用于环保认证涂料的新型糖基中和剂

作者：Silvia Ziebold 和Jörg Rüger，科莱恩

中和剂只在水性涂料中少量使用，然而，它们却可以产生显著的影响。它们不仅调节pH值，还可通过减少涂料成分之间的相互作用，对涂料的贮存稳定性做出积极贡献。如果中和剂再符合健康和环境相关方面的要求，例如无VOC和可不添加危险标签，那么它们对环保涂料将特别具有吸引力。

据估计，在人的一生中有90%的时间是在室内度过的。随着人们对生活在更健康的室内环境中的渴望，他们越来越需要不含空气污染物、有害物质和过敏原的水性涂料。对于消费者来说，很难对涂料中各种关键物质进行跟踪了解，因此他们在购买时主要依赖于生态标签。

在现有的原材料和助剂的基础上，研制出性能优越、使用方便、符合严格的生态标签标准的高质量涂料并非易事。因此，配方者在选择涂料成分时不仅要考虑功能，还要考虑环境因素。助剂应该是多功能的和普遍适用的，以减少配方的复杂性、原材料处理和物流成本。此外，它们也需要遵守法律法规、安全性和环境等相关方面的要求。

本文介绍了一种新型的糖基胺（葡糖胺）Genamin®Gluco 50产品，它是专为生态友好型水性涂料开发的多功能助剂。在本文中，通过与市场上常见的中和剂进行比较，详细讨论了该中和剂的应用和性能表现。

标准中和剂 VS 多功能中和剂

中和剂一般分为标准中和剂和多功能中和剂。标准中和剂仅用于将pH值调节到8-10之间，从而提供一个稳定的涂料体系，让不同配方成分如增稠剂、粘合剂、填料和杀菌剂等之间几乎不产生相互作用。

多功能中和剂还具有涂料配方中其他添加剂通常所具有的其他性能。例如，它们可以作为颜料浆的润湿剂或增容剂，也可以显著提高涂料的贮存稳定性。因此，他们使涂料具有更好的质量和性能。

减少配方中涂料成分的数量对制造商来说有巨大的优势，因为这意味着更简单的配方、更少的原材料处理和更低的物流成本。

涂料行业有各种中和剂。市场上最常见的中和剂是苛性钠（NaOH）、氨水或多功能助剂氨基乙基丙醇（2-氨基-2-甲基-1-丙醇）等标准产品。科莱恩公司开发了一种糖基特种胺的新产品。为了对这些中和剂进行全面评估，除了性能特点外，还考虑了环境、健康和安全方面的问题。

中和剂的可持续性如何?

在涂料选择合适的成分上，环境、健康和安全等因素起着越来越重要的作用。要全面评估一个产品的可持续性，需要考虑很多方面。

为了满足这些越来越重要的因素，科莱恩在几年前便开发了EcoTain®的标签。EcoTain是一种在产品层面上的可持续性概念，有助于评估产品对人、地球和性能三个维度的影响。在此，我们根据36个可持续性标准，涵盖整个产品生命周期，并以市场标准为基准对产品进行了筛选。表1列出了重要的可持续性方面的选项。

由于有害物质标签和VOC/SVOC的含量，许多常用中和剂在现代环保配方中的使用存在一定的局限性。

标签或VOCs等方面在选择时起着重要的作用，尤其参考了德国蓝天使、欧盟生态花、北欧天鹅、法国Décret seal 等生态标签。

对于涂料配方师来说，开发出符合严格生态标签标准的高质量涂料并非易事。例如，德国蓝天使的VOC/SVOC的限制就是一个真正的挑战。即使使用低VOC/SVOC成分，配方也可能已超过室内涂料1克/升或油漆2 wt.%的限制。

在评价中和剂对环保标签的适用性时，葡糖胺作为一种多功能中和剂脱颖而出，因为它是唯一一种可以符合经德国蓝天使、欧盟生态花、北欧天鹅、法国Décret seal 等生态标签认证的涂料中无限制使用的中和剂。虽然可再生物质的含量还未成为环保标签的标准，但葡糖胺的另一个优点是它含有高达75%的葡萄糖，因此非常符合可再生原材料的趋势。

另一方面，氨甲基丙醇多功能中和剂在蓝天使标签标准下，使用于油漆须<1%，内墙涂料须<0.07%。北欧天鹅标签的使用浓度在光泽漆中被限制在4.5%和哑光漆为1.1%。欧盟的生态花标签更加严格，A、B、C类的用量都须低于0.5%。

标准中和剂的情况各不相同。在有蓝天使标签的内墙涂料中，氨是不能使用的，或者油漆中氨的含量不能超过1%。欧盟生态花标签根据涂料种类的不同，其最大用量在0.5%-1%之间。另一方面，苛性钠可以无限制地用于欧盟生态花，但它在其他标签中也各有差别，在蓝色天使标签的漆中，它的浓度被限制在<1%，北欧天鹅中被限制在<2%。

中和剂的测试

除了环境、健康和安全等方面，试验还对产品的性能进行了评估。我们将中和剂分别加入配方中，制备成标准丙烯酸光漆和半光漆，低PVC、高PVC内外墙涂料与颜料制剂。

在本文图中，主要展示了低PVC丙烯酸漆的效果，在这里，各种中和剂的影响最为明显，可呈现出理想的视觉差别。我们就中和剂对液态涂料和干漆膜的影响，都进行了研究。

贮存稳定性

图1显示了用所有中和剂配制稳定涂料的可能性。当在50°C条件下存储28天，这相当于在中欧气候的室温下两年的保质期，所有的涂料都未显示出协同作用或产生更明显的沉淀。同样，pH值保持稳定。流变方面，则有明显的差异，尤其在半光泽涂料体系。油漆制备结束后，不同中和剂之间的粘度几乎保持一致。然而，经过28天的热储存后，含葡糖胺的油漆粘度相较其他中和剂略有增加。

除了在室温和高温下储存外，霜冻也是影响油漆的另一个因素，在最坏的情况下，霜冻会使油漆无法使用。

首先评估冻融稳定性，油漆是在-18°C条件下冷冻12小时，然后在室温下解冻12小时。之后，再评估这些油漆在技术上是否仍然完美无瑕。

图2显示，葡糖胺和氨甲基丙醇都经受住了5次循环的最大次数，并对涂料起到了额外的稳定作用。而采用标准中和剂NaOH和氨水的油漆在三次循环后开始出现不稳定。

干膜与硬干涂层

除了影响液体涂料的稳定性外，中和剂成分还影响干膜，从而影响涂料的装饰和保护功能。

众所周知，含挥发性有机化合物的涂料成分会从涂层中迁移，从而影响涂层的干燥性能。我们根据DIN EN ISO 1522用König摆杆硬度法对干膜进行了测试，以评估漆膜的干燥性能和硬度。

图3为摆撞硬度试验结果，以秒为单位，经过1-4周的不同干燥时间后，实际情况与涂层的干燥和完全干燥相对应。

对含VOC的氨甲基丙醇和无VOC/SVOC的葡糖胺这两种多功能中和剂进行了比较，结果表明，该产品对漆膜干燥速率、最终干膜硬度和自身膜硬度均无显著影响。因此，用不迁移的葡糖胺中和剂代替配方中的氨甲基丙醇对干燥过程不会产生负面影响。

闪锈

在金属基材的干燥性能方面，中和剂对油漆的锈蚀和变色的产生也具有不同的影响。

在一个金属板（S-46 Q-Panel类型）上涂到120 -μm的湿膜厚度，然后立即存储在50%相对湿度，23°C的条件下，干燥24小时。如图4和图5所示，锈膜呈现棕色锈斑，整个漆膜出现变色。

葡糖胺在漆膜中引发锈蚀和变色的趋势最低。

调色系统中色调的变化

涂料目前不仅有白色或无色涂料，而且在建筑和专业市场上被制成各种颜色，因此我们也评测了中和剂对着色的影响。

在评测过程中，以蓝色、绿色、红色和黑色的丙烯酸光泽涂料为标准，并与其他涂料进行比较。图6显示，传统中和剂和葡糖胺多功能中和剂在L轴和+b轴上的色差与所有颜料浆的色差相当，因此这些产品在混合体系中是可互换的。（注：色差0.1-0.2不属于显著偏差，仍在测量公差范围内。）

颜料的兼容性

之前介绍过多功能中和剂也可作为润湿剂或增容剂，例如，在对高PVC乳胶漆进行色漆制备时。

在测试中，将标准低VOC乳胶漆与各种中和剂调至8.5的pH值，然后用水性氧化铁色浆（各3%）进行着色。搅拌均匀后，搁置24小时；然后在200μm的膜厚上进行刮擦测试。

如图7所示，葡糖胺使水性涂料体系的着色强度增加了50%以上。

总结

中和剂只在水性涂料中少量使用，然而，它们却可以产生显著的影响。它们不仅调节pH值，还可通过减少涂料成分之间的相互作用，对涂料的贮存稳定性做出积极贡献。在涂料领域存在多种中和剂。

科莱恩公司生产的葡糖胺是市场上的最新产品。它由多达75%的可再生原材料组成，不需贴危险标签，且不含VOC/SVOC，因此特别适用于经环保标签认证的涂料。从性能上看，葡糖胺作为一种多功能助剂，它提高了贮存和冻融稳定性，减少了闪锈变色，增强了与颜料的相容性。在低PVC丙烯酸涂料、高PVC内外墙乳胶漆、颜料浆制备等体系中均可达到上述性能。由于这种多功能性，糖基胺（葡糖胺）Genamin®Gluco 50有助于减少涂料配方中的成分数量，从而有助于节省工艺和物流成本。

这篇文章也发表在2017年03期《欧洲涂料杂志》上；Farbe und Lack, 2017年第03期；PPCJ, 2017年9月。