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绿色和高性能添加剂
为了最好的满足现代涂料的需求和消费者预期增长,技术进步需要同步与当前绿色化学的定义。然而,当谈到绿色化学总是很难定义“绿色”究竟是什么?博士在1998年,保罗·t·Anastas发表了他的绿色化学的十二原则,这是公认的今天。1科宁已经采用了这些国际公认原则以及12个绿色Engineering2中央指导原则概念的发展,产品和工艺。根据绿色化学的24原则和工程(表1),在其他事情上,避免污染和浪费,最大限度的利用可再生原材料、效率最大化使用更少的材料,确保最终的终端产品的生物降解性,和最小化进行反应所需要的能量是这条指导原则的一部分。188金宝搏bet官网
当考虑绿色化学在建筑涂料必须声明,颜料主要无机、和的定义可再生原材料并不适合这里。188金宝搏bet官网树脂是极其多样化由于所有不同种类的表面,应用程序需求和性能标准,主要是基于石化资源。但切换到水性技术代表了绿色趋势取代不可再生溶剂与水,可以进一步利用可再生的构建块。添加剂对水性油漆已经相当先进的关于绿色化学的使用。在我们的努力在过去的几年里,我们已经表明,它有可能开发出为此添加剂,提供更高的性能水平比他们的化石,代表真正的“绿色”涂料行业的替代品。
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科宁与自然化学160多年的经验,结合最新的科技进步与深入的知识可再生化学添加剂设计创建一个广泛的投资组合的绿色添加剂。目前约50%的原材料使用的科宁是基于可再生资源。188金宝搏bet官网这广泛的捕获技术在“Greenovating”哲学。Greenovating定义为真正的绿色化学解决方案提供实实在在的利益根据七个维度,并且符合相关的市场需求。这种方法提供了一个明确的参照系和指导检查可持续性、环境兼容性和性能方面的绿色产品(表2)。
绿色消泡器基于可再生材料188金宝搏bet官网
大部分建筑涂料用消泡器是基于矿物油与高沸点。3矿产石油是不可再生和含有挥发性有机化合物的仪器。科宁探索几个选项创建矿物无油消泡器,其中是使用水作为替代载体高分子消泡剂活性成分。这些新配方提供同等或更好的性能比标准较低的矿物油消泡器气味。
在欧洲使用另一种方法来代替矿物油与天然油脂(如大豆、菜籽、向日葵和米糠油。颜料的性能基础上的最新一代的乳液消泡器由天然油脂被监控。结果表明,由超过95%可再生原料,这些消泡剂配方提供改进的消泡性能和室内空气质量。188金宝搏bet官网测试还表明,使用natural-oil-based消泡器没有影响光泽,紫外线照射后变黄。
矿物油消泡器通常有2%到6%的挥发性有机化合物含量按重量,即使它们含有100%的活性成分组成。矿物油技术产生一个非常有效和经济的方法去除泡沫乳胶涂料。出于这个原因,没有成功的替代可再生资源,直到最近在消泡剂技术。新的低voc矿物油基消泡器被介绍,当前产品一样同样有效。这些消泡器的挥发性有机化合物的仪器已经降至≤0.5%的体重。我们也使用分析聚合物作为一种提高消泡器效率50 - 100%。这种方法同时经济,提供更高的性能以减少挥发性有机化合物的贡献。这也符合绿色化学的原则之一:减少使用通过更高的效率。
自然的合并
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从历史上看,酯取得了理想的合并。3使用最广泛的产品之一是三甲基戊二醇monoisobutyrate。合并基于可再生能源结合各种长链酸与短链醇如甲醇(最经济的选项)或higher-chain醇,乙二醇,甚至乙二醇酯。甘油作为酒精不适合使用,丙三醇酯可以产生负面影响漆膜的附着力。很短链酸像8也不适合,因为它们含有挥发性有机化合物的仪器。长酯分子量更高形式柔和的电影和作为增塑剂。新的“绿色”合并的效率高、低毒性和提高硬度早期发育是一个正确方向的一步制作更好的描绘,特别是户外油漆。
丙二醇的高纯度版本mono-oleate介绍了基于可再生油酸以满足严格的VOC要求消费者在全球涂料市场。4根据客户反馈,一个2 nd-generation丙二醇单酯与C-18介绍了脂肪酸混合物,具有更好的颜色和提供了一个改进的价值。第三个产品基于可再生技术是一种高纯度的线性短链脂肪酸酯,这是基于欧洲定义但零VOC VOC EPA方法24。90%以上这个产品已经发现超过30%更有效率比三甲基戊二醇monoisobutyrate酯乳液(三甲)在许多流行的类型和发展提供改进的硬度和污垢拾音器阻力。这些为此接合的自然衍生,low-odor代理,可用于所有类型的装饰涂料和导致改进的性能和应用性能,同时帮助实现符合VOC新法规。这两个合并是在世界各地的多个国家注册。其中一个新合并的关键属性代理在表3中做了总结。
高效、零voc流变学修饰符
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消泡器,合并相比,只有一个有限的可能性包括可再生原材料到现代合成联想为水性涂料流变学修饰符。188金宝搏bet官网到目前为止,可再生原材料包括但限于化学的范围188金宝搏bet官网10 - 30%(不包括水)。重点发展和价值主张流变学修饰词在两个元素:效率和多功能化,符合绿色化学的原则。然而,理想的流变改性剂组合应该提供效率和多功能化在不同的剪切率,以提供最好的流变特性(图1)。
终改性水溶性聚合物(HM-P)与疏水基团聚合物化学附加到亲水聚合物骨干。他们通常被称为关联聚合物或关联增稠剂。第一个研究HM-P是由施特劳斯和同事50多年前。他们在一篇评论文章中描述。6工作完成了终改性聚合电解质。研究背后的想法是,因为肥皂分子在水溶液中形成胶束的助理,然后表面活性剂化学接枝到水溶性聚合物会形成胶束。确实是他们的发现。除了他们发现“聚皂”给独特的增溶的影响和意外大增水溶液的粘度。这两个HM-P广泛利用的影响。
最大的申请HM-P作为水性涂料流变学修饰符。Landoll和他的同事所描述的第一个关联水性涂料增稠剂的年代。7号到9号他们一起工作终改性羟乙基纤维素(HM-HEC),这是一种非离子型纤维素醚。终修改乙基羟乙基纤维素(HM-EHEC),终改性乙氧基聚氨酯(HEUR),终改性聚醚酯复合物(HMPE)和终修改(HM-PA)联合增稠剂的其他例子为涂料应用程序开发。近年来,建筑涂料配方已经过了几个进化为了满足和超过环境和VOC规定。似乎有三个主要因素。首先,随着涂料配方降低并最终零voc配方,流变学修饰词,特别是关联增稠剂,遵循相同的模式。第二,绿色化学获得了声望和使用的化学物质如APEO(烷基酚乙氧基化物)限制,联想增稠剂也需要APEO自由。第三个因素是现代零voc建筑涂料需要高效关联增稠剂,在零voc涂料配方,他们将提供相同的结果在类似的剂量和整合水平。
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现代和下一代联想增稠剂从科宁添加了第四个维度,即通过整合多功能化的稀释剂会降低涂料中其他成分的需要。最后,这些现代流变学之间存在一定的协同效应修饰符和其他添加剂,可以提供一个明确的优势给最终用户。例如,几个studies6证明使用绿色零排放的合并基于C-18(混合oleic-stearic)结构与可再生资源提供更高效的流变学比三甲修改,同时高(ICI)和中(KU)剪切率(图2)。
C-18(混合oleic-stearic)绿色接合的结构保证了乳胶粒子具有更大的疏水性比与C12-14脂肪含酒精的聚合表面活性剂或三甲,结果他们把更好的与关联增稠剂。通过使用这种零排放的绿色合并,流变学修饰符的使用通常可以降低10 - 15%相比,三甲。所有这些都是提供广泛的粘度概要和剪切率。下面我们讨论三个类的一般特征的现代关联作为高剪切增稠剂或ICI建筑商、mid-shear或KU建筑商,最后强烈假塑性关联流变学修饰符。
高剪切联想流变学修饰符
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一个新的先进的高剪切联想建立流变学修饰符是一个独特的平衡性质。这个新产品是基于终改性聚醚(HMPE)技术。这个新的流变学修饰符的整洁的粘度1800 - 2800 mPa。年代和固体水平的21%很容易处理和合并。除了VOC自由APEO的自由,这个新的流变改性剂在建筑高度的效率高剪切粘度也提供了中层剪切粘度的贡献。因此,结合水平较低是用来实现相同的ICI粘性目标,减少KU-builder是可能的,因此导致了一个很好的平衡的属性。在all-acrylic半光泽的室内50 g / L VOC配方,当这个新HMPE流变学对现有HEUR流变学修饰符修饰词相比,高出40% ICI粘度实现在流变学修饰符使用水平低10%。这不仅导致显著节省配方成本,而且在更高的耐擦洗性能,在同一流量和更好的抗凹陷水准评级,和类似的性能属性在所有其他方面。图3展示了新联想流变改性剂的效率,基于终改性聚醚(HMPE)技术与现有的(HEUR)以及现有(HMPE)流变学修饰符在一个all-acrylic半光泽的室内50 g / L VOC配方。
Mid-Shear联想流变学修饰符
就像在高剪切ICI建筑商在过去的几年里,已经有重大进展mid-shear关联的化学和结构流变学修饰符或KU建筑商。这一进展是在终改性乙氧基聚氨酯(HEUR)化学、以及终改性聚醚(HMPE)。通常这些系统VOC免费,APEO免费的,气味从重金属解放和自由,与高水平的效率。在一些原型特殊内置foam-suppressing、可再生润湿剂/合并,降低了需要用于其他添加剂在低voc涂料配方。在几个重要的比较研究,几个mid-shear关联流变学修饰符在丙烯酸系统原型,在半光泽的和平坦的配方,证明效率显著优于现有的商用低收入mid-shear流变学修饰符,以精良的凹陷低阻力和KU下降着色剂添加。在另一项研究在一个平坦的PVA配方,发现KU效率高出45%,较低的KU滴在着色剂添加着色剂添加后和更好的抗凹陷,相比现有的低收入mid-shear关联流变学修饰符。
强烈的假塑性流变学修饰符
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新开发的终修改乙氧基聚氨酯(HEUR) 3联想流变改性剂提供了一个强烈的假塑性流变学概要文件,通常是实现从阴离子丙烯酸增稠剂或纤维素制品。它设定了新的标准对效率作为一个关联增稠剂。达到相同的粘度级别(例如,20000 mPa.s),只有0.14%的新产品是必要的,与现有的产品,而活跃的两倍以上的产品是必需的(图4)。
图4清楚地表明,最近开发了聚氨酯增稠剂技术效率的两倍作为给定的参考产品。相比,这个效率效益还可以发现其他几个聚氨酯增稠剂能在市场上找到。
这个新的强烈的假塑性流变改性剂的粘度提供大约3000 mPa。约30%的年代和固体。因此,这种关联增稠剂很容易处理,而且易于集成。
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除了异常高水平的效率和VOC免费,APEO免费的,气味从重金属解放和自由,这个新的流变学修饰符,在比较研究对其他现有终改性乙氧基聚氨酯(HEUR)关联流变学修饰符,在半光泽的丙烯酸建筑涂料,演示了近乎完美的流和水平在同一凹陷(图5)和更好的耐擦洗由于使用低水平。在另一项研究中,类似的优势被证实,除了KU降低着色剂添加。
可能减少使用合成增稠剂在涂料配方不仅是有益的生态和经济的角度来看,它也有助于避免技术问题与水和/或耐擦洗涂料配方。所有这些绿色的好处让新一代增稠剂的理想选择经济和生态涂料配方。
可再生/分散润湿剂
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现代水性分散剂的高性能和高光泽颜料通常丙烯酸共聚物。聚合物设计包括色素affinic团体“锚定”在颜料表面。离子组负责静电稳定但最小化,以便不影响水的阻力负,而且额外的非离子组包含空间稳定的分散体系。在我们广泛的搜索“绿色”选择,我们已经发现,活性物的混合与必要的功能是半个同样有效和更灵活的比它的聚合物。色素oleo-based锚定组,站的“绿色”分子的一部分;空间稳定是由聚环氧乙烷和离子功能形式的羧基,硫酸或磷酸组。个人的分子结构活性物已经oligomeric-polymeric分子量从500 - 2500。这种灵活的原则导致良好的添加剂组合的合适的替代石化同行(图6)。与聚合物的无机颜料是同样的分散,而一些有机物略弱。这里的色素负载和糊粘度是少,但兼容性是改善与优秀的成本效益。
结论
优越的性能和绿色化学并不相互矛盾。相反,可再生资源的合理使用可以让我们绿色和创新产品,为行业创造独特的产品。有可能创新的添加剂解决方案,集新建筑涂料市场的行业标准。不仅为此合并显示优越的性能与petro-based同行相比,但也消泡器基于可再生材料今天成为现实。188金宝搏bet官网高效、零voc和多功能流变学修饰符使生产绿色水性涂料配方设计师优越的特性。可再生dispersing-wetting代理是一个经济替代僵化的聚合物和APEO-based普遍分散剂。加速增长预计环保绿色涂料,油漆供应商和制造商的合作是至关重要的实现表现最好的油漆也最负盛名的支持环保标签。
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本文报告在美国涂料会议,夏洛特,数控,2010年。
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