公众对可持续发展和保护自然意识的提高导致了对环保产品的高需求，甚至产生了新的法规。因此，对创新和所谓“绿色”解决方案的需求比以往任何时候都要大，并对涂料配方的所有成分提出了挑战，即使只是少量使用。生物技术为一种全新的消光添加剂打开了大门，与传统的消光剂(如蜡和二氧化硅)相比，它具有前所未有的性能组合。这种新型添加剂是基于一种生物聚合物，这种聚合物是通过细菌发酵从糖中获得的。基于生物聚合物的产品源自可再生资源，完全可生物降解，不含GMO(转基因生物)(图1)。
涂层的抠图
在过去的几年里，在实现更环保的产品的角度下，无溶剂配方的发展得到了大力推动。溶剂的遗漏带来了新的挑战。虽然传统涂料相对容易磨砂，因为由于排放，薄膜在硬化后会收缩，但无溶剂系统，如100%紫外线固化系统，是出了名的难以磨砂。
二氧化硅消光剂在大多数涂料体系中是非常常见和有效的。在无溶剂体系中所需的二氧化硅量，特别是深层哑光涂料，明显高于其他涂料。标准的二氧化硅消光剂经常引起粘度的强烈增加，并增加额外的触变性。因此，需要使用更多的活性稀释剂或特殊设计的润湿和分散剂，以降低粘度，使其具有牛顿流动特性并具有抗沉降性能。也有许多有机改性二氧化硅消光剂，不显著影响粘度，但这些在降低光泽的效率较低，往往表现出泡沫稳定和透明度较低。
一般来说，蜡类添加剂对粘度的影响不像二氧化硅那么大，但对于实现低光泽表面来说，它们的效率不够高。与一些酰胺蜡，负面的副作用，如泡沫稳定和烟雾也被观察到。使用蜡添加剂如改性HDPE的好处是改善薄膜性能，如机械阻力。通常，蜡添加剂与二氧化硅结合使用，因为改善了膜的性能，如划痕和耐磨性。此外，聚合物消光剂易于掺入，对粘度影响小，因此有可能使用。然而，它们通常不能达到预期的性能。以下是使用新型生物聚合物添加剂获得的结果。
100% UV系统的抠图效率
在三种不同的无溶剂UV体系中测试了新型生物基产品的擦除性能:聚酯丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯和含有光引发剂和DPGDA作为活性稀释剂的环氧丙烯酸酯。对未经处理和处理过的二氧化硅进行比较。用溶解剂将消光剂加入配方中，24小时后，用棒式涂抹器将配方涂抹在对比卡上，并用水银灯(120w /cm，带速:5 m/min)固化。用BYK-Gardner公司的微三光泽仪在60°角下测量固化膜的光泽度。
该新型微粉化生物聚合物的消光效率为CERAFLOUR 1000，表现出良好的消光效果，且对粘度没有不利影响。例如，与7.5%未处理的二氧化硅相比，7.5%生物聚合物的粘度从500 mPa增加到550 mPa。s相对于500到3000兆帕。S在聚酯丙烯酸酯体系中。与处理过的二氧化硅相比，生物聚合物的消光效率在普通UV体系中更高或相同(图2)。在聚酯丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯体系中，添加7.5%的生物聚合物基添加剂，60°角的光泽度可降低10-20%。这与未处理的二氧化硅相当，比处理过的二氧化硅更好。
该生物聚合物基添加剂易于掺入;不需要高剪切力。在掺入过程中，没有观察到灰尘和泡沫的稳定。
消光均匀性
在UV系统中，均匀的光泽通常是一个很大的挑战。薄膜厚度的微小变化会产生光泽度的差异。将上述聚酯丙烯酸酯涂上不同的薄膜厚度，并测量其光泽度。与其他消光剂相比，如处理过的和未处理的二氧化硅，以及蜡和有机聚合物，观察到，使用这种新型添加剂，光泽度相当独立于薄膜厚度(图3)。
该添加剂也已在100%紫外线以外的系统中进行了测试。在许多水性的1K, 2K和UV系统中观察到良好的抠图效率。在大多数情况下，得到的结果与常规消光剂相似。在溶剂型体系中，消光性能优于蜡添加剂，在某些情况下，如二氧化硅。生物聚合物与二氧化硅、聚合物消光剂和蜡添加剂的组合是可能的。
清晰
一般来说，透明涂层被定义为能够传输光，使物体或图像可以被看到，就好像没有中间的材料一样。当在涂层中加入消光剂时，穿过涂层的光会部分散射。我们的视觉可以清楚地区分广角散射和窄角散射。广角散射使光向各个方向扩散，导致对比度的损失，也称为雾霾。窄角散射使光在小角度范围内扩散，且浓度高。它影响了如何通过标本看到细节，换句话说，它描述了清晰度或透视质量。1木纹涂料的高清晰度是可取的:木纹应清晰可见。
为了评估涂层的透明度，将新型生物基添加剂与有机处理二氧化硅、酰胺蜡和改性HDPE蜡进行了比较。消光剂与溶解剂合并到2K溶剂型聚氨酯体系中，24小时后将配方倒在PE箔上。使用haze-gard plus测量清晰度(图4)。
所制备薄膜的雾霾值，也用haze-gard plus测量，对照组为7,22±1为酰胺蜡、改性HDPE蜡和新型生物基添加剂的涂层，37为有机处理二氧化硅。与处理过的含硅或含蜡的薄膜相比，含生物聚合物的薄膜显示出更高的透明度，因此，该生物聚合物添加剂特别适用于具有高透明质量的低光泽涂料。
在100% UV系统和水性涂料中也观察到这种高透明度。在所有体系中，粒子的取向都非常均匀。
用上述的2K溶剂型聚氨酯体系在对比卡上画出薄膜，用扫描电镜研究了薄膜的横截面。图像显示了粒子在整个最终涂层截面上的均匀分布(图5)。
触觉属性
物体的触觉特性描述了感觉，是一个热门的研究领域。从产品的竞争角度来看，这变得越来越重要。触觉性能可根据涂层的性能进行调整。好的触觉，在我们的定义中，是一个光滑的表面，有柔和的触摸效果。为了测试其触觉性能，制备了几种以聚酯丙烯酸酯粘结剂为基础的样品，其中含有光引发剂和DPGDA作为活性稀释剂。采用二氧化硅、有机处理二氧化硅、酰胺蜡、改性HDPE蜡和新型生物基添加剂作为消光剂。用棒式涂涂器涂覆涂层，得到厚度为20 μ m的干膜。然而，目前还没有测试涂层样品触觉特性的设备。一些人被要求通过触摸来评估样本。含有生物基添加剂的涂层一直被认为是最光滑和最令人愉快的。 It is noteworthy to say that the improved haptic properties don’t generate an increase in slip. The coefficient of friction of the coating with and without the biopolymer was similar.
使用共聚焦3D显微镜(FRT GmbH的MicroSpy Topo DT)对涂层表面进行更详细的检查。代表性图像显示了表面粗糙度和结构的差异(图6)。含有二氧化硅的涂层具有最粗糙的触感，在表面有规则的细海拔分布。另一方面，含有生物聚合物添加剂的涂层具有最令人愉悦的触感，其特征是粗标高分布规律。
易于合并和存储稳定
如上所述，对于聚酯丙烯酸酯体系，以生物聚合物为基础的添加剂通常易于纳入所有类型的涂料配方中，而不会形成灰尘或稳定泡沫。此外，在各种体系中都观察到良好的存储稳定性。在这方面，将生物基添加剂添加到涂层配方中，并在高温下储存4周。贮藏前后涂膜均表现出相同的低光泽度，且无种子和硬沉降现象。在100% UV体系中，生物聚合物基添加剂在罐内分布均匀，存储后也是如此。相比之下，二氧化硅倾向于沉淀和蜡膏，如100%聚氨酯丙烯酸酯体系所示(图7)。
改善薄膜性能
总的来说，含有生物聚合物添加剂的应用薄膜表现出良好的流平性。此外，还观察到添加剂可以提高涂层的耐划痕和耐磨性。在这方面，添加剂被纳入到基于丙烯酸酯分散体系。对所应用的薄膜进行了不同的试验方法，如SATRA摩擦试验或Taber磨损试验。在机械膜性能的增强方面，生物聚合物基添加剂的表现优于二氧化硅和聚合物消光剂，但与改性HDPE蜡相比则较差。建议与改性HDPE蜡组合以获得额外的机械阻力改善。使用基于生物聚合物的添加剂，没有观察到抛光或抛光效果和手指痕迹。
总结
研制了一种具有优良综合性能的新型生物聚合物基添加剂。该产品100%基于可再生资源，在垃圾填埋场等正常条件下完全可生物降解，没有有毒废物，因为它最终会转化为二氧化碳和水。其主要优点是卓越的抠图效率，特别是在UV系统中，结合高透明度和温暖，平滑的触觉，不影响滑动。此外，该添加剂还能改善划伤、磨损和堵塞性能。它可用于无溶剂、溶剂性和水性体系，对粘度没有不利影响。易掺入，无粉尘形成，泡沫稳定，具有良好的储存稳定性。
参考
1www.byk.com，仪器，BYK-Gardner目录，或http://www.byk.com/en/support/instruments/downloads/catalog.html．
本文最初发表在2012年5月的《欧洲涂料杂志》上。
