Home
水性涂料
”完美匹配“:同时拥有高性能和成本优势

”完美匹配“:同时拥有高性能和成本优势

时 间: 2021-01-06

访 问:8,705 次

摘 要:作者:JanPilger,特种涂料实验室主管;ThomasBernhofer…

作者:Jan Pilger,特种涂料实验室主管;Thomas Bernhofer,涂料技术服务经理,昕特玛德国公司,德国,Marl

 

在过去的几年里,有关健康、环境挑战以及可持续性发展的话题得到进一步关注,尤其是年轻一代中。这一大趋势遍及全球所有行业,在汽车、化工和制造业中尤为明显。过去 的两年里,对挥发性有机化合物(VOC)、甲醛、乙醛、二氧化钛(TiO2)和若干限量异噻唑啉酮等化学物质进行了条例修订和重新分类,并在不同地区对比化学工业实施了许多新的和经修订的法规条例。

 

有鉴于此,昕特玛公司开发了一种新型的苯乙烯丙烯酸 树脂,具有优异的耐水性、耐擦洗性和遮盖力,这有可能优 化油漆和涂料行业的树脂和颜料的用量,从而提高涂料性 能、减少碳足迹和成本。基于这种新型树脂的配方还可满足 “低排放内墙涂料”类别RAL UZ 102标签(“蓝天使”)2018标准。在下面的文章中,详细介绍了我们的内部研究, 通过显示高颜料体积浓度(PVC)和在哑光(<10GU 85°)和平光(<5 GU 85°)的光度范围内的涂料配方的试 验结果,证实了上述优点,这些涂料配方在中欧市场,特别 是DACH地区很受欢迎。我们还将详细介绍在其他国际市场 上经常遇到的中光泽>10 GU 85°墙漆配方的结果。本研究 以市场标准苯乙烯丙烯酸聚合物为基准。

 

 

减少树脂用量:节约配方成本,不影响性能

 

我们实验室开发的新型苯乙烯-丙烯酸树脂(表1)涂料配方显示出了优异的耐湿擦洗性和遮盖力,符合EN 13300 1级标准。然后,我们进一步优化了涂料配方,了解降低树脂含量,同时仍能满足1级EN 13300要求的可能性。

 

在一系列的涂料样品中,我们将树脂含量以1%的递减量从17%减少到7%,并相应地调整了颜填料,以确保所有 涂料样品具有相同的固体含量,并且所有涂料样品都经过 了包括液体和干膜性能在内的整个应用测试周期。试验结 果表明,使用该新型聚合物,树脂含量从17%降低到8%的 涂料配方仍能满足EN13300 1级耐湿擦洗性和遮盖力要求(图1)。因此,涂料配方中PVC的含量从67%提高到了 81%。在树脂含量为7%时,Revacryl UltragreenTM的性能 仍优于市售基准产品,尽管两者都仅能满足EN13300 2级 湿擦洗性能。

 

所有涂料样品在室温和40°C下进行了四周的稳定性试验,在测试期间并未发现有不稳定现象。

 

 

减少钛白粉(TiO2)用量以降低成本,减少碳足迹

 

TiO2的高折射率(n20D = 2.609)是影响墙漆配方遮盖 力的主要因素。然而,TiO2是一种较贵的成分,在1级EN 13300配方中,它可能占原材料成本的25%至30%。此外,生产TiO2所需的大量能源(每吨TiO2 [1] 产生5.3吨二氧化碳)大大增加了涂料配方的碳足迹。此外,欧盟委员会已将TiO2重新归类为H351致癌物质2,怀疑人通过吸入粉末混合物会致癌,新的分类将于2021年10月1日实施 [2]。因此,行业一直在 寻找机会,在不显著影响性能(尤其是遮盖力)的情况下,减少配方中TiO2的用量。

 

与树脂添加量的优化研究相类似,在粘结剂含量为8%的 情况下,我们将一系列不同TiO2添加量的涂料样品进行了比 较,TiO2含量从20%开始,以1%的量递减。通过调整填料(如高岭土和碳酸钙)来控制涂料样品的固体含量(表3), 并对涂料样品进行了有选择的应用测试,主要集中在遮盖力、耐湿擦洗和贮存稳定等性能上。

 

 

结果表明,在保持涂料对比度高于99.5%的情况下,将 TiO2减少10-11%(从20%降至17.8%)是可行的。涂料的耐 湿擦洗性没有受到影响,因此优化后的配方仍然满足 EN13300 1级要求。涂料样品在室温和40°C下放置四周后仍 然保持稳定。

 

通过涂料配方的优化(树脂和TiO2含量均降低),根据理论计算,我们估计配方成本可节省14%,碳足迹可减少12%(117 kg/t)。

 

 

稳健的聚合物设计,配方适配性广泛

 

为了进一步验证新开发的苯乙烯丙烯酸聚合物的性能, 我们对国际市场常见的三种中等光泽涂料配方进行了更多的 实验室研究。

 

我们采用与之前相同的方法,选择了三种内部配方,并进行了树脂含量优化研究,发现在保持涂料性能一致的同时,树脂含量降低了7-12%。

 

尽管树脂含量较低,PVC较高,但所有三种涂料配方均 达到了目标光泽度。所有三个样品均表现出优异的耐湿擦洗 性能,符合EN13300 1级要求,而不透明度介于1级和2级之 间,具体取决于配方、所用填料的类型和用量。

 

采用内部方法测试了涂料的抗粘连性能,其中每种涂料都施涂了150μm的湿膜,在室温下干燥24小时,然后使用抗 粘连测试仪(R&H ECA 7038-6)在室温下以1kg重量测试 30分钟。表8中的结果表明,所有样品均达到了可接受的抗粘连性,力值在0.5–0.8 N/cm2之间。 在室温和40°C下储存了4周后,用Haake流变仪在剪切速率D = 44 s-1下测定,发现涂料的粘度仅略有增加,具有较 好的储存稳定性。

 

通过了RAL UZ 102标签的挥发性有机化合物(VOC)要求

 

通过优化后活化工艺,新型苯乙烯-丙烯酸聚合物的残余 单体减少,甲醛含量(根据VdL RL 03)低于检测限量,总VOC含量可根据需要通过汽提进一步降低。然而,根据本研 究中使用的优化配方,可以达到如RAL UZ 102(VOC<700 ppm)等环境标签的要求。

 

 

下一代聚合物分散体更加可持续发展的未来

 

这项研究的发现和结果证实,新开发的苯乙烯-丙烯酸聚 合物在耐湿擦洗性能方面确实有了显著提高。这表明,使用这种聚合物制成的墙面涂料可以具有更好的耐久性,使用寿 命更长。由于其优异的颜料结合能力,该聚合物使涂料配方 设计人员能够优化其现有配方,以降低树脂和TiO2的含量, 同时仍然满足严格的EN13300 1级标准,为消费者提供更可持 续发展的解决方案。

 

这种新聚合物在不同的PVC和光泽度的各种配方中进行 了测试。在所有测试配方中,该聚合物在关键参数方面表现 出了一致的性能,包括耐湿擦洗性、不透明度和在室温和 40°C下的储存稳定性等。聚合物的兼容稳定性对降低采购和 原材料库存管理的复杂性方面至关重要。

 

在产品开发过程中,为了限制任何已知有害物质的使 用,我们考虑了一些因素。因此,该聚合物不含烷基酚聚氧 乙烯醚(APEO)表面活性剂、甲醛和氨。聚合和活化后的优 化有助于减少单体的残留,从而也降低了产品的总VOC,使配方设计师的涂料配方甚至可以满足蓝天使环保标签对低排 放墙面涂料的苛刻要求。

 

 

结论归纳

 

• 新型苯乙烯-丙烯酸聚合物适用于满足EN 13300–1级要求的多种配方。

• 该聚合物可以分别使潜在树脂和TiO2含量优化到8%至11%,使得成本节约潜力达到14%,同时也减少了碳足迹。

• 该聚合物树脂具有优异的耐水性、耐湿擦洗性和颜料稳定性。

 

 

 

参考资料:

[1]: TDMA-Info (December 2013): The Carbon Footprint of Titanium Dioxide Pigment

[2]:https://echa.europa.eu/de/brief-pro- file/-/briefprofile/100.033.327

 

 

这篇文章最初于2020年10月11日发表在《欧洲涂料杂志》上。

 

 

 

作者介绍

 

姓名:Thomas Bernhofer

Email:Thomas.Bernhofer@synthomer.com

电话:+49 2365 49 7107

 

姓名:Jan Pilger

E-mail:Jan.Pilger@synthomer.com

电话:+49 2365 49 5468

 

 

 

 

本文收录在《PCI中文版》杂志202011月刊中。

 

 

 

上一篇:
下一篇:

Related News

View More
我们的服务信息

欢迎光临瀚森“VeoVa之家”

中国公司互联网品牌战略合作服务商

More Videos CLEAR MARKET CLEAR MARKET