湿剂(EO/PO共聚物)没有改变基漆的表面能，而STEPCOTE®W-700和STEPCOTE®W-714对基漆的表面能有明显的改变，使表面能在亲水性和疏水性之间达到平衡。

#2 -研究比较不同类型污渍的耐洗性

选择了7种不同类型的污渍来研究配方涂料的可洗性:

• 标准黑色油渍(Leneta ST-1)
• 铅笔(订书钉)，
• 蓝笔(纸伴)，
• 紫色蜡笔，
• 葡萄汁(韦尔奇，100%天然)，
• 咖啡(Keurig Classic 4盎司杯)，
• 黄芥末(亨氏，100%天然)。

使用7mil陶氏刀片垂直于Leneta P121-10N磨砂图的长度进行油漆样品的喷涂。然后让薄膜在水平位置干燥7天，然后将染色应用到油漆上。含有添加剂的油漆和不含添加剂的油漆(对照)并排涂在同一面板上，以确保洗涤研究的相同测试条件。

对于标准黑色油渍(Leneta ST-1)，可洗性测试是根据ASTM D3450进行的。在干燥的漆膜上涂上三密尔的土壤剂，在清洗之前将污渍放置两小时。测量反射率，计算保留初始反射率的百分比(100%反射率=无染色)。

对于其他污渍，洗涤试验是根据ASTM D4828进行的。在干燥的漆膜上涂上各种污渍，并在洗涤测试前放置两小时。去斑评分在1-10之间，其中10代表完全去斑。

当使用ASTM D3450试验方法在洗涤试验中测试上述漆膜的去污性时，通过反射率变化来测量Leneta ST-1油渍的去污性。使用不添加添加剂的涂料作为对照，比较结果如图3所示。反射率变化为正数与对照组比较，表明清洁效果较好。这些差异也可以直观地观察到。STEPCOTE®W-700和STEPCOTE®W-714添加剂在去除污渍方面表现出明显的好处。


除了ST-1黑色染色外，还使用ASTM D4828方法测试了其他六种类型的染色。图4给出了其中四种污渍的结果。与对照组(无添加剂)或含氟表面活性剂相比，发现含有这些STEPCOTE®添加剂的涂料显示更好的可洗性，铅笔印，蜡笔印，葡萄汁，和咖啡渍．然而，很容易擦掉的黄色芥末渍和很难擦掉的蓝色笔痕没有明显区别。氟添加剂对铅笔、蜡笔等疏水性污渍的处理效果较差，对亲水性污渍的处理效果不明显。STEPCOTE®W-700和STEPCOTE®W-714的性能优于含氟表面活性剂。

#3 -改善了STEPCOTE®添加剂与乳化剂的泡沫控制

STEPCOTE®W-700和STEPCOTE®W-714为非离子型。它们具有低泡沫倾向，在某些情况下甚至可以作为消泡剂。的发泡用机械振动筛试验测定了添加剂和纯乳剂的趋势。在这个测试中，将100毫升含有0.4%添加剂的自来水溶液加入到500毫升的圆筒中。将圆筒安装在激振器上，翻转10次。然后立即测量泡沫体积。每个产品都完成了两次测试，得到的平均值如图5所示。

#4 -提高含有不同添加剂的涂料的耐腐蚀性

STEPCOTE®W-700和STEPCOTE®W-714也提供防腐的好处因为它们的化学结构^[4]．含有这些添加剂的涂料涂在金属基材上时，可以减少闪锈。结果如图6所示。

#5 - STEPCOTE®添加剂保持其他性能

除了上述优点外，STEPCOTE®添加剂还保持了其他基本涂料性能，如光泽，耐擦洗、干粘接。图7显示了将含有STEPCOTE®添加剂的涂料与不含添加剂的基础涂料以及含有氟表面活性剂的涂料进行比较时所得到的性能。

STEPCOTE®添加剂的典型特性

属性	STEPCOTE®w - 700	STEPCOTE®w - 714
化学的描述	乙氧基脂胺	烷基胺乙氧基化物
民安队登记号码	61791-26-2	61791-14-8
在25°C时外观	透明液体	透明液体
活性物,%	One hundred.	> 99.5
38°C时的密度，g/ml (lbs/gal)	0.89 (7.4)	0.90 (7.5)
25°C时粘度，cps	-	117
pH值(5%，1:1 IPA/H2O)	9.8	10.8
闪点，SETA，°C(°F)	> 94 (> 201)	> 94 (> 201)
倾点，°C(°F)	21 (70)	2 (36)
HLB计算	5	6
Rvoc, us epa， %	0	0
水溶度	-	分散

这些添加剂可以在生产下放阶段加入，也可以在后添加到最终地层中。根据活性含量，典型的使用水平是每100加仑2-6磅；然而，最佳剂量应通过进行阶梯研究来确定。这两种添加剂都是低于其倾点的粘性液体，可能会变稠或凝固。这些润湿剂可以通过鼓式加热器加热或在蒸汽室中以低于54°C的温度进行流态化。

结论

STEPCOTE®w - 700而且STEPCOTE®w - 714乳胶漆配方中的添加剂改善各种类型污渍的可洗性．该添加剂对亲水性和疏水性的污渍均有效，表现出优于含氟表面活性剂和EO/PO共聚物添加剂的洗涤性能。这些STEPCOTE®添加剂也减少起泡和基材腐蚀，而不会损害良好的整体涂料性能，如光泽，耐湿擦洗性和干附着力。


详见stepan公司其他添加剂:



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