彩色封装丙烯酸粘合剂| 2014-01-06 | PCI杂志 - 188bet搏金宝,188金宝搏bet官网

F对于世界上的大多数建筑来说，外观是一个关键参数。一个美丽的façade通常被认为等同于一个坚固的，制作精良的，持久的建筑。高度耐用的美学性能是高性能外观涂料的好处之一。为了保持良好的外观，外部油漆必须抵抗气候变化，以及来自人为或自然来源的污垢。尽管配方中的每种成分都对涂料的最终性能有一定影响，但粘合剂在决定干膜的性能和寿命方面起着最大的作用。在这篇文章中，我们研究了如何通过正确的粘合剂选择配方，获得具有良好环境概况的高级外部涂料。

卓越的耐用性纯丙烯酸技术

目前，不同的粘合剂技术用于薄膜砌体外墙涂料。它们的选择取决于经济考虑、表现，有时也取决于历史习惯。

在欧洲，以苯乙烯-丙烯酸为基础的体系是这一漆段中使用最广泛的，尽管由于芳香族苯乙烯单体引起的紫外线降解，它们很容易出现垩白(图1)。硅酸盐涂料常用于修缮历史建筑。当要求高性能时，纯丙烯酸粘合剂通常是首选，它们优越的耐久性已得到普遍证明——不仅是在矿物基材上，因为它们也是保护木制建筑的领先技术。

丙烯酸技术提供了更好的抗紫外线性和减少粉笔化，尽管不同的性能水平可以发现丙烯酸涂料取决于粘合剂的组成和配方。

涂层的主要性能来自于粘合剂的组成，但是附加的聚合物特性，如交联、氧化或UV固化和/或特定形态，可以提高整体性能，在大多数情况下提高污垢吸附性能。

颜料封装技术(PET)

陶氏涂料材料公司开发的技术是一种能够封装矿物颜料的丙烯酸聚合物。188金宝搏bet官网有机相中矿物颗粒的均匀分布导致了油漆配方商多年来寻求的几种性能改进。

隐藏的效率

散射效率受两个参数的影响:折射率差(越高越好)和颗粒大小。米氏理论认为，粒子的最佳尺寸是可见光(400 ~ 800纳米)的一半，即300纳米。

为了获得最佳的散射，二氧化钛(具有非常高的折射率)的粒径必须达到300纳米，而TiO₂粒子之间必须充分分离。TiO和TiO之间的最小距离₂粒子称为散射球。

不幸的是，在水性涂料中，TiO₂当它的浓度增加时，它倾向于聚集，提供比理论预期更少的隐藏(图2)。

在现实中,TiO₂油漆膜中的分布最多是随机的，因为没有动力使颜料颗粒彼此有序或分离。这就导致了TiO的高和低₂粒子浓度，如实际漆膜的电子显微镜图(图3a)所示。当TiO₂粒子拥挤在一起，它们的光散射区重叠，减少了隐藏的净效应(图3a)。

色素EncapsulationPolymer化学

基于陶氏专有色素封装技术的新型聚合物既可作为粘合剂，也可作为隐藏增强剂。这项技术提高了TiO₂粒子分布和减少拥挤，如图3b中实际的漆膜所示。这种粒子分布的改善导致了更高的光散射效率，并有机会以减少10%到20%的TiO生产高质量的白色和柔和的建筑涂料₂如果你选择降低TiO₂内容和获得的隐藏性相同。

颜料封装技术采用一种专门设计的成膜聚合物与TiO表面相互作用₂粒子。在油漆制造过程中，聚合物包围个别TiO表面并与之发生反应₂粒子通过一系列的吸附。当更多的聚合物颗粒被吸附时，TiO₂表面变得越来越饱和。结果得到了一种颜料-聚合物复合材料，如图4所示，通过计算机模拟和电子显微镜图进行了演示。保证这一最佳TiO所需的最小吸附聚合物水平₂计算了复合材料的形成过程，并确定了吸附聚合物与TiO的比例₂1.35的内容。添加比最低要求更多的聚合物不是问题，甚至可以带来薄膜性能的好处，我们将在后面演示。

随着漆膜干燥，颜料-聚合物复合材料聚集在一起形成一层薄膜，单个TiO₂粒子之间不再能够紧密接触，因为它们被周围吸附的聚合物分开了。这种配置鼓励更均匀地分布TiO₂减少光散射重叠面积，如图5所示。

如图6所示，基于颜料封装技术的聚合物减少了散射重叠，改善了TiO的效率曲线₂当光散射被测量为TiO的函数时₂使漆膜平整(红线)。

改善耐久性

尽管使用色素封装技术的第一个优点是提高隐藏或减少TiO的量₂，耐久性的增加是获得均匀膜的另一个结果。

为研究涂料封装工艺对涂料耐久性的影响，制备了一系列外墙砌体涂料。参考涂料以Tg ~6℃的自成膜纯丙烯酸粘合剂为基础，总PVC为52%，TiO₂~ 14%的PVC。

基于类似Tg作为参考粘合剂的封装技术，用纯丙烯酸聚合物进行了三种重新配方。TiO的₂分别降低10%、15%和20%，并按比例替换为各种增稠剂(表1)。为了只观察PET对不透明度和耐久性结果的影响，在所有配方中保持不透明聚合物不变。因此，这三种重新配制的涂料结合了两种自成膜的丙烯酸粘合剂:一种粘合剂是PET粘合剂，另一种是传统的非颜料吸附粘合剂。PET粘合剂的用量足以将TiO充分封装起来₂，将非吸附粘合剂添加到所需的水平，以保持总PVC为52%。

最后制备了一种涂料，其中吸附聚合物作为唯一的粘合剂(过量聚合物基颜料封装技术)和TiO₂等级没有降低;这种涂料显示出优越的隐藏性，并被认为是外观耐久性方面最好的。

这五种涂料被应用在铝板上，并暴露在我们在伊斯坦布尔的一个地点。该站点位于靠近钢铁厂的港口，因此可以快速测试污垢拾取潜力(主要是工业污垢)。我们测量了涂料暴露在南45°4和9个月后的白度变化;L* (δ L)的变化见图7，清楚地显示了颜料封装技术对污垢吸附阻力的积极影响(δ L越低，污垢收集量越低;也就是说，油漆保持更白)。

图8显示了在伊斯坦布尔南45°暴露8个月后，这些白色油漆应用在纤维水泥面板上的状态。最左边的不含pet的油漆，由于污垢聚集较多，显示出较灰色的外观。

基于自成膜丙烯酸酯的参考涂料显示出更高的污垢吸附性(9个月后德尔塔L=15.8)，比仅用含有类似Tg的吸附粘合剂(PET)配制的涂料含有相同量的TiO₂扩展剂(9个月后δ L=12.3)。这种性能的提高是由于更均匀的表面和更少的粗糙面，可以固定污垢沉积和导致更快的污垢收集(图3b)。

这增加了TiO的均匀封装₂结果在整体上提高了外膜的耐久性，具有优越的污垢捡拾能力和颜色保持能力，我们将在下一个演示。

另一个砌体系列研究比较了一种基于PVC 45%自成膜纯丙烯酸粘合剂的参考涂料与我们的纯丙烯酸PET粘合剂的重新配方，其Tg去除15%的二氧化钛含量。这两种涂料是用有机酞蓝颜料着色，并应用在铝板上。为了测试加速耐久性，将它们放置在Q-UV柜中2000 h，在UV-A (340 nm)下60°C下循环4 h，然后在50°C下冷凝4 h。通过测量不同曝光时间下的L*、a*、b*值，计算δ E来监测颜色;初始颜色和经过一定时间后得到的颜色之间的差异在图9中报告为参考和PET重新配方的Delta E。

以传统丙烯酸粘合剂为基础的参考涂料显示出显著的颜色变化，特别是在1000到2000小时的曝光之间ΔE = 1.7ΔE = 6。用该封装丙烯酸树脂配制的涂料具有较好的色稳定性ΔE在1000小时到2000小时之间从1.5增加到1.8。

用传统的自成膜丙烯酸粘合剂制成的漆膜观察到的褪色可以用由于漆膜表面降解而导致的粉笔化来解释。另一方面，使用含有PET丙烯酸粘合剂的涂料可获得更持久的涂层，这产生了更均匀的膜完整性。

该封装技术还提高了其抗枯萎性。有机相中矿物颗粒的最佳分布提高了薄膜的内聚力，这种新的吸附技术提高了薄膜与矿物基质的附着力，为最终的涂层提供了优越的花光泽。这种好处已经被观察到在纤维水泥面板的真实外部暴露与早期的颜料封装技术的原型，如图10所示。

生命周期评估-环境影响考虑

为了了解采用这种颜料封装技术可能产生的环境影响，对水性涂料进行了比较生命周期评估(LCA)。本次LCA的目的是对使用上述色素封装技术生产的水性涂料的环境性能和许多现有的传统粘合剂技术(例如，丙烯酸，苯乙烯/丙烯酸，醋酸乙烯/丙烯酸，醋酸乙烯/乙烯)用于墙壁保护和装饰的环境性能进行客观评估，并对结果进行比较，以帮助促进我们行业对情况的了解。

LCA是按照国际标准(ISO 14040和ISO 14044)的要求进行的。第三方审查(由普华永道，全球可持续发展服务公司(PWC))和同行审查由选定的LCA和行业专家为本研究提供独立意见。7种水性涂料配方反映了典型的pvc，在本LCA中进行了评估。考虑的生命周期阶段是:所有材料的生产、应用、维护和寿命结束。188金宝搏bet官网我们选择了以下生命周期清单指标和聚合的环境影响类别来评估水性涂料的环境性能:一次能源消耗、总用水量、固体废物生产总量、废水化学需氧量(COD)、大气(非甲烷)挥发性有机碳(NMVOC)排放、非生物资源消耗、温室气体效应(GHG)增加、酸化潜力、人类毒性和富营养化潜力。

本研究使用的功能单元是覆盖1平方米墙面20年的涂料数量(基于涂料的标准质量标准)。本LCA的所有结果和结论都涉及该功能单元。

LCA中使用的数据来自不同的来源，主要包括直接从陶氏工厂、LCA学术出版物、区域、国家或行业标准收集的乳液/分散聚合物生产数据，以及对研究机构和涂料制造商的采访。在没有直接数据的情况下，根据与行业专家的讨论做出假设，然后与涂料制造商进行验证。在确定的生命周期中，水性涂料的生产阶段(原料、乳液/分散剂和涂料)对环境的影响最大。188金宝搏bet官网对于1公斤水性涂料的生产，原材料的嵌入影响对环境的影响最大;188金宝搏bet官网生产过程只贡献了一小部分。深入研究细节可以发现，在水性白色涂料中，大部分嵌入的环境影响可以追溯到粘合剂(分散聚合物)或颜料(TiO₂)，在大多数情况下，颜料是最大的贡献者(颜料的贡献通常是粘合剂的两倍左右)。

图11显示了上述定义的功能单元的对比结果，白色外墙砌体涂料的整体PVC为50%。与其他粘合剂技术相比，全丙烯酸聚合物组成的颜料封装技术在所有研究的影响类别中产生的影响最小。同样，影响减小的驱动因素是TiO₂减少(与传统配方相比重量减少15%)和性能改进。