水性技术仍然是新兴涂料市场的主要焦点，而指定“绿色”涂料所需的属性也在不断变化。随着实现高性能产品的选择越来越多，低VOC、低气味和不含烷基酚乙氧基酯(APE)的树脂已成为绿色产品的首选。然而，随着涂料市场的不断扩大，与提供类似产品线的竞争对手区分开来变得越来越困难。
基于此，越来越多的公司正在增加和/或扩大其生物基水性替代品的投资组合，在不牺牲性能的情况下为配方商/最终用户提供另一种好处。含有生物基功能的产品性能与石油基产品相当，但全部或很大一部分由生物产品、可再生农业材料(包括植物、动物和海洋材料)或林业材料组成。188金宝搏bet官网这些材料仍然188金宝搏bet官网提供低VOC，低气味，不含APE，还有一个额外的好处是部分来自可再生原料来源。
使用由国内生产的生物原料制造的生物基产品可以减少我们对进口能源的依赖和我们国家对石油的依赖。此外，由生物生产的含碳材料制成的产品可能有助于减少释放到大气中的新碳量，从而使我们能够更好地管理碳循环。
生物基产品分类
涂料行业188BET竞彩一直在努力定义需要归类为环保的要求，但仍然为消费者提供高性能产品。消费者认可的涂料行业的大多数认证/标签计划都集中在化学品豁免、VOC限制、性能要求和包装约束上。188BET竞彩今天，几个独立的绿色认证流程，如绿色印章®和绿卫士®建立良好，具有严格的环境成分。各种各样的产品都符合这些要求，但是，继续前进，是否应该考虑其他因素来区分一个产品和另一个产品，并为制造商提供市场优势?
美国农业部推荐®程序是产品标签的最新选择。与其他绿色认证项目不同，它的主要功能是鼓励增加可再生农业材料的使用。188金宝搏bet官网该计划最初于2002年通过《农业安全和农村投资法案》(通常称为《2002年农业法案》)提出并获得资金。它在2008年被重新定义为不同的产品类别，可以受益于和传统上利用生物基材料。188金宝搏bet官网为了使这一分类标准化，发明了一种由外部实验室执行的认证测试方法，根据材料的可再生碳含量对其进行分类。188金宝搏bet官网ASTM D6866，使用放射性碳分析测定固体、液体和气体样品生物基含量的测试方法，是为了支持生物基认证计划而开发的。这种特殊的方法使用放射性碳年代测定法来确定产品中新碳的含量，作为有机碳总量的一部分。
生物医学项目由两个不同的项目组成。第一项举措是采购计划，根据联邦机构及其承包商采购所需的明确类别进行操作。在指定这些类别时，规定了最低生物基含量。目前，有97个bioprefer指定产品类别。产品类别是按介绍它们的“回合”和功能区域组织的。对涂料市场影响最大的大部分预定义类别都属于“建筑”功能领域。
属于涂料公司的具体类别是室内涂料和涂料:乳胶和水性醇酸[20%最低可再生碳含量(MRCC)];油基和溶剂基醇酸(67% MRCC);木材和混凝土污渍(39% MRCC)。第二项倡议是自愿认证和标签，为消费者提供符合bioper项目要求的生物基产品。对于不属于指定类别的产品，最低生物基含量为25%。这一选项应包括进入涂料配方的所有中间体，包括树脂和添加剂。目前，美国农业部正在制定如何处理构成成品的中间材料的细节。188金宝搏bet官网有关bioprefer计划的更多详细信息，请访问www.biopreferred.gov。
生物基树脂技术的好处
随着企业和消费者对生物基产品越来越熟悉，它们在市场上的接受度不断扩大，教育涂料市场使用生物基系统的好处是必要的。首先，生物基水性树脂表现出与非生物基树脂和传统溶剂型涂料相当的性能。性能比较的示例将在后面的讨论中更详细地介绍。此外，大多数生物基聚合物与固体树脂基础上的竞争性化学物质相比具有成本竞争力。此外，由于生物基材料易于获得，可再生，并且不依188金宝搏bet官网赖于石油化工产品的波动价格，因此它们的价格点往往更稳定。
要了解生物基材料的性能优势，需要深入了解生物可再生材料周围的化学性质。188金宝搏bet官网生物基涂料树脂通常是指醇酸，它是油/脂肪酸改性聚酯树脂和油改性聚氨酯/ ur醇酸(OMUs)。其他树脂化学成分可以包括生物基材料的改性，但不太常见。188金宝搏bet官网醇酸和聚氨酯技术已经使用了几十年，是溶剂型涂料化学的流行选择。然而，随着挥发性有机化合物的限制和环境分析的严格，溶剂型涂料相对于30年前只占市场的一小部分。就像其他树脂化学物质一样，将溶剂型载体转化为具有相应性能的水性载体的能力一直是研究人员面临的挑战。尽管如此，仍有许多公司提供具有这些性能特征的生物可再生树脂的水基版本。生物基树脂的主要性能优势是它在溶剂蒸发后通过氧化过程自交联的能力。醇酸和OMU化学中常用的脂肪酸含有不饱和位点，当暴露在空气中时，随着时间的推移会形成链间交联。醇酸和ur醇酸溶剂型体系的大部分分子量都是通过氧化过程形成的。 Because of this, they have a lower initial molecular weight. They offer good flow and leveling characteristics and good interchain diffusion.
醇酸乳胶树脂具有与溶剂型生物基树脂相同的成膜特征，因为它们的初始分子质量较低。图1描述了醇酸乳胶膜形成过程相对于传统的水性丙烯酸。水性脲醇酸，通常被称为聚氨酯分散体(PUDs)，是一种完全不同的现象。由于大多数PUD树脂具有非常高的初始分子量，最终膜的聚结仍然需要更高水平的溶剂。通过脂肪酸改性使聚合物具有自交联机制，可以在较低VOC水平下实现耐腐蚀和耐溶剂等性能。后交联聚氨酯涂料的表示如图2所示。现在，醇酸和油改性聚氨酯可用于低voc，低气味，无ape水性系统，它们为配方商带来了明显的优势。
使用生物基树脂来实现成品
醇酸由于其良好的综合性能、易于应用和低成本，多年来一直主导着涂料市场。它们可用于各种建筑和工业应用。然而，由于传统的醇酸可用于有机车辆，对低voc涂料的需求迫使研究人员开发出与高voc材料性能相当的醇酸基体系。188金宝搏bet官网
高固相醇酸在较强的溶剂中具有较低的初始分子质量，但通常性能较差。此外，这种方法只能使该技术的挥发性有机化合物达到最低水平，这已经受到了更严格的限制。接下来是几种水性醇酸技术，包括可水还原醇酸、醇酸分散体和醇酸乳液。第一代水性醇酸表现出良好的性能，但由于醇酸的水解倾向，稳定性和保质期是一个挑战。然而，随着水性树脂化学知识的发展和表面活性剂技术的进步，一些制造商开始提供包含一系列醇酸的水性醇酸，这些醇酸具有出色的稳定性，并具有与溶剂同类产品相似或更好的性能。
Reichhold提供高性能，下一代醇酸乳胶产品，商品名称为BECKOSOL®目前有八种产品的特色在商业线。最终用途包括木材染色、装饰搪瓷、工业和建筑底漆。所有树脂都带有自愿的bioprefer标签，生物可再生含量从34-68%不等，具体取决于树脂。最近增加的产品线是用于混凝土密封应用的特种树脂。BECKOSOL AQ 521是一种低voc，环氧改性醇酸乳胶，旨在提供良好的渗透力和基材润湿性。这种材料由大约54%的可再生碳，通过ASTM D6866验证。经过配制后，最终产品通过增强混凝土铺路石的自然颜色而不赋予光泽，为多孔混凝土和砌体表面提供无与伦比的湿润外观。涂料可以很容易地应用DIY和专业涂抹。
BECKOSOL AQ 521的产品开发是如何利用最新的树脂技术，利用生物基化学技术来达到溶剂型性能的一个主要例子。几种小于100 g/L的水性选择与现有的水性和溶剂型商业产品进行了筛选。水溶性油、聚氨酯分散体、醇酸分散体、环氧酯分散体和醇酸乳胶树脂技术都被考虑在内。有六个商业对照，范围从~100克/升到大约700克/升，固体重量为20-33%。在标准配方中筛选候选树脂，将其调整为25%的固体重量，仅使用树脂、催化氧化的干燥剂和水。对所有材料的光泽度、附着力、耐磨性和耐化学性、风化暴露和delta L(未涂层摊铺机与涂层摊铺机的明/暗度的衡量标准)进行了评估。188金宝搏bet官网
通过三种工艺的图形比较，生物基乳胶树脂的高性能更加明显。图3显示了在不同基材上的最高性能的市售溶剂型醇酸、最高性能的市售非生物基水性醇酸和新型生物基水性醇酸，而表1提供了性能数据的摘要。
根据该测试方案，数据表明，BECKOSOL AQ 521密封剂在~70 g/L时的性能与溶剂性控制非常接近，远远超过了700 g/L以上的VOC限值。黏附测试中一个非常关键的信息是，与两种商业对照相比，生物基水性选择的湿黏附得到了改善。新型生物基湿式密封剂是唯一一种因混凝土失效而失效的密封剂。非生物基水性涂料和溶剂型涂料均出现粘性湿粘失效。耐化学性、耐磨性、水点吸收性和光泽度在所有树脂类别中是相似的。商用水上控制系统的delta L值远低于其他两种系统。这只是展示生物基树脂替代品高性能、低voc特性的一个例子。
与醇酸化学一样，聚氨酯化学也是一种广泛应用的技术。有几种类型的聚氨酯，包括单包和双包涂料，范围从软的热塑性弹性体到硬的热固性涂料和刚性绝缘泡沫。聚氨酯的主要成分是异氰酸酯和乙二醇。本讨论范围内的特定类别的聚氨酯是油改性聚氨酯或ur醇酸酯。这些涂层粘合剂是单组份聚合物，不含游离异氰酸酯基团，并与油反应引入垂坠脂肪酸基团，因此合成的聚合物可在室温下氧化自交联。聚氨酯的应用范围从木材、金属和混凝土基材到塑料涂料到皮革基材。与醇酸一样，第一代聚氨酯的供应和制造成品的VOC含量非常高。该化学领域的研究人员还尝试了低分子量聚合物的高固体版本，但为了平衡性能，再次限制了最低VOC水平。
然后开发了聚氨酯分散体，以满足较低的VOC要求，但仍然提供理想的性能。pud的形成有三个步骤:1)通过异氰酸酯/乙二醇组分的反应形成中间体/预聚体，其中一个乙二醇单体含有残留的酸功能，使系统易于在水中分散;2)预聚物的中和和分散;3)通过异氰酸酯/胺反应进行扩链。
通过将脂肪酸修饰的乙二醇单体掺入预聚体中实现生物可再生含量。尽管PUD树脂主要是在水中提供的，但它们仍然需要使用助溶剂，通常是n-甲基吡罗烷酮(NMP)，以达到所需的聚成量以获得所需的性能。但是，随着VOC的限制持续下降，NMP在某些市场上因吸入危险而受到关注，不鼓励使用这种特殊的助溶剂。今天，某些制造商提供具有替代共溶剂或无共溶剂的聚氨酯分散体。
UROTUF®自交联PUD F100-W-36就是一个例子，它为木地板和其他各种应用提供了一种无助溶剂的配方。提供的树脂含有52%的可再生碳含量，通过ASTM D6866测试验证。性能特点是干得快，具有良好的耐染色和耐化学性，具有良好的耐腐蚀和耐磨性。由于这种树脂没有助溶剂，配方商可以自由选择低毒性的聚结溶剂。
在透明封底机中，UROTUF F100-W-36为承包商提供了与传统溶剂型透明漆相同性能的表面处理，并可在同一天内使用多种涂层。工业用树脂推荐的共溶剂包括二丙二醇单甲基醚(DPM)、三丙二醇单甲基醚、丙二醇单丙醚、丙二醇单丁基醚和异丁醇。根据溶剂的选择，使用指甲划伤测试达到所需抗损伤性的时间会有所不同。表2显示了UROTUF F100-W-36与高VOC商业油改性聚氨酯(高VOC)和低VOC市售高固体OMU的性能比较。请注意，所有UROTUF F100-W-36报告的数值都是用DPM配制为175 g/L。
从数据来看，很明显UROTUF F100-W-36提供了与不合规溶剂剂型相同的性能。研究人员面临的挑战之一是在24小时内获得所需的抗腐蚀能力。这种新的无溶剂，生物基替代品提供了与缩短干燥时间。在配制自交联PUD清漆时，关键成分之一是使用氧化催化剂来实现所需的性能。已经确定，在这些体系中，使配制的涂层在环境温度下平衡7天，最容易获得最大性能，特别是抗损坏性能。良好的硬度发展，优异的耐化学性，以及木地板和其他应用所需的耐磨性，都是通过与生物基PUD配方实现的。如前所述，与表中所示的其他两种体系相比，高固体含量、低voc的溶剂型OMU的性能较差。
总结
随着涂料行业的不断188金宝搏bet官网发展，生物基材料越来越被人们所接受。188BET竞彩配方师正在体验这种自交联技术为成品带来的高性能特性。生物可再生性不仅使树脂成分更加环保，而且允许配方商在较低的VOC水平下实现高性能。本出版物中重点介绍的产品线的多功能性只是由各种制造商提供的几种生物基产品的两个例子，这些制造商正在帮助关键的行业参与者区分自己。
确认
作者要感谢以下个人对该出版物的技术贡献:Jennifer Hall, Alan Toman, Shi Yang, Kristy Hayes, Rob DeRuiter和Bryan Naderhoff。
更多信息，请访问www.reichhold.com．
