pH調(diào)節(jié)劑的使用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1 pH值對乳液和涂料的作用
調(diào)節(jié)乳液和涂料pH值的助劑稱為pH調(diào)節(jié)劑。它是一個(gè)小助劑,人們對它不是那么重視。其主要功能是調(diào)節(jié)控制乳液和涂料的pH值。
乳膠漆的主要成分是乳液。乳液在聚合時(shí),為了獲得較好的附著力,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。聚合結(jié)束后,加pH調(diào)節(jié)劑,把酸中和成鹽,提高黏度,并在偏堿的條件下能保持長期穩(wěn)定。涂料的pH值對其貯存穩(wěn)定性、抗腐敗、防腐蝕、黏度及涂膜的性能均有一定的影響。
涂料制造過程中使用堿溶脹類增稠劑。這類聚合物一般帶有較多數(shù)量羧基,進(jìn)入水相遇堿中和,生成聚合物鹽類,顯示出黏度。配方中有纖維素增稠的涂料在微堿的條件下纖維素比較容易溶解。
2 常用pH調(diào)節(jié)劑
常用pH調(diào)節(jié)劑有鏈烷醇胺(alkanolamines)和氨水等,其性能如表1所示。它們各有特點(diǎn)。Advantex和Vantex T的結(jié)構(gòu)式和化學(xué)文摘號(hào)(CAS No.)是推測的。
除氨水和二甲基胺外,它們的沸點(diǎn)在150°C以上。蒸氣壓越低,沸點(diǎn)越高,揮發(fā)一般就越慢,氣味也越低,同時(shí)涂膜抗粘連性會(huì)變差。PKa是酸度系數(shù)。較高的PKa 值表示較有效的pH調(diào)節(jié),或較高pH使用值。較高的PKa值,較低的分子量,表示pH調(diào)節(jié)劑用量較低。再考慮pH調(diào)節(jié)劑價(jià)格,就能大致確定pH調(diào)節(jié)劑的使用成本。
2.1 鏈烷醇胺
在涂料中,鏈烷醇胺具有調(diào)節(jié)和穩(wěn)定pH值、促進(jìn)顏料、填料分散、提高樹脂溶解性等作用。它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是分子中都具有氨基和羥基,存在孤對電子,能從水中接受質(zhì)子,呈堿性,屬中強(qiáng)堿。同時(shí)存在氫鍵,能溶于水。它們是使用廣的pH調(diào)節(jié)劑。其代表性產(chǎn)品是AMP-95,學(xué)名是2-氨基-2-甲基-1-丙醇,結(jié)構(gòu)如圖1所示。
AMP-95和AMP-90的區(qū)別僅在濃度不同。AMP-95有機(jī)胺含量約為95%,而AMP-90有機(jī)胺含量為90%左右。我國一般用AMP-95,而歐洲通常用AMP-90。AMP-95和AMP-90的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)后乳膠漆pH值穩(wěn)定。由于隨后的揮發(fā),對涂膜耐水性也沒有影響,耐洗刷性也能得到提高。它還兼有分散作用,能提高有光乳膠漆的光澤,是一種多功能助劑。缺點(diǎn)是有一定氣味,要注意與防腐劑的相容性。AMP-95的性能如表2所示。
Arkema公司的Alpamine N41、Taminco公司的Advantex(愛旺德)pH調(diào)節(jié)劑,是丁基胺;華夏的HX-6130水性多功能助劑,是低分子有機(jī)胺化合物,沸點(diǎn)162 ℃,閃點(diǎn)82 ℃,折光系數(shù)1.45。它們雖有差別,但與AMP-95基本屬于同類產(chǎn)品。
MMAE(N-甲基胺),為無色透明液體,屬于中強(qiáng)堿,有表面活性劑的功能。由于較高蒸氣壓和較低的沸點(diǎn),所以揮發(fā)比AMP-95快。其PKa值略高于AMP-95,因此pH調(diào)節(jié)性略高于AMP-95。
DMEA (二甲基胺),由于較高蒸氣壓和較低的沸點(diǎn),所以揮發(fā)比AMP-95和N-甲基胺都快。其PKa值低于AMP-95,因此pH調(diào)節(jié)性不如AMP-95,如海名斯-德謙公司產(chǎn)品。
單胺,是中強(qiáng)堿,有氨味,有極強(qiáng)的吸濕性,有乳化和分散作用,也有起泡作用。對眼睛和皮膚有嚴(yán)重的刺激和灼燒性。
二胺,堿性比胺弱,沸點(diǎn)268 ℃,高于VOC標(biāo)準(zhǔn)250 ℃,有氨味,揮發(fā)慢,有吸濕性,表面活性劑作用。對眼睛和皮膚有嚴(yán)重的刺激性。
三胺,堿性比二胺弱,由于低蒸氣壓和高沸點(diǎn)(335 ℃),所以很低氨味,揮發(fā)很慢。對眼睛和皮膚有刺激性。