醇酸树脂的机遇

为欧洲涂料工业创造可持续的未来

作者：Liz Manning，catexel；Olivier Moreillon博士，Ecoat；Kent Hamacek，Perstop

随着监管力度的加强和消费者对可持续、环保产品需求的增加，涂料行业也要不断发展以满足这些需求。因此，人们正在寻找不以牺牲成本或性能为代价，又可满足这些要求的新技术。

醇酸树脂含有超过50%的天然油脂和来自可再生植物的羧酸，与其他石油化学树脂体系相比，醇酸树脂是可持续涂料的自然选择。醇酸涂料市场在经历了一段时间的下滑后，近年来趋于稳定，目前正处于温和增长时期。作为一项已经过全面测试的成熟技术，醇酸具有许多性能优势，使其成为涂料配方师们的宠儿，尤其在木材应用方面，因为其干燥时间足够长，从而可使木材基材得到渗透。在低VOC的溶剂型体系和性能不断改进的水性体系中，醇酸树脂都得到了广泛应用，同时，它还具有环境友好的额外好处。

存在一种广泛认知，特别是在专业油漆工中，即醇酸涂料提供了其他体系无法比拟的性能优势，它不仅易施涂，并可在短时间内进行多层施涂。

在这里，我们探讨了醇酸树脂市场在欧洲涂料行业更可持续的未来所面临的机遇和挑战，并从三个非常不同但具前瞻性的角度来审视了该市场。

醇酸树脂简史

醇酸树脂因其天然脂肪酸和多元醇含量高而被公认为绿色环保材料。早在20世纪30年代，醇酸就以其低分子量、高质量、高光泽的应用性能而闻名于世。氧化干燥还可提供良好的硬度和耐腐蚀性能。20世纪50年代，由丙烯酸和乙烯基聚合物驱动的乳液聚合技术的出现，使得生产更易清洁、更经济的水性产品成为可能（因原油价格较低）。这些新型水性涂料占领了建筑涂料的大部分市场。

近年来，开发重点是耐用和可持续型的涂料，寻找解决方案以支持从石油产品到具有同等性能的生物基产品的过渡。醇酸树脂传统上为溶剂型，但减少VOC排放的法规要求一直是开发水性替代品的重要驱动力。得益于表面活性剂领域的重要发展，第一个生物来源的醇酸聚合物和水性涂料于2011年推出。遗憾的是，这些水性涂料并未达到预期的成功，因为在制造过程中需大量使用表面活性剂，从而导致了成本增加和配方等问题。这些产品比石油原料的同类产品贵30%左右，而且生物基原料易在涂料中产生令人不快的黄变效果。干燥时间也被认为太慢，很快，这些新的水性产品就失去了消费者、生产商和经销商的青睐。

显然，维持关键的性能属性是成功寻找更可持续解决方案的关键所在。

钴的最后时刻到了?

在醇酸树脂市场上还有一个关键因素在起作用。面对监管改革，全球涂料行业对钴替换的挑战依然存在。近几年来，钴一直在接受审查。欧洲化学品管理局已将5种钴盐列为值得高度关注的物质，而Cobalt Reach Consortium已将12种钴化合物列为对生殖有害的第2类物质。荷兰当局的标签和协调报告姗姗来迟，业界认为，在未来含钴产品将不可避免地需要贴上某种程度的危险标签。

目前醇酸涂料的整个体系都是以钴作为主要催干剂而建立和完善的，任何替代催干剂都不得破坏醇酸树脂体系的性能优势，而这些性能优势正是醇酸涂料流行的关键。

寻找钴的替代品并不容易。没有那样简单容易且不含钴的解决方案。需要探索主要和次要催干剂的类型和比例——确保在没有钴的情况下依然能保持涂料性能。任何可行的替代方案都必须适用于所有醇酸基(溶剂型、水性和高固含)涂料，并适用于所有地区。它还必须与涂料中使用的其他材料完全兼容，可保持涂层的美观、保护和功能特性，并对环境具可持续性，最终达到成本效益。

Catexel并非涂料行业的典型供应商，但在认识到其催化剂之一的染色漂白机理在化学上类似于醇酸固化机理后，便开发了一种铁双吡酮催化剂作为醇酸体系的钴替代品。这一发现被OM集团进行了商业化运作，并命名为Borchi Oxy Coat推向市场。自那时起，Catexel已将锰基催干体系商业化，并继续在溶剂型和水性醇酸树脂中进行比钴化合物更有效的替代品的开发。

替换钴是合理的，以提供一个完整的，可持续的涂料解决方案，但一个完全优化的体系只能通过树脂制造商、涂料公司和其他助剂供应商一起合作来完成。协作过程并不容易，但它有可能实现真正的改变。

克服应用障碍

对于所有涂料来说，成本都是关键因素，对于装饰性涂料来说，甚至更为敏感。原材料价格的波动在这里发挥着关键作用，尤其是钴，目前正经历着重大转变。钴催干剂和不含钴催干剂之间的相对价格差距一直很大，但钴市场的变化正在缩小这一差距。由于生产手机和电动汽车用的锂离子电池对钴的需求越来越大，钴的可用性正在下降。这推高了价格，而涂料行业作为相对较小的用户，将首当其冲受到影响。因此，钴价格的不断上涨可能成为加快采用可持续替代品的潜在动力。

醇酸树脂市场面临的挑战是生产出一种性能相同、更低VOC、价格相同或更低、且具有环境可持续性的解决方案。

不牺牲性能的可持续性

生物基产品已在化妆品和洗涤剂等许多行业得到较好应用，在涂料行业，绿色化学渗透率迄今仍低于5%到10%。这种低应用主要因为以下两个关键因素：技术性能和成本。

从技术角度看，许多水性醇酸涂料难以达到所要求的光泽、附着力和耐腐蚀性等性能指标。此外，还需要进一步开发生物基的二元酸，因为市场上现有二元酸在使用上还具有一些性能上的限制。

醇酸的生物基性能可达100%。组成醇酸的基本成分是脂肪酸、二元酸和多元醇。这三种物质都有可能从自然、非石油资源中提取出来。例如Perstorp AB公司提供的多元醇VoxtarTM M100，它是100%生物基的，生产时大大减少了碳排放。Voxtar M100是一个“drop-in”产品，它以物质平衡的概念进行生产，并由第三方认证。树脂生产商购买这种分子，并与任何二元酸或脂肪酸结合，组成具有特定性质的醇酸。

通过选择最合适的生物基原材料来构建98%的生物聚合物结构，并优化生产工艺，使制造商Ecoat的环保生物源聚合物的性能得以改进，并以生物基品牌名SecoiaTM推出市场。原材料的选择是决定整体干燥机理和最终性能的关键。例如，所使用的脂肪酸决定了硬度和发黄的程度。早期硬度与树脂的分子量有关，因此与所用的二元酸和/或多元醇有关。因此，生物基季戊四醇(Voxtar M100)是一个很好的构建块，因为它可以使用户获得四个具有三维结构的主羟基。

这些生物基水性涂料具有成本竞争力，并提供了许多好处，包括较低的VOC排放，个人安全性的提高，低气味，可肥皂水清洁，更易废弃处理和低黄变等。它们干燥的速度也足够快，表现得像溶剂型醇酸或水性丙烯酸聚合物一样，同时仍能实现高光泽度和开放时间。

合作创新

涂料是各种成分的复杂组合，它们在应用上的性能要求也有很大的差异。为了在不折损性能的前提下开发出满足涂料市场性能和环境要求的树脂配方，整个供应链的合作是至关重要的。

虽然许多个体在他们特定的领域带来了很多新的想法，但合作能带来的好处远胜单个公司，而且更有可能实现行业所需要的永久性的、经济上可行的、可持续的变革。

“虽然对制造商来说这是一个棘手的问题，但钴的监管会影响它的长期使用，这也可以被视为涂料制造商进行技术创新的一个机会。无钴解决方案的早期采用者可以树立其品牌具社会责任感和可持续发展的良好声誉。”

- Liz Manning, Catexel

“我们的使命是使涂料行业变得更加可持续，使用生物基聚合物减少涂料的碳排放，最终为终端用户提供更高质量的产品。”

- Olivier Moreillon博士，Ecoat

“醇酸树脂具有优异的木材和钢材保护性能，是未来可持续发展涂料的必然选择。水性解决方案具有巨大的增长潜力，我们的可持续多元醇有助于进一步减少碳排放。”

- Kent Hamacek, Perstorp产品经理