在过去的几年里，巴斯夫分散剂、树脂和性能添加剂团队一直致力于原创市场研究，以更好地了解DIY (DIY)建筑涂料消费市场。这项研究包括了北美的消费者焦点群体，研究表明，DIY消费者的满意度在很大程度上是由使用涂料的体验决定的，而“应用”是一个差异化因素。诸如“简单”、“流畅”、“高效”和“可扩展”等术语在不同的焦点群体中被一致提及。为了更好地理解这种定性描述符，并指导新的聚合物和性能添加剂产品的开发，巴斯夫研发实验室开始建立DIY人员所说的涂料应用与技术测量之间的关联。

亲自DIY推出研究

最初的现场展示研究是由>50个DIY画家进行的。每个参与者用三种不同的市售油漆涂了3块4'x4 '预底漆的干墙板，每一块都使用了标准的1 / 2 ' '涂胶辊。所有的商业涂料都是室内建筑用的绸面涂料(光泽度60°~20)，价格在30- 50美元之间，具有不同的流变特性(图1)。该研究以盲随机实验的方式进行，这些涂料被标记为a、B和c。在油漆工应用涂料时进行技术测量，包括峰值和平均施加的力(使用安装在石膏板后面的测力仪)，油漆时间和油漆重量。在刷完每块石膏板后，研究人员会问参与者一系列问题，包括他们对刷墙容易程度的看法。此外，在漆板干燥后，由巴斯夫技术小组根据搭接痕迹、凹陷/滴水痕迹、覆盖范围和整体外观对干膜外观进行评级。最后，研究人员会问粉刷人员他们更喜欢哪种油漆。

这项初步研究的结果表明，最重要的驱动因素是涂料的使用量和最终干膜外观(图2和3)。换句话说，当一个油漆工可以在干墙板上涂更多的涂料时，他们就涂料的容易程度打分更高，干膜外观评分明显更好。让我们惊讶的是，在三种商业油漆之间，油漆的用量有显著的差异，当他们使用油漆C时，每个画家使用的油漆重量最大(图4)。此外，当画家被问及他们最喜欢三种商业油漆中的哪一种时，几乎一半(48%)的人更喜欢油漆C而不是其他两种商业油漆。表1列出了所有三种涂料的粘度测量值。然而，与油漆A和B相比，试图得出什么油漆属性对油漆C的性能有贡献的结论是不成功的，因为样本集很小，只有三种油漆。

20种商用涂料的基准研究

为了更好地理解哪种物理属性有助于DIY消费者满意度，进行了一项更大的基准研究，包括20种商业室内建筑涂料(60°光泽度~10;价格范围20 - 70美元)。记录每种涂料的以下物理测量:KU、ICI、静态表面张力、动态表面张力(DST)、旋转流变学和拉伸流变学。此外，还开发了新的测试方法来量化干漆膜的“平滑度”，并测量从漆盘转移到滚筒上以及随后从滚筒转移到基材上的油漆量。下面简要介绍每种新的测试方法。

动态表面张力

涂装是一个需要快速生成新界面的过程。界面性质是由表面活性物质向新形成的界面迁移的速度决定的，这是一种非平衡现象。静态表面张力是一种平衡测量，当表面活性剂扩散的影响变得重要时，它失去了一些相关性。因此，巴斯夫开发了一种测试方法来测量涂料的DST，作为一个更能预测涂料应用“感觉”的参数。而DST则经常用于测定油墨的印刷性能。¹由于油漆配方的高粘度，它没有被用于涂料应用。用于测量DST的最大气泡压力方法的推荐粘度上限为50 cP。因此，DST数据是在中等至高气泡表面老化值(25毫秒至几分钟)下测量的一系列稀释涂料生成的。然后用这些数据推断出实际的表面年龄和固体百分比的相关条件。图5显示了几种商业涂料的DST值，其中显示了很大的差异。较高表面年龄(>1000 ms)时的DST开始接近并与通过传统Du Noüy环法测量的静态表面张力良好相关(表2)。

旋转和伸长流变学

通过旋转“锥板”法(正斜和负斜)和使用HAAKE CaBER流变仪的灯丝破碎流变仪测量了商用涂料的流变特性。锥板法通过测量平板上与涂料接触的窄角锥上的扭矩来计算涂料在不同剪切速率(角速度)下的粘度，而CaBER法则测量涂料毛细管变薄的动力学。在毛细管稀释法中，涂料与短距离内迅速分离的两块板接触，同时测量灯丝尺寸的变化。与DST类似，后一种工艺可能是涂料应用“感觉”的一个更有预测性的参数，因为在涂料从滚轮涂涂器转移到或转移到滚轮涂涂器时，灯丝变薄是普遍存在的。图6和7显示了一些商业涂料流变特性的示例。

定性和定量平滑度评定

在测量了上述油漆的物理性能(包括KU、ICI、静态表面张力、DST、旋转流变性能和延伸流变性能)后，将每一种商用油漆辊涂在4 ' x 4 '干墙板上，由40多名评委根据光滑度、lap marks和覆盖率对干漆外观进行定性评定(图1)。每一种涂料的平滑度都是定量测量的，方法是用绒毛辊将涂料涂在透明的聚酯薄片上，让样品干燥，并对样品进行背光数字图像。然后用这些图像使用数字成像处理软件(ImageJ，图8)计算粗糙度值。²图9显示了一组评委的视觉平滑度评分与使用上述方法测量的表面平滑度之间存在良好的相关性(相关因子r>0.7)。此外，与轮廓术或其他表面图像分析技术等现有技术相比，使用ImageJ的方法对视觉平滑度评分具有更好的相关性(表3)。

涂料转移到和从午睡辊

最后，开发了一种方法来量化涂料在喷涂辊上的接受度，以及随后涂料从辊上转移到密封基板上的过程。对于这种方法，对可洗性和磨损测试仪(磨砂机)进行了改进，以容纳一个定制的油漆托盘和一个改进的加重漆辊，该漆辊安装在一个4英寸的滚筒盖上。油漆盘装入预定数量的油漆，然后一个预先称重和调节的涂漆辊通过滚动它的设定周期数的油漆。重量的差值被记录为滚筒卷起的油漆量。随后，一个密封的磨砂板被放置在加载的滚筒下，滚筒通过来回滚动一定次数的循环将油漆涂到基材上。同样，重量的差异被记录为滚轮释放到基材上的油漆量(图2和图3)。图10显示了滚轮吸收的油漆量在商业油漆之间的一些差异(蓝色左侧x轴;~40g)和转移到基材上的油漆量(红色右侧x轴，3-6克)。

统计数据分析

所有收集到的数据被用来建立一个统计模型来预测油漆转移、油漆平滑度以及因此DIY消费者满意度。以物理涂料参数(KU、ICI、静态表面张力、DST、旋转流变性和拉伸流变性)作为输入因子(预测因子)，以定性平滑度、定量平滑度和涂料转移数据作为响应因子。大量的经验模型在数据上训练;由于数据的性质，重点是模型可以处理i)比观察更多的预测和ii)预测之间的共线性。偏最小二乘(PLS)模型是一种非常适合“降维”的潜在变量技术，在描述所需组件相对最少的数据方面最一致。然而，要获得不错的可预测性(Q²~ 0.6)，必须识别并去除异常值，即某些样本不符合大多数样本的一般行为/化学特征。然后，该模型用于多目标优化，以预测物理涂料参数，导致最高的涂料转移和最佳干膜外观。优化预测，具有以下性能的涂料将具有最佳的涂料转移和干膜外观:

• 这里高
• 高谷
• 长丝直径快速减小的延伸流变学曲线
• 牛顿旋转流变剖面(较低屈服点，较低剪切减薄)

注意，预测是在数据集的范围内进行的。例如，20个商品涂料样品的KU和ICI范围分别为91-110和0.6-1.6。因此，该模型建议KU ~110, ICI ~1.6。还要注意，对于这个数据集，静态和动态表面张力都不是预测油漆转移和干膜平滑度的重要变量。

选择合适的流变改性剂

为了确定合适的流变改性剂包，使我们能够配制出模型所建议的涂料，我们收集了>20种不同的流变改性剂包(在标准的全丙烯酸乳胶漆配方中)的旋转和延伸流变特性。每种涂料配方含有两种不同的流变改性剂，通常是低剪切加高剪切，或中剪切加高剪切流变改性剂，并调整为KU为100±3,ICI为1.0±0.1。所使用的流变改性剂包括非离子缔合(HEUR/HMPE)、阴离子缔合(HASE)和非缔合增稠剂(ASE)技术。2022世界杯八强水位分析不出所料，不同增稠剂包装的涂料配方之间的流变学分布呈现出显著的差异。例如，图11和图12显示了Rheovis的旋转流变曲线和伸长流变曲线^®AS 1237结合Rheovis HS 1303(橙色曲线)对比Rheovis AS 1188结合Rheovis PE 1331(蓝色曲线)。根据上面建立的模型，Rheovis AS 1188/Rheovis PE 1331在这种特殊的配方中更可取，因为它在旋转流变仪上表现出更牛顿的流体行为，在HAAKE CaBER流变仪上具有更快的灯丝还原速度。

模型涂料配方及推广研究

然后用上述所得的结论配制出两种PVC含量为23%的涂料。第一种涂料的配制具有低KU(90)，高ICI(1.5)，长丝直径快速减小的拉伸流变特性和牛顿旋转流变特性。第二种涂料的制备模型具有高KU(115)，高ICI(1.5)，长丝直径减小较快的拉伸流变特性和相对牛顿旋转流变特性。需要注意的是，一旦增加了KU，就很难实现快速的灯丝还原和牛顿流变剖面。然而，对于高KU和高ICI的涂料，我们选择了一种增稠剂包，这种增稠剂包可以提供最快的灯丝还原速度和最多的牛顿流变性能(图13和14)。

然后将这两种配方涂料与三种商业涂料进行比较。在最初的DIY Live Rollout研究中，最受欢迎的油漆(油漆C)被列为商业油漆之一，如油漆1。使用上述油漆转移测试，与首选的商业油漆(油漆1)相比，巴斯夫配方的油漆显示出略少的油漆吸附和转移，但明显高于平均的商业油漆(油漆2和3;此外，四名评委使用类似于现场DIY研究的方法，根据应用感觉对涂料进行了主观评价(1 -5分)(1 =最差;5 =最好)。平均而言，KU(115)高、ICI(1.5)高的巴斯夫配方在这里测试的所有涂料中排名最高(表5)。最后，使用上述的定量平滑度测试测量每种涂料的平滑度。图15显示，巴斯夫配方的表面粗糙度与最受欢迎的商业涂料1相当。总的来说，这些结果显示，从基准研究发展的模型为制定一个良好的起点，以形成一个积极的绘画体验和高DIY消费者满意度。

结论

现场DIY消费者推出的研究以及>20商业涂料的全面基准研究，给了物理涂料参数的见解，导致DIY消费者满意度。这里确定的最重要的参数包括平衡相对较高的KU和ICI粘度，快速降低纤维直径(延伸流变学)，以及一个更牛顿的旋转流变学剖面。此外，我们证明，巴斯夫可以利用其全面的产品组合，包括聚合物分散剂、性能添加剂、颜料填充剂和着色剂，帮助涂料制造商制定涂料，提高DIY消费者的整体绘画体验。最后，这些结果有助于指导未来的产品开发，特别是当涉及到添加剂和分散剂之间的协同效应，以实现一些模型条款，从而DIY消费者满意度。

确认

我们感谢Brandon Achord、Kyle Flack、Nicholas Foley、Kaliappa Ragunathan、Christina Nebel、Amy Ethier、Adam Cummings和Bill Rosano对这项工作的支持。

参考文献

¹Bassemir公债;表面能量测量在柔版印刷中的实际应用，柔版印刷(1990年7月)。

²Ethier, a;量化涂料表面光滑度:于2015年10月在拉斯维加斯举办的第32届西方涂料双年展研讨会上发表。