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環(huán)保先鋒：三羥甲基氨基甲烷在低VOCs涂料與油墨中的應(yīng)用突破
發(fā)布時間：2026-06-24
引言
在環(huán)保、健康和安全需求的推動下， 水性涂料和油墨 的技術(shù)發(fā)展飛速進步，傳統(tǒng)的溶劑型產(chǎn)品正逐漸被 VOCs（揮發(fā)性有機物） 含量更低甚至為零的產(chǎn)品所取代。本文將深入探討 三羥甲基氨基甲烷（THMA） 在水性涂料與油墨領(lǐng)域的應(yīng)用，重點分析其如何增強涂層的附著力、提升耐水性和改善流變特性。同時，文章還將通過解讀相關(guān)專利和文章的形式，討論其如何助力開發(fā)環(huán)保型產(chǎn)品，旨在理解其在當(dāng)代涂料和油墨產(chǎn)業(yè)中的重要價值和發(fā)展前景。
環(huán)保大趨勢
2019年5月24日中國生態(tài)環(huán)境部（MEE）聯(lián)合國家市場監(jiān)督管理總局（SAMR）發(fā)布了強制性國家標(biāo)準 《涂料、油墨及膠粘劑工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準》（GB 37824-2019） 。隨后，陸續(xù)發(fā)布了多項涉及VOCs的國家強制和推薦標(biāo)準，規(guī)范了涂料、膠粘劑、油墨和清洗劑中VOCs測試方法及含量限值。
2020年6月24日，中國生態(tài)環(huán)境部（MEE）發(fā)布 《2020年揮發(fā)性有機物治理攻堅方案》 ，大力推進源頭替代，使用低VOCs含量的原輔材料，減少VOCs產(chǎn)生，要求企業(yè)做好涂料、膠粘劑、油墨和清洗劑等VOCs相關(guān)國家強制標(biāo)準的實施準備。隨后發(fā)布了 《揮發(fā)性有機物治理實用手冊》、《重點行業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物現(xiàn)場檢查指南（試行）》、《臭氧及揮發(fā)性有機物綜合治理知識問答》 三本書籍，為VOCs治理提供政策、技術(shù)和方案的支持。在《揮發(fā)性有機物治理實用手冊》指出，使用涂料、油墨、膠粘劑、清洗劑的企業(yè)應(yīng)向產(chǎn)品供應(yīng)商索要具有CNAS和CMA資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)出具的產(chǎn)品檢驗報告，以證明產(chǎn)品符合相關(guān)VOCs國家強制標(biāo)準的要求。
更多有關(guān)內(nèi)容的深度解析，可參考文獻：
季軍宏，杜安梅. 涂料揮發(fā)性有機化合物（VOC）的解讀及展望[J]. 涂料工業(yè)，2023，53（12）：45-51.
產(chǎn)品物化特性
三（羥甲基）氨基甲烷，英文名為Tris(hydroxymethyl)aminomethane，也可簡稱 THAM 或TRIS，是一種重要的pH調(diào)節(jié)劑（緩沖劑），在化工、化妝品、生物醫(yī)藥領(lǐng)域中均有著廣泛的應(yīng)用。
分子式：(HOCH?)?CNH?
CAS號：77-86-1
分子量：121.14
pH值：10.4（0.1M@20℃）
pKa值：8.3@20℃，7.8@37℃
熔點：168-172℃
外觀與狀態(tài)：白色或無色結(jié)晶固體粉末
溶解性：在水中易溶，微溶于乙醇，極微溶于乙酸乙酯
穩(wěn)定性：幾乎不吸濕、不揮發(fā)，在儲存中表現(xiàn)出良好的物化穩(wěn)定性
結(jié)構(gòu)特點：含有3個羥基和1個伯胺，低生物毒性
應(yīng)用優(yōu)勢分析
THAM是一種多官能團化合物，具有三個羥甲基和一個氨基，具有強大的pH調(diào)節(jié)作用。其能與多種涂料成分相互作用，不僅能限制VOCs排放，甚至還能吸收或去除其它來源的VOCs。此外，THAM還在功能性涂料的開發(fā)上發(fā)揮了重要作用，不僅能在合成過程中作為交聯(lián)劑或改性劑，還能直接添加至產(chǎn)品中顯著提升涂料的分散性和穩(wěn)定性。
以下是對其應(yīng)用優(yōu)勢的總結(jié)：
提高pH穩(wěn)定性：THAM作為一種不易揮發(fā)的堿性pH調(diào)節(jié)劑，可以替代用于中和的傳統(tǒng)揮發(fā)性堿性試劑（AMP-95、NaOH、三乙醇胺），能夠在高堿性條件下保持長期熱穩(wěn)定，防止涂料在生產(chǎn)、儲存和施工過程中出現(xiàn)pH波動。
環(huán)保優(yōu)勢：THAM作為一種水溶性化合物，能夠在水性涂料中替代一些傳統(tǒng)的有害試劑，同時能與甲醛高效反應(yīng)（1：2），幫助去除涂料體系或空氣中的甲醛、苯甲酸及其它有害氣體，以滿足零VOCs的要求。
光穩(wěn)定性：THAM中與胺基相鄰的α-碳被完全取代，缺乏可提取的氫原子，限制了自由基氧化導(dǎo)致的發(fā)黃，在部分專利或文獻中甚至被報道為自由基清除劑。因此含有THAM的涂料展現(xiàn)出優(yōu)異的光化學(xué)穩(wěn)定性，并有助于限制臭氧和煙霧的形成，不會導(dǎo)致低VOCs系統(tǒng)中的顏色不穩(wěn)定性。
增強分散性和改善流變性：THAM能夠與顏料粒子表面發(fā)生相互作用，降低顏料粒子之間的聚集，從而提高涂料的分散性和穩(wěn)定性，這對提高涂層的均勻性和遮蓋力至關(guān)重要。此外，THAM的加入有助于改善涂料的流變性能，使其在施工過程中更加順暢，干燥后形成更均勻且堅固的涂層。
附著力和耐腐蝕性增強：THAM的多羥基結(jié)構(gòu)顯著增強了涂層與基材之間的連接，還提高了涂層的內(nèi)聚力，從而減少了涂層的剝離和脫落。在某些條件下，其甚至可以與涂料中的環(huán)氧樹脂或聚酯聚合物發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高涂層的耐腐蝕性。
聚合物改性劑：THAM可直接用于合成或改性某些聚合物或單體。
重點專利介紹
US20190085174A1 顆粒涂層
Owe L E, Grorud M. Particulate coating: U.S. Patent Application 16/097,025[P]. 2019-3-21.
專利簡介：該專利件描述了一種顆粒或粉末狀涂層組合物，并包括以下組分：(i) 至少一種硬化劑，如含有環(huán)氧基的化合物；(ii) 至少一種聚酯聚合物；(iii) 至少一種氨基醇；(iv) 至少一種金屬顏料。
THAM的應(yīng)用場景：其作為一種氨基
THAM的應(yīng)用場景：其作為一種氨基醇類化合物，在專利的粉末涂層組合物中起到了多個關(guān)鍵作用，包括防止金屬顏料在涂層中的腐蝕、提高金屬顏料在粉末涂層顆粒的附著力和分散性、提高涂層的抗指紋和抗擦傷性能。專利中還提到，THAM與某些穩(wěn)定劑（如，磷酸鈣二水合物）的組合會產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，進一步提高涂層的耐濕性、耐堿性和抗指紋性能。
US20070293614A1 用于管道涂層的粉末涂料組合物
Zhou W J, Jeffers T E, Decker O H, et al. Powder coating composition for pipe coating: U.S. Patent Application 11/807,868[P]. 2007-12-20.
專利簡介：該專利介紹一種用于管道涂層的粉末涂料組合物，尤其適用于金屬和塑料管道。該涂料組合物提供了在高溫和潮濕環(huán)境下的優(yōu)異附著力，以及長期在高溫和潮濕條件下的陰極剝離保護。
THAM的應(yīng)用場景：其作為一種烷氧基胺，可能會與環(huán)氧樹脂和固化劑反應(yīng)，形成強化學(xué)鍵，從而提高涂層對基材的附著力。
US20150232413A1 溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化涂層的氨基醇處理
Keil C, Albers R. Amino alcohol treatment for sol-gel conversion coatings, substrates including the same, and methods of making the substrates: U.S. Patent 9,562,000[P]. 2017-2-7.
專利簡介：該專利描述了一種包含基材、溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化涂層以及氨基醇處理層的復(fù)合材料。
THAM的應(yīng)用場景：其作為一種特定的氨基醇，被用于處理層。它含有三個羥甲基基團和一個胺基，這使得它能夠與溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化涂層上的環(huán)氧基團形成酰胺鍵，同時其羥基也可以與涂層層中的異氰酸酯基團形成聚氨酯鍵。這種雙重反應(yīng)性使得三羥甲基氨基甲烷成為一種有效的中間層，可以提高涂層的附著力和耐久性。
US9150752B2 含三胺官能化分散劑的涂料組合物
Balijepalli S, Rivera L S M, Nair S H. Coating composition with trisamine functionalized dispersant: U.S. Patent 9,150,752[P]. 2015-10-6.
專利簡介：該專利描述了一種組合物，包括穩(wěn)定的水性聚合物顆粒分散體和吸附在TiO2顆粒表面的分散劑，其中分散劑是功能化的水溶性聚合物，該聚合物帶有羧酸酯和三羥甲基氨基甲烷結(jié)構(gòu)單元。
THAM的應(yīng)用場景：通過THAM的功能化，分散劑能夠改善TiO2顆粒在涂料中的分散性，減少由于締合增稠劑引起的TiO2顆粒的聚集，從而提高涂料的遮蓋力。這種功能化的分散劑有助于在涂料配方中實現(xiàn)更好的顏料穩(wěn)定性和性能，尤其是在使用締合增稠劑時。
US7087672B2 不黃變的聚酯涂層組合物
Yuan S C, Chinn M S. Non-yellowing polyester coating composition: U.S. Patent 7,087,672[P]. 2006-8-8.
專利簡介：該專利描述了一種非黃變聚酯涂層組合物，特別適用于作為底漆使用。這種涂層組合物具有低VOC含量、優(yōu)異的附著力和抗碎石沖擊性。該組合物是一種水性涂層組合物，VOC含量低于0.12 kg/L，包含25-70%的成膜粘合劑和相應(yīng)的75-30%的水性載體，以及一定比例的顏料，并且pH值控制在7-10的范圍。
THAM的應(yīng)用場景：其在專利中被用作中和劑，用于中和粘合劑中的酸性成分，并且調(diào)整涂層組合物的pH值。通過中和反應(yīng)，THAM與聚合物成分中的羧基團反應(yīng)，形成水溶性鹽，并形成水性或水分散性產(chǎn)品，從而減少在高溫烘烤和老化時的黃變現(xiàn)象。
US8709607B2 涂層組合物及其生產(chǎn)過程
Kan C S, Ortiz R S, Roper III J A, et al. Coating composition, and a process for producing the same: U.S. Patent 8,709,607[P]. 2014-4-29.
專利簡介：該專利文件描述了一種低VOC含量的涂層組合物及其生產(chǎn)過程，涉及一種水性、高固體、無溶劑的醇酸樹脂分散體，以及一種包含這種分散體的涂層組合物。
THAM的應(yīng)用場景：其在這種涂層組合物中主要用作pH調(diào)節(jié)劑，以確保分散體的穩(wěn)定性和涂層的性能，改善涂層的干燥時間、附著力、光澤和耐久性等特性。
US5100469A 油墨成分的干燥時間縮短
Pontes F M, Breton M P, Wong R W, et al. Ink compositions having decreased drying times: U.S. Patent 5,100,469[P]. 1992-3-31.
專利簡介：傳統(tǒng)的快速干燥油墨往往會導(dǎo)致打印質(zhì)量下降，而慢干油墨雖然打印質(zhì)量好，但限制了噴墨打印機的設(shè)計和速度。該專利提出了一種油墨配方，通過添加特定的添加劑來減少油墨的干燥時間，同時保持良好的打印質(zhì)量。油墨配方包括顏料、液態(tài)載體和至少一種添加劑。
THAM的應(yīng)用場景：THAM是該專利中提到的首選添加劑，它能夠減少油墨的干燥時間，而不影響油墨的表面張力。其可以調(diào)整油墨的pH值，維持在7到9之間，助于減少噴墨打印機噴頭的腐蝕，維持噴頭的噴射性能。
US5853468 - 采用水性油墨成分和噴墨記錄工藝
Yamazaki H, Fujioka M, Higashiyama S. Water-based ink composition and ink-jet recording process employing the same: U.S. Patent 5,853,468[P]. 1998-12-29.
專利簡介：該專利介紹了一種水基油墨組合物，其具有水性介質(zhì)、以及溶解于其中的染料和pH調(diào)節(jié)劑。
THAM的應(yīng)用場景：該專利介紹THAM作為其中一種pH調(diào)節(jié)劑，能夠?qū)⒂湍膒H值調(diào)整到8到10的范圍內(nèi)，即使在長期存儲后，油墨的pH值也不會低于8，從而避免了染料沉積和流動性變差的問題，有助于提高油墨的長期穩(wěn)定性，保持噴頭的清潔。
US4118247 - 活性酸性粘土顏料的懸浮液
Marchetti F R, Zentz W E, Berube R R. Suspensions of reactive acidic clay pigments: U.S. Patent 4,118,247[P]. 1978-10-3.
專利簡介：該專利介紹了一種制備蒙脫石粘土顏料顆粒水性懸浮液的方法，該方法采用鈉縮合磷酸鹽（例如四鈉焦磷酸鹽或六偏磷酸鈉）作為分散劑，并添加少量氨基醇。這種懸浮液穩(wěn)定性高，非常適合現(xiàn)代紙張涂布技術(shù)的應(yīng)用。
THAM的應(yīng)用場景：其作為提及的氨基醇，與縮合磷酸鹽一起使用，提高顏料的濕潤速度，降低懸浮液的粘度，并具有良好的儲存穩(wěn)定性。
US9201324B2 通過溶劑型和無溶劑乳化法生產(chǎn)聚酯乳膠的工藝
Qiu S S, Nosella K D, Ng T H, et al. Processes for producing polyester latexes via solvent-based and solvent-free emulsification: U.S. Patent 9,201,324[P]. 2015-12-1.
專利簡介：該專利描述了一種用于生產(chǎn)聚酯乳液的方法，這些乳液可以通過基于溶劑的和無溶劑的乳化法來制備，并且可以用于制造調(diào)色劑（如打印機調(diào)色劑）。
THAM的應(yīng)用場景：專利中特別提到了使用有機堿（尤其是伯胺）THAM作為中和劑來替代傳統(tǒng)的氫氧化銨，以減少生產(chǎn)過程中的健康和環(huán)境風(fēng)險。THAM作為中和劑，可以在生產(chǎn)聚酯乳液的過程中提供更好的pH控制，從而提高乳液的穩(wěn)定性和儲存性。同時，其還可以減少對聚酯樹脂的降解，有助于保持乳液的分子重量特性，從而保持調(diào)色劑熔融性能。
前沿文章賞析
文章一
Kowalczyk K, Spychaj T, Krala G. High‐build alkyd urethane coating materials with a partially solvolyzed waste polyurethane foam[J]. Polymer Engineering & Science, 2015, 55(9): 2174-2183.
內(nèi)容概述
研究團隊通過擠出工藝，使用固體多元醇（三羥甲基氨基甲烷，THAM）對PUR泡沫進行部分水解。將部分水解的PUR泡沫添加到醇酸聚氨酯涂料中，制備并分析了所得涂料的流變性能、機械性能、耐水性、熱穩(wěn)定性等。研究發(fā)現(xiàn)，添加部分水解的PUR泡沫能顯著影響固化涂層的性能，如對鋼基材的附著力、硬度、耐磨性、耐壓痕深度、吸水性、拉伸強度和熱穩(wěn)定性。此外，涂料的粘度也受到處理過的PUR類型和含量的影響。
THAM的應(yīng)用場景
在本研究中，THAM主要作為化學(xué)回收PUR泡沫的試劑，通過部分水解PUR泡沫，將其轉(zhuǎn)化為可用于涂料配方的添加劑。在PUR泡沫的水解過程中，THAM與PUR泡沫中的氨基甲酸酯鍵反應(yīng)，產(chǎn)生含有羥基的化合物，這些羥基化合物可以與醇酸聚氨酯涂料中的異氰酸酯交聯(lián)劑反應(yīng)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高涂料的機械性能和熱穩(wěn)定性。
文章二
Cheng X, Huang Z, Liu J, et al. Synthesis and properties of semi-crystalline hyperbranched poly (ester-amide) grafted with long alkyl chains used for UV-curable powder coatings[J]. Progress in organic coatings, 2007, 59(4): 284-290.
內(nèi)容概述
研究團隊采用不同比例的IPDI-C18和IPDI-HEA對超支化聚（酯-酰胺）（HP）的羥基端基進行改性，合成了一系列半結(jié)晶超支化聚(酯-酰胺)。通過傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、核磁共振（NMR）和凝膠滲透色譜（GPC）等手段對合成的聚合物進行了表征，并通過光差示掃描量熱法（photo-DSC）評估了其UV固化行為。
THAM的應(yīng)用場景
三羥甲基氨基甲烷（THAM）與丁二酸酐（SA）通過熱聚合反應(yīng)生成具有多個羥基端基的超支化聚酯酰胺結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點是分子內(nèi)部具有大量的空腔和羥基端基，使得HP具有較低的粘度和良好的溶解性，同時也為后續(xù)引入 IPDI-C18 and IPDI-HEA 提供了多個改性反應(yīng)位點。
文章三
Farrokhi-Rad M. Electrophoretic deposition of hydroxyapatite nanoparticles in different alcohols: effect of Tris (tris (hydroxymethyl) aminomethane) as a dispersant[J]. Ceramics International, 2016, 42(2): 3361-3371.
內(nèi)容概述
羥基磷灰石是人體骨骼和牙齒的主要無機成分，由于其高生物相容性、生物活性、生物可降解性，而廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)器材的涂層。研究中制備了不同醇類中的羥基磷灰石（HA）納米顆粒懸浮液，并添加THAM作為分散劑以增強其膠體穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，THAM在醇類懸浮液中質(zhì)子化后與HA納米顆粒表面的P-OH基團氫鍵結(jié)合，化學(xué)吸附在HA納米顆粒上，從而提高了它們的zeta電位和膠體穩(wěn)定性。實驗發(fā)現(xiàn)從含有最佳THAM濃度的懸浮液中進行電泳沉積（EPD）的動力學(xué)最快，沉積的涂層具有均勻、細膩、無聚集物的微觀結(jié)構(gòu)，能有效阻擋腐蝕介質(zhì)到達基底表面，從而顯著降低基底的腐蝕速率。
THAM的應(yīng)用場景
在研究中，THAM作為分散劑用于提高HA納米顆粒在醇類中的膠體穩(wěn)定性，改善了涂層的微觀結(jié)構(gòu)，使其更加均勻、細膩，減少了裂紋的產(chǎn)生，提高了涂層的致密性和防護性能。
文章四
Cheng G, Greenland B W, Lampard C, et al. Lightly branched comb polyesters: Application in fast drying solvent-borne coating formulations[J]. Reactive and Functional Polymers, 2013, 73(4): 619-623.
內(nèi)容概述
文章通過將二元醇取代的氧化偶氮烷單體與己二酸在無溶劑的條件下共聚，制備了梳狀聚酯聚合物。這些聚合物在多種有機溶劑中溶解，并且與商業(yè)醇酸樹脂相容。在模型涂料配方中，亞麻油基梳狀聚合物的加入顯著降低了涂料的粘度，并提高了干燥速率。
THAM的應(yīng)用場景
三羥甲基氨基甲烷作為合成梳狀聚合物的關(guān)鍵單體之一，用于與油酸或亞麻油酸反應(yīng)，形成含有氧化偶氮烷環(huán)的單體。這些單體隨后與己二酸共聚，形成具有梳狀結(jié)構(gòu)的聚酯聚合物。THAM在這一過程中起到了重要的橋梁作用，其分子中的三個羥甲基可以與脂肪酸反應(yīng)，形成含有氧化偶氮烷環(huán)的單體。
總結(jié)
在當(dāng)今這個對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展有著極高要求的時代，三羥甲基氨基甲烷（THAM）以其卓越的環(huán)保特性和多功能性，在低VOCs涂料和油墨領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。THAM的獨特化學(xué)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理特性，不僅極大地提升了產(chǎn)品的性能，同時也顯著降低了對環(huán)境的影響，成為涂料和油墨行業(yè)向綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵推動力。
遠大富馳醫(yī)藥化工股份有限公司自豪地推出三羥甲基氨基甲烷（THAM） 產(chǎn)品，它代表了公司對卓越品質(zhì)和環(huán)保責(zé)任的承諾。遠大富馳的THAM，采用自產(chǎn)最高規(guī)格硝基甲烷為原料，確保了從源頭的純度控制。遠大富馳不滿足于傳統(tǒng)的單批次反應(yīng)釜合成法，而堅持采用行業(yè)領(lǐng)先的連續(xù)化固定床生產(chǎn)工藝，這不僅確保了產(chǎn)品的高品質(zhì)，也實現(xiàn)了不同批次間的極致質(zhì)量均一性。
卓越的品質(zhì)：產(chǎn)品純度高，性能穩(wěn)定，是您在高端涂料和油墨生產(chǎn)中的理想選擇。
一致的批次質(zhì)量：采用連續(xù)化生產(chǎn)，確保每一批產(chǎn)品的質(zhì)量均一，減少了生產(chǎn)過程中的不確定性，提高了您的生產(chǎn)效率。
環(huán)保責(zé)任：產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中減少了對環(huán)境的影響，符合當(dāng)前環(huán)保法規(guī)的要求，助力您的企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
成本效益：無論是作為進口產(chǎn)品的替代，還是用于降低生產(chǎn)成本，都展現(xiàn)出國際一流的競爭力。
