一个完美的匹配:高性能和潜在的成本优化|

在过去几年里，关于健康和环境挑战以及可持续性的话题得到了进一步的关注，特别是在年轻一代中。这一大趋势在全球所有行业都能看到，但在汽车、化工和制造业尤其明显。在过去两年中，不同地区的化学工业引入了许多新的和修订的法规，包括一些修订的法规和对化学物质的重新分类，如挥发性有机化合物(VOCs)、甲醛、乙醛、二氧化钛(TiO₂)和若干异噻唑啉酮限制。

考虑到这一趋势，Synthomer开发了一种新型苯乙烯丙烯酸粘合剂，具有优异的耐水性、耐擦洗性和隐藏力，这可能使涂料和涂料行业优化粘合剂和颜料用量，从而提高涂料性能、碳足迹和成本。基于这种新型粘合剂的配方也可以满足2018年RAL UZ 102标签(蓝天使)“低排放内墙涂料”类别的标准。在这篇文章中，我们详细介绍了我们的内部研究，通过展示高颜料体积浓度(PVC)和哑光(<10 GU 85°)和哑光(<5 GU 85°)的涂料配方的测试结果，实现了上述节省，这些涂料配方在中欧市场很受欢迎，特别是DACH地区。我们还将详细说明中光泽>10 GU 85°墙漆配方的结果，这种涂料在其他国际市场上经常遇到。本研究以市场标准的苯乙烯-丙烯酸聚合物为基准。

较低的粘合剂用量:配方成本的增加，在性能上没有妥协

我们实验室用新型苯乙烯丙烯酸聚合物开发的涂料配方(表1)显示出优异的耐湿擦洗性和不透明度，符合标准1 - EN 13300。然后，我们进一步研究了优化涂料配方以降低粘合剂含量的可能性，同时仍然满足1类- EN 13300的要求。

一系列的涂料样品被复合，粘合剂的含量从17%增加到7%。颜料和填料进行了相应的调整，以确保所有油漆样品具有相同的固体含量，所有油漆样品都经过了完整的应用测试周期，包括液体和干膜性能。测试结果表明，使用这种新型聚合物，粘合剂含量为8%的涂料配方(从17%降低)仍然可以满足EN13300 1类湿擦洗性和不透明度要求(图1)。因此，涂料配方的PVC从67%增加到81%。在粘结剂含量为7%的情况下，Revacryl Ultragreen™的性能优于基准测试，尽管两者都只满足EN13300二类湿擦洗阻力(表2)。

所有油漆样品都在室温(RT)和40°C下进行了为期四周的稳定性测试，在整个测试期间没有观察到不稳定性。

低TiO₂更低的成本和更精简的碳足迹内容

tio2的高折射率(n20D = 2.609)₂是墙体涂料配方隐藏力的主要贡献因素。然而,TiO₂代表一种昂贵的成分，在1级- EN 13300配方中可能代表高达25% - 30%的原材料成本。此外，TiO₂生产(5.3 t CO .₂每吨TiO₂¹)对整个涂料配方的碳足迹有很大贡献。此外,TiO₂已被欧盟委员会重新归类为H351致癌物2，怀疑通过吸入粉末混合物导致癌症，更新的分类将于2021年10月1日实施。²因此，该行业正在不断寻找降低TiO的机会₂配方中不显著影响其性能的含量，特别是在涂料不透明度方面。

与粘结剂含量优化研究类似，一系列的涂料样品与不同的TiO复合₂含量从20%开始，以1%的增量减少，而粘结剂含量保持在8%不变。通过调整粘土和碳酸钙等填料来控制涂料样品的固含量(表3)，并对涂料样品进行选择性涂抹试验，即不透明度、耐湿擦洗性和储存稳定性。

结果表明，氧化钛降低了10-11%₂(从20%到17.8%)在保持油漆对比度高于99.5%的情况下是可行的。涂料的耐湿擦洗性不受影响，因此优化配方仍然满足EN13300类1的要求。在室温和40°C条件下，油漆样品在4周后保持稳定(表4)。

采用优化的涂料配方，其中粘结剂和TiO₂根据理论计算，我们估计配方成本可节省14%，碳足迹可减少12%(117公斤/吨)。

坚固的聚合物设计适合广泛的配方

为了进一步验证新开发的苯乙烯-丙烯酸聚合物的性能，对在许多国际市场上常见的三种中光泽涂料配方进行了额外的实验室研究(表5-7)。

采用与之前相同的方法，选择了三种内部配方，并进行了粘结剂含量优化研究(图2)。在保持相似涂料性能的情况下，粘结剂含量降低了7-12%。

尽管粘合剂含量较低，聚氯乙烯含量较高，但所有三种涂料配方都达到了目标光泽单位。所有三个样品都表现出优异的耐湿擦洗性，满足EN13300 1类要求，而不透明度介于1类和2类之间，这取决于配方、扩展剂的类型和使用量。

根据内部方法测试涂料的抗阻塞性，其中每个涂料在150 μ m湿厚度下涂抹，在室温下干燥24小时，然后在室温下用1公斤重量的阻塞测试仪(R&H ECA 7038-6)测试30分钟。表8的结果显示，所有样品都达到了可接受的阻塞阻力，力值在0.5-0.8 N/cm之间²．

在室温下4周和40℃下4周保存后，用haake流变仪测定了涂料的稳定性，剪切速率D = 44 s^－1储藏稳定性好，粘度增加不大。

通过RAL UZ 102标签VOC要求

通过优化后活化工艺，降低了新型苯乙烯-丙烯酸聚合物的残留单体，甲醛含量(根据VdL-RL 03)低于检出限。总挥发性有机化合物含量可通过按需蒸汽剥离进一步降低。但是，根据本研究使用的优化配方，可以达到RAL UZ 102 (VOC < 700ppm)等环保标签的要求。

面向更可持续未来的下一代聚合物分散体

本研究的发现和结果证实了新开发的苯乙烯-丙烯酸聚合物在抗湿擦洗性方面比目前的基准材料有显著改善。这表明使用这种聚合物制成的墙漆具有更好的耐久性，使用寿命更长。由于其出色的颜料结合能力，该聚合物使涂料配方商能够优化现有配方，从而潜在地降低粘合剂和TiO₂同时满足严格的EN13300 1类标准，为消费者提供更可持续的解决方案。

新聚合物在不同的PVC和光泽的配方中进行了测试。在所有测试配方中，聚合物在室温和40℃下的关键参数，包括湿擦洗性，不透明度和存储稳定性表现一致。聚合物的稳健性对于降低采购和原材料库存管理的复杂性仍然至关重要。

为了限制使用任何已知的有害物质，在开发该产品时考虑了一些因素。因此，该聚合物不含烷基酚乙氧基醚(APEO)表面活性剂、甲醛和氨。在聚合和活化后的优化有助于减少残留单体，从而也降低了产品的总VOC，使配方商设计出的涂料配方，甚至可以满足蓝天使环保标签对低排放墙体涂料的苛刻要求。