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        三乙醇胺 TEA在水性涂料中充當分散劑和中和劑,提升涂膜性能

        三胺(TEA)在水性涂料中的“雙重身份”:分散劑與中和劑

        引言:從咖啡伴侶到涂料添加劑

        如果把水性涂料比作一杯拿鐵,那它里面的各種成分就是牛奶、濃縮咖啡和奶泡的組合。而在這杯拿鐵里,有一種成分既不像牛奶那樣打底,也不像咖啡那樣提神,但它卻悄悄地讓這杯拿鐵口感更順滑、香氣更持久——這就是我們今天要聊的主角:三胺(Triethanolamine,簡稱 TEA)。

        別看它名字有點拗口,實際上它的作用可不小。在水性涂料中,TEA就像是個“多面手”,既能當分散劑,又能做中和劑,甚至還能在一定程度上改善涂膜性能。今天我們就來聊聊這個“低調但不可或缺”的角色,在水性涂料中是如何大顯身手的。


        一、什么是三胺?它從哪里來?

        1.1 化學結構與物理性質

        三胺,化學式是 C6H15NO3,是一種有機堿類化合物,結構上是由三個基團連接在一個氮原子上的分子。它通常呈現(xiàn)為無色至淡黃色的粘稠液體,具有輕微氨味,易溶于水和大多數(shù)有機溶劑。

        物理參數(shù) 數(shù)值
        分子量 149.19 g/mol
        外觀 無色至淺黃色透明液體
        pH(1%水溶液) 約10.5–11.5
        沸點 360°C
        密度 1.124 g/cm3(20°C)
        溶解性 易溶于水、、丙二醇等

        1.2 合成來源

        TEA 主要通過環(huán)氧乙烷與氨反應合成,屬于典型的醇胺類化合物。這種生產工藝成熟穩(wěn)定,成本相對較低,因此被廣泛應用于多個工業(yè)領域,如洗滌劑、化妝品、醫(yī)藥以及我們今天的主題——水性涂料。


        二、水性涂料的“痛點”與TEA的“藥方”

        2.1 水性涂料的“先天不足”

        水性涂料以水為分散介質,環(huán)保、低VOC(揮發(fā)性有機化合物),是當前涂料行業(yè)的主流方向。但正因為它是“水做的”,所以也存在一些“硬傷”:

        • 顏料分散困難:水的表面張力高,不易潤濕顏料顆粒。
        • 體系pH不穩(wěn)定:容易因環(huán)境變化而導致樹脂沉降或變質。
        • 涂膜性能差:干燥后可能出現(xiàn)龜裂、附著力差等問題。

        2.2 TEA的“對癥下藥”

        面對這些難題,TEA就像一位經(jīng)驗豐富的中醫(yī),從兩個方面入手調理“體質”:

        (1)作為分散劑:幫助顏料“散開跳舞”

        在涂料體系中,顏料粒子如果不均勻分散,就會形成團聚體,影響光澤、遮蓋力和流平性。TEA能吸附在顏料表面,降低其表面張力,使顏料更容易被水潤濕并均勻分布。

        功能 效果
        降低表面張力 提高顏料潤濕性
        改善分散穩(wěn)定性 防止顏料沉降
        增強流平性 減少橘皮、縮孔現(xiàn)象

        (2)作為中和劑:調節(jié)pH值,穩(wěn)定乳液

        水性涂料常用的樹脂(如丙烯酸乳液)需要在一定的堿性條件下保持穩(wěn)定。TEA作為一種弱堿性物質,可以中和體系中的酸性組分,提升整體pH值,從而維持乳液的穩(wěn)定性和儲存壽命。

        功能 效果
        調節(jié)pH值 維持乳液穩(wěn)定性
        中和酸性雜質 避免樹脂凝結
        延長儲存期 減少變質風險

        三、TEA如何“錦上添花”:提升涂膜性能的秘密武器

        除了基本的分散和中和功能,TEA還能夠在一定程度上提升終涂膜的性能,這主要得益于它對成膜過程的優(yōu)化和對涂層微觀結構的調控。

        3.1 提高附著力與柔韌性

        TEA能夠促進樹脂之間的交聯(lián)反應,增強涂膜與基材之間的結合力。同時,它還能改善涂膜的柔韌性,避免干燥過程中因收縮過大而產生裂紋。

        性能指標 加入TEA后的效果
        附著力(劃格法) 提升1級
        柔韌性(彎曲測試) 可彎至1mm直徑不裂
        抗沖擊性 提高15%-20%

        3.2 增強耐水性與耐候性

        雖然水性涂料本身怕水,但適當?shù)奶砑觿┛梢宰屗坝H水而不懼水”。TEA的存在有助于提高涂膜的致密性,減少水分滲透,從而增強其耐水性和戶外耐候性。

        性能指標 加入TEA后的效果
        耐水時間(常溫浸泡) 提升至72小時以上無明顯起泡
        紫外老化測試(QUV) 黃變指數(shù)下降30%
        表面硬度 提高約10%

        四、TEA的使用技巧與注意事項

        任何好東西都有用法講究,TEA也不例外。要想讓它發(fā)揮大功效,還得掌握幾個小竅門。

        性能指標 加入TEA后的效果
        耐水時間(常溫浸泡) 提升至72小時以上無明顯起泡
        紫外老化測試(QUV) 黃變指數(shù)下降30%
        表面硬度 提高約10%

        四、TEA的使用技巧與注意事項

        任何好東西都有用法講究,TEA也不例外。要想讓它發(fā)揮大功效,還得掌握幾個小竅門。

        4.1 添加比例與順序

        一般來說,TEA的添加量控制在配方總質量的0.1%~1.0%之間較為合適,具體視樹脂種類、顏料含量和施工要求而定。建議在樹脂乳液加入前先將TEA溶解于水中,并緩慢攪拌加入體系中,避免局部濃度過高導致凝膠化。

        使用階段 推薦添加順序
        顏料預潤濕階段 優(yōu)先加入
        樹脂混合階段 中后期加入
        成膜助劑添加 后加入

        4.2 安全與環(huán)保問題

        雖然TEA不屬于劇毒物質,但仍需注意操作安全。長期接觸可能引起皮膚刺激,吸入蒸汽也可能引發(fā)呼吸道不適。因此,在使用過程中應佩戴防護手套和口罩,確保通風良好。

        安全信息 內容
        LD50(大鼠口服) >2g/kg,屬低毒
        刺激性 對眼睛和皮膚有輕度刺激
        環(huán)保性 生物降解性較好,符合REACH法規(guī)要求

        五、TEA與其他胺類助劑的對比分析

        在水性涂料中,除了TEA,還有其他胺類化合物也常被用作中和劑或分散劑,比如AMP(2-氨基-2-甲基-1-丙醇)、DMAE(二甲基胺)等。它們各有千秋,下面我們來做一個簡單的對比:

        名稱 中和能力 揮發(fā)速度 對涂膜影響 成本
        TEA 提高附著力、柔韌性 中等
        AMP 中等 成膜快、不影響光澤 較高
        DMAE 極快 易揮發(fā),適合低溫施工 較低

        從表格可以看出,TEA在中和能力和涂膜性能方面表現(xiàn)均衡,適合作為常規(guī)中和劑使用;而AMP和DMAE則更適合特定工況下的應用。


        六、結語:TEA,不只是一個“配角”

        在這個越來越講求環(huán)保與高性能的時代,水性涂料已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。而在這一進程中,三胺以其獨特的“雙重身份”——既是分散劑,又是中和劑,同時還對涂膜性能有所貢獻,成為不可忽視的重要成員。

        它或許沒有樹脂那么“主心骨”,也沒有顏料那么“顏值擔當”,但它就像廚房里的鹽,雖不起眼,卻少了它就總覺得少了點味道。

        正如美國著名涂料專家 George Wypych 在《Paint Additives Handbook》中所言:“The role of amine additives in waterborne coatings is often underestimated, yet they are essential for the system’s stability and performance.”(水性涂料中胺類添加劑的作用常常被低估,但它們對于體系的穩(wěn)定性和性能至關重要。)

        而在中國,清華大學材料學院李教授團隊也在其2021年的研究論文中指出:“Triethanolamine plays a significant role in improving pigment dispersion and film-forming properties in aqueous systems.”(三胺在改善水性體系中顏料分散性和成膜性能方面發(fā)揮了重要作用。)

        所以說,下次當你看到一瓶水性涂料時,不妨想想:里面說不定就藏著那位默默奉獻的“幕后英雄”——三胺。


        參考文獻

        國內文獻:

        1. 李某某,王某某,《水性涂料中胺類助劑的作用機制研究》,《中國涂料》,2021年第36卷第4期。
        2. 陳某某,《新型環(huán)保水性涂料添加劑開發(fā)進展》,《化工新型材料》,2020年,第48卷,第9期。
        3. 劉某某,《三胺在建筑涂料中的應用探討》,《現(xiàn)代涂料與涂裝》,2019年,第22卷,第6期。

        國外文獻:

        1. Wypych, G. Handbook of Paint Formulation and Additives. ChemTec Publishing, 2018.
        2. Mittal, K. L. Water-Based Polymers: Dispersions and Surface-Coating Applications. CRC Press, 2019.
        3. Satas, D. Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology. Van Nostrand Reinhold, 1989.

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        聚氨酯防水涂料催化劑目錄

        • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬復合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

        • NT CAT C-14 廣泛應用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系;

        • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

        • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲存時間長;

        • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強,特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

        • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強;

        • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動性和耐水解性;

        • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

        • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

        • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質塊狀泡沫、高密度軟質泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機錫相對較低;

        • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結構泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

        • NT CAT T-125 有機錫類強凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對氨基甲酸酯反應具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應用中。

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