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利用生物基粉末涂料开拓新的市场机遇

利用生物基粉末涂料开拓新的市场机遇

时 间: 2019-04-11

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摘 要:作者:俄亥俄州哥伦布市巴特尔研究所高级研究科学家JeffCafmeyer 粉…

作者:俄亥俄州哥伦布市巴特尔研究所高级研究科学家Jeff Cafmeyer

粉末涂料的普及程度不断提高。这些亮丽、持久性高的涂料产品在很大程度上取代了原本涂覆在家用电器、汽车零部件和大量的生活消费品上的传统液体漆及涂料。
即使已然占据部分市场,但生物基粉末涂料的市场机遇依然很大。目前,粉末涂层由于其良好的导电性和耐热性而主要应用于金属基材上1。在更低的温度下,粉末涂料仍然可以完成固化并安全成功地施工,这类产品丰富了我们的产品类别。
与此同时,消费者的需求和监管压力正促使制造商在生产制造过程中,尽可能做到产品环境友好和可持续发展。可再生的生物基原料取代石油基树脂,将会使得这项技术比液体涂料的可持续发展更好,甚至更具吸引力。
到目前为止,生物基粉末涂料还没有占据很大的市场份额,主要是出于对性能和成本的考虑。但对生物基涂料的最新研究中,这一趋势可能很快就会发生扭转。巴特尔公司正在开发一种生物基树脂,这种树脂能在温度较低的条件下固化,可用于木材、中密度纤维板(MDF)和多种塑料。
粉末涂料的另一片绿荫
粉末涂料由于其较低的消耗和排放物,早已被人们认为是一种绿色技术。然而,大多数粉末涂料仍然依赖于石油基树脂。倘若转而使用生物基树脂,将会提升产品的可持续性,继而很可能会打消消费者和类似的监管机构的顾虑。
生物基树脂给予制造商大量益处。
·消费者价值:更多的消费者关心他们购买的产品所使用材料的可持续性。生物基树脂允许制造商向消费者提供与其价值相匹配的产品。此外,诸如各大洲及联邦的“生物基优先”采购计划,和具有国际影响力的建筑LEED(建筑的绿色能源及环境设计先锋奖)等项目,都为消费者使用可持续性更好的材料和产品提供了激励措施。
·价格稳定:从历史上看,以石油为基础的化学原料的价格一直随着原油价格的波动而大幅波动。而例如像大豆豆油等生物原料的价格,除了2008年生物基柴油扰乱市场,引起价格的短暂飙升外,从历史上看一直很稳定2。
·环境和监管方面的关注:转向生物材料可以帮助公司实现环保目标,并为未来的管理法规做好准备。生物基材料来源可持续性更高,对于环保的总体担忧可能更少。此外,转向生物树脂有机会在粉末涂料中的工艺改进和效益提升中受益。
然而,仅凭这些利益并不能说服大多数制造商做出改变。为了获得巨大的市场份额,生物粉状涂料将不得不克服两个额外的障碍。
• 价值:原材料和生产成本都必须足够低,才能使生物基材料的价格与现有的石油替代品价格具有竞争力,(如果价格更高)除非可以证明物有所值。目前,该行业正处于“鸡与蛋”的境地:由于需求低,供应链和制造流程还没有发展到使生物基材料与石油基对应产品的价格持平,足以产生经济的规模。
• 性能:生物基树脂在硬度、耐久性、颜色饱和度、光泽、颜色稳定性和其它性能方面必须相似或优于石油产品。许多人早期尝试生产制造生物基粉末涂料,但因为没有达到预期的性能需求而失败。
此前,巴特尔一直在努力克服这些挑战,并创造出一种新的生物基粉末涂料,它在价格和性能方面与石油基产品相比都具有竞争力。首当其冲的是性能:在证明其性能与现有产品相当或优于现有产品之前,该行业不会采用生物基产品。一旦性能问题得到解决,生产规模扩大到工业规模,粉末涂料的树脂和配方价格预计将降至与石油基产品类似的范围。
生物基树脂有潜力提供更高的性能或新的属性,这是目前石油基树脂所无法提供的。虽然在采用UV固化合成低温石油基树脂方面取得了进展,但到目前为止这个问题还没有得到充分的解决。巴特尔生物基树脂具有更低温度的性能特性,使其更适合于热敏应用。在温度更低的固化条件下,生物基配方将成功拓宽可以应用粉末涂料的产品范围,并为制造商选择生产生物基产品提供强大的动力。

低温粉末涂料的发展前景
目前,粉末涂料主要用在金属制品和部件上,这些产品具有导电性能,并且在能够使大部分石油基树脂熔化和固化的高温情况下仍能稳定存在。这就相对于那些仅能承受高温但并无其它亮点的产品,该粉末涂料具有更大的优点。
粉末涂料发展应用的最大机会之一是制造中密度纤维板(MDF)的产品。中密度纤维板用于各种消费品,包括组装家具、橱柜、台面和其他建筑材料、商店陈列品和购货点装置,以及为家庭和办公室提供各种各样的产品。
利用粉末涂料制造的中密度纤维板的材料性能,以及该中密度板制品,使得粉末涂料成为具有吸引力的产品。中密度纤维板表面光滑,稳定,孔隙率低。然而,它具有热敏感性,使它不适合用于需要高固化温度的粉末涂料。与所有木制品一样,要想成功地涂上粉末涂料,必须控制导电率和含水量。

生物基与石油化学
与所有粉末涂料一样,生物基涂料可以很好地将小粒径的树脂、颜料、固化剂和其他助剂结合在一起。当这些粒子被静电充电时,它们可以在均匀地粘附在双电层上。经过加热,混合物中的树脂会发生熔化、流平和固化,形成坚硬、耐用、均匀的涂层。巴特尔制造生物粉末涂料的方法是将树脂设计成替代传统石油固化有机物的一种简便式产品,以便更简单地运用于涂料产品。这意味着公司不需要对当前的工艺和技术进行翻天覆地的改变,仅利用低温固化生物基树脂就可以为其产品提供附加价值。
在历史的长河中,石油树脂由于易于获得,性能广泛,并且与其他涂层技术相比具有一定的成本优势,因此一直被广泛地使用。然而因为所涉及的化学成分不同,生物基树脂将开辟一个完全不同的潜在性能特性范围;对于某些性能特性,使用石油树脂仍能更有效地生产出来,但另外的一些性能特性,使用生物基树脂将会更有效。巴特尔一直在研究的领域是找出生物基产品可以在某些方面提供明显的性能特性,同时这些性能优势又不能很容易地被石油基产品复制出来。倘若使用生物基树脂,经过低温熔化流平提供一种持久的涂层似乎就可以很好地区别于石油基树脂。

克服生物基粉末涂料的障碍
一种稳定的生物基低温树脂将会使制造商生产出可持续性更佳、性能更全面、可广泛地用于产品制造、并为产品设计和定制提供更多选择的粉末涂料。减少对石油的依赖同时也使价格相对稳定,并帮助该行业尽量减少对环境的影响。用生物基树脂取代25%的粉末涂料树脂可以使粉末涂料行业的碳排放量显著降低,并加强涂料产品的可持续性。现阶段投资可再生技术的研究将有助于该行业更好地为未来的消费者、监管和市场需求做好准备。
巴特尔对粉末涂料用生物基树脂的研究取得了良好的效果。到目前为止,研究团队已经完成了实验室小试研究,生产出多批次数公斤的具有所需性能的低温固化树脂。该树脂可用于中密度纤维板等低温应用,也可用于金属的高温加工,开辟了单一配方多功能应用的可能性,即单一配方可用于多种产品或由混合材料制成的产品。
目前,所需完成的研究工作包括优化配方的硬度,耐久性,颜色饱和度和其他要求。巴特尔目前正在寻找生物基树脂的配方设计师,涂布器和品牌所有者来完成β测试。这些真实的工业试验结果将用于改进树脂成分和粉末涂料配方,以便(为消费者)在粉末涂料行业中选择必要的性能做出贡献。

参考文献
1 Pinoforte, K. The Powder Coating Market, Coatings World. December 18, 2015. https://www.coatingsworld.com/
issues/2015-12-01/view_features/the-powder-coatingsmarket-/.
2 Soybean Oil Prices – 45 Year Historical Chart, Macrotrends. November 22, 2017. http://www.macrotrends.net/2538/ soybean-oil-prices-historical-chart-data.

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