也就不足为奇了,水性涂料在北美建筑涂料领域,这主要是由于其环境友好和方便消费者使用。在2017个独立的建筑涂料市场的一项研究中,北美建筑水性漆部分的大小超过470万吨。¹住宅重新油漆和改造市场,其中包括消费者自己动手(DIY)和承包商油漆,占超过67%的部分。这个分解突出的新房主数量,现有业主和承包商绘画每年都增加。

对于那些片段,高价值放在平衡性能。这些性能和应用目标是突出产品的标签要求。通过调查这些说法来自14个顶级漆线,一个可以看到防沾污性、耐用性和一件风衣藏三个最有价值的性能优势。图1显示了这些顶级声称经常强调多次在同一产品上,强调他们的价值。此外,所有带有强调相同的声明,表明cross-sheen性能好。基准测试实验室的一项研究将评估这些索赔。

对于聚合物开发人员和油漆制造商的挑战,不过,达到改善和平衡的要求。实现平衡的挑战表现在一定程度上是由于这些性能属性的一些常见的反对。确定绩效目标优化,了解使用的测试方法,并提供创新的解决方案是成功的产品开发的中心。本文将概述挑战和现在的聚合物和油漆配方解决方案来实现这些目标。

方法评估商业油漆标签要求

毫不奇怪,如此压倒性的价值放在耐久性、防沾污性和一件风衣隐藏,他们都与实用方面的涂料保护和美化的作用。本节重点介绍他们的意义和方法用来评估这些好处。

消费者价值耐久性作为内墙涂料的一个主要特性,期待持久的完成,这是第一次画很长时间后保留其外观。耐久性评估,业内大部分依赖于标准化的方法像ASTM D2486测试干涂层的抗磨损和磨蚀。

一件风衣隐藏是消费者的核心能力改变墙的颜色和流变学有关,重量和TiO外套₂分散稳定性。色彩的力量是TiO的相对测量₂dispersability使用内部测试方法和评估,其中着色剂添加到油漆完成,测量colorimetrically撤军。

最后,像《消费者报告》,组织ASTM和MPI已经建立了测试的防沾污性评价方法,也称为可洗性或cleansability。每个方法包括四个方面:类型的污渍评估,污渍停留时间、洗涤媒体和防沾污性评价方法。所有关注抗亲水和疏水性污渍,污渍居留时间从10分钟至24小时。清洗媒体也千差万别,从标准或商业磨料或研磨性清洁剂的使用。几种方法用来评估防沾污性,从定量到定性技术。色差(ΔE)与光明/黑暗、红/绿和黄/蓝染色和清白的地区,而主观测量使用数值范围内也可以使用。另外,客户特定的方法可以利用评价家庭污渍是常见的。

总之,一个人可以看到,利用代表测试方法来评价涂料性能是一个挑战由于各种各样的程序。因为价值放在耐久性,抗污染性和一件风衣隐藏,采用适当的提高涂料性能测试方法代表了一种挑战。

实验方法为基准和聚合物的发展

耐擦洗的方法

Relative 耐 擦洗 被 应用 评估 7-mils-thick 湿 漆膜 上 黑色 Leneta 图 旁边 擦洗 control, 干燥 为 7 天 25 C/50% 相对 湿度 (RH), 然后 擦洗 Gardner Wear Abrasion 机 使用 Leneta SC-2 擦洗 缠 讼擦洗周期失败记录和三个值的意思是相同的图表进行比较,结果被报道的比例控制。

可洗性测试方法

multi-stain方法评估了亲水的去除污渍(热咖啡和卡罗·罗西勃艮第加州表葡萄酒)和疏水性污渍(2号铅笔,蓝色的蜡笔,Bic墨水笔,和号召力热Chaleur 305红色唇膏)从商业平面和半光泽的油漆。7-mils-thick湿撤军是黑色Leneta图表和准备干了三天。污渍是应用和坐在漆膜2小时,然后洗100次使用nonabrasive Leneta SC-1清洁剂。后干燥、防沾污性评估通过测量ΔE值使用BYK加德纳分光光度计对清白的部分。这个方法是由图2表示。在基准测试的研究中,用1 - 10评级,10代表完全去除污渍和1代表没有污渍去除。

色强度的方法

Tint 强度 评估 是 通过 添加 一 个 控制 量 的 黑色 着色剂 FlakTek cup, 紧随 其后 的 是 一 个 控制 量 的 paint, 然后 通过 速度 混合器 混合 时间 间隔 为 30 秒 A 3-mils-thick 湿 撤军 是 应用 于 一 个 不 透明 图 和 允许 风干 25 C/50% RH overnight.四个% Y反射率测量了漆膜的密封区域,和Kubelka-Munk(公里)值计算。每个油漆色彩强度被报道的KM值的比例控制油漆。

商业产品标签和基准测试来识别性能差距

本节概述了八个油漆从上面部分的基准测试更好地理解实际的平衡性能和耐用性和防沾污性差距。色彩的力量并不是评估由于TiO的含量各不相同₂用于商业涂料。

图3显示了平面和半光泽的油漆防沾污性结果。在这些图表,油漆污渍去除接收10的评级,因此有六个总污渍,油漆的最高等级是60。

一项值得注意的是,虽然大多数油漆声称染色性能优异,被评为在不到50%的最大和最少于20 60。此外,公寓是制定更高的颜料体积浓度(PVC)、色素和extender类型和水平会影响染色的交互。最后,有些污点是特别具有挑战性,如笔和葡萄酒在浮油,在半光泽的油漆和口红。

图4概述了耐擦洗的结果,红线描述1000擦洗周期,这是普遍接受的室内油漆。如图4所示,只有一半达到或超过1000次。半光泽的油漆,另一方面,提供更大的耐久性。这并不奇怪,因为在半光泽的更高层次的树脂配方导致更大的粒子与粒子之间的相互作用和相互扩散,从而提高膜的形成和涂料耐久性。

总之,防沾污性和耐久性进行评估的基准测试8个顶级室内油漆线。基于产品的标签要求,期望这些颜料可洗性和耐擦洗中表现得非常好;然而,实验室测试表明缺乏耐擦洗的平坦的颜料,在浮油,可洗性变量。

我们的方法来平衡Multi-Sheen性能

本文的其余部分概述了树脂的发展提供了一个可洗性平衡,耐擦洗、色彩强度在室内涂料。这些属性通过仔细选择批量优化单体,功能性单体类型和级别,以及工艺条件和表面活性剂的选择。此外,各种组件的角色水性涂料配方的防沾污性。应该强调,有大量的产品开发人员工具箱中的工具,但这些工具的正确使用对达到均衡的性能是至关重要的。

正确选择批量聚合物组成的灌木丛和防沾污性

大部分单体在乳液聚合物的正确选择与涂料性能的许多方面,包括玻璃化转变温度(Tg), MFFT和疏水性。概述了这里大部分单体的正确选择是如何一个意想不到的对涂料性能的影响。更具体地说,我们观察到一个意想不到的改善耐擦洗和可洗性与另一个单体。这一点值得注意,因为这两个属性通常相互矛盾。

如图3所示,这红色的口红是一项具有挑战性的污点,是由疏水媒体高度的酚类色素。图5列出了口红可洗性主要单体成分时修改。在每个面板左边是一个商业丙烯酸树脂半光泽的筛选配方,其中正确的表示实验树脂。为聚合物只包含英航和MMA单体,口红可洗性有ΔE 1.29(低更好)。通过引入第三单体含量,同时保持了TgΔE提高到0.59。

这个替代大部分单体组成的另一个好处是涂层的耐久性大大改善。也显示在图5中,增加了36%在耐擦洗观察到这种变化在大部分单体成分。这是有吸引力的,因为额外的清洗周期允许更大的配方灵活性和帮助支持的耐久性。

最后,通过优化主要单体成分,我们已经确定了一个强大的杠杆,是补充改善防沾污性和耐久性。

正确选择功能单体类型和水平耐久性和防沾污性

功能单体在低水平用于传授功能涂料或乳液聚合物的稳定。它们覆盖范围广泛的功能和化学、(甲基)丙烯酸、磷和含硫乙烯和(甲基)丙烯酸单体,可水解的硅烷,(甲基)丙烯酰胺,ureido(甲基)丙烯酸酯,和周围的交联剂。

本节概述了功能单体的类型和水平如何影响耐久性和防沾污性。在表1中,没有功能的基础聚合物单体达到基本水平的耐擦洗。然而,近50%的提高耐擦洗实现低水平的共聚单体2,在一个更高的水平增加了130%。利用相同的高水平的功能单体具有相似化学、共聚单体3结果只在耐擦洗温和改善。此外,共聚单体2提供改进的可洗性向两个具有挑战性的污渍,笔和口红(图6)。

总之,通过筛选功能单体的类型和水平,我们已经识别出的另一个杆同时提高防沾污性和耐久性。

平衡功能单体成分和过程改善TiO₂效率

一件风衣隐藏是一个高度重视产品标签TiO相关索赔₂分散稳定性。色素的稳定性是通过评估量化色彩强度,实验部分中概述。尽管分散剂纳入制定油漆促进颜料润湿和稳定,聚合物相互作用也会导致这种稳定,强调了在这一节中。

表2列出了杠杆我们已确定提高色彩的力量。作为基准,当单体4缺席和控制过程,实现色彩强度控制水平。通过添加一个低水平的功能单体,一个巨大的改善色彩强度(24%)。此外,改变流程,同时保持相同级别的共聚单体4导致负面色彩强度的变化。这些范围可以相比,阿科玛双氧水有限公司遵循严格的商业乳液聚合物,达到109%的色彩强度相同的半光泽的配方。

总之,我们已经确定了一个功能性单体,可用于改善TiO₂另外当工艺条件优化的分散效率。这是另一个杠杆来促进改善涂料性能。

橡胶表面活性剂的作用在胶体稳定性和可洗性

虽然大部分和功能单体在乳液聚合物的性能,发挥主要作用的聚合表面活性剂还负责的表现,除了他们的主要作为稳定剂的角色。本节重点介绍两种情况下,表面活性剂类型评估改善反应清洁,但由此产生的变化也会影响防沾污性。

作为基准的研究强调,红酒和咖啡正在挑战家庭污渍。左边的面板在图7表示可洗性观察到当一个助被用来提高反应堆的清洁。下半部分的面板,防沾污性非常好,清洁乳液聚合的贫穷。然而,只有0.2%的阴离子型表面活性剂的导致一个更清洁的过程。不幸的是,这种低水平的阴离子型表面活性剂对咖啡和酒可洗性产生负面影响,如面板的上半部分所示。ΔE测量fig.使用底部所示一半作为参考。

同样,面板右侧的图7表示红色唇膏可洗性当主改变了表面活性剂提高反应堆的清洁。,主要控制乳胶系统中使用的表面活性剂(底部),结果发现优秀的可洗性向口红,但反应堆清洁很差。提高清洁用不同的阴离子型表面活性剂;然而,见右边的面板的上半部分,口红可洗性差,ΔE + 0.75。

最后,正确选择表面活性剂包是至关重要的乳液稳定性和性能的优化,可洗性可以显著影响的地方。

可洗性涂料配方成分的作用

在产品开发周期中,一个主要的焦点是粘结剂对涂料性能的影响;然而,涂料配方的组件也同样重要。这是由于广泛的化学和属性可以在涂料中的颜料和添加剂配方,及其对涂料性能的影响。

三个可洗性板在图8中显示的影响改变涂料配方成分对咖啡和红酒可洗性。每个面板的下半部分是涂料用粘结剂在半光泽的配方进行了优化。最上层的油漆配方,每个代表一个变化如上面描述的面板。在所有三个案例中,改变消极地影响咖啡和红酒可洗性。这三个小组演示的重要性确定乳液聚合物组成和涂料配方,突出所需的性能。可以想象,令这些影响在同一配方可能导致非常贫穷的油漆性能。

平衡Multi-Sheen内部涂层的性能

如前所述,乳液聚合物的组件进行优化导致优秀的耐用性,防沾污性和色彩强度半光泽的涂料配方。图9展示了如何通过乳液聚合物包括大部分单体、功能单体,正如上面所讨论的工艺条件和表面活性剂稳定包提供优良的性能在平面和半光泽的浮油。商业树脂相比,每个面板的底部所示,树脂原型演示了改进染色耐口红、笔、蜡笔、咖啡和红酒。此外,树脂原型展示优秀的耐擦洗,擦洗大于1000周期在2500年平涂料和擦洗周期半光泽的油漆。同时,色彩强度在当前商业树脂12 - 15%,代表客户层面上节省大量成本。

结论

北美建筑涂料市场主要是由住宅改造和重新油漆,这是商业DIY油漆。这些产品都是销售的产品标签要求,耐久性,抗污染性和一件风衣隐藏是高度重视,通过这些说法的摘要。很明显从这个工作的实际表现并不完全关联产品标签声称当测试可洗性和耐擦洗。

设计改善和平衡性能的乳液聚合物内部油漆部分,确定了聚合物和阿科玛双氧水有限公司遵循严格的制定司机提高上述三个性能目标。通过优化大部分聚合物组成、功能性单体类型和级别,工艺条件,和稳定方案,性能的树脂原型演示了一个很好的平衡。油漆配方优化也对涂层性能产生显著影响,在分散剂、增稠剂和颜料的选择是至关重要的。可以实现性能平衡跨多个带有这种树脂、平面和半光泽的油漆证明性能优良。

参考

1 K。下班,大肠Kriz和s . Shaw公司Freedonia行业研究# 3493,建筑涂料市场在美国,2017年2月;访问https://www.freedoniagroup.com/brochure/34xx/3493smwe.pdf, 2019年3月18日。

有关更多信息,电子邮件jeremy.grove@arkema.com。