TiO2复合技术进展| 2012-08-02 | PCI杂志

去年，我们在本杂志上发表了一篇文章，介绍了使用聚合物隐藏技术作为减少涂料配方对TiO2依赖的一种手段2022世界杯八强水位分析ROPAQUE™不透明聚合物和EVOQUE™预复合聚合物被证明是部分取代TiO2、降低配方成本、保持或改善建筑涂料性能的有效手段。ROPAQUE是一种光散射颜料，在过去的30年里一直是油漆的原材料，随着技术的发展，它的使用稳步增长。

TiO2最近的价格飙升和2015年的高预测价格(图1)引发了新的兴趣，配方商正在重新审视其在更广泛的配方中的使用，并增加其在当前含不透明聚合物配方中的使用。EVOQUE预复合聚合物是去年新推出的TiO2还原技术，提高了TiO2的干湿光散射效率。在这篇文章中，我们将重点介绍这项令人兴奋的新技术在过去一年中取得的进展，从2011年初的首次推出到2012年的全面商业化。

TiO₂拥挤和散射效率的损失

在我们讨论预复合聚合物之前，让我们讨论一下使用TiO时的一个基本问题₂在白色和粉彩的配方-拥挤。²拥挤发生时，TiO间距₂粒子减少到光散射依赖于TiO浓度的程度₂．拥挤降低了TiO的散射效率₂导致配方商更多地使用这种昂贵的原材料。在实践中，这种效果开始远低于10 PVC的TiO₂，导致TiO使用效率低下₂在大多数建筑涂料中。迄今为止，几乎没有什么办法可以克服这种拥挤效应。使用足够低水平的TiO₂在白色和粉彩涂料中是不可取的。小颗粒的扩展剂和粘合剂可以减少，但不能消除，拥挤。因此，配方师被迫使用更高水平的TiO₂并产生相应的较高的原材料成本。随着TiO成本的上升₂在过去的18个月里，TiO的低效使用₂在涂料行业已经不可持续。通过提供更均匀的TiO分布，EVOQUE预复合聚合物为这一老问题提供了新的实用解决方案₂在漆膜中，导致散射效率提高。

极光是如何工作的

描述拥挤效应的一种方法是依赖散射。^3.该理论描述了TiO的有效散射直径或散射区₂粒子的直径大于它们的实际直径。这些散射区随着TiO的浓度而重叠₂增加，降低散射效率，并导致拥挤效应。EVOQUE聚合物与TiO有很强的相互作用₂表面形成颜料-聚合物复合材料。这种组合在TiO之间保持了更大的分离₂粒子，从而使TiO的分布更加均匀₂，这反过来又减少了散射区的重叠。从而提高散射效率，如图2所示。

影响TiO的因素₂拥挤

让我们更仔细地看看TiO₂拥挤和可能影响它的因素。作为常规TiO的使用水平₂在涂料配方中增加，增量散射量减少，因此散射效率降低，如图3中蓝色虚线所示。作为TiO的浓度₂增大时，颗粒之间的分离显著减小，如图4a和4b所示。许多配方剂使用小颗粒扩展剂，试图减少拥挤。事实上，小颗粒的扩展剂仍然挤满了TiO₂但比大颗粒扩展剂的程度要小，如图4c和4d所示。这对散射的影响如图5所示。水平参考线表示控制配方与190磅TiO的散射₂．

使用11种不同组成和粒径的扩展剂，在保持TiO的情况下，以15 PVC配制₂固体的水平和体积。表1给出了控制配方和一种扩展剂配方。很明显，最大的扩展剂对散射的负面影响最大。使用12µm碳酸钙扩展剂时，散射效率损失高达20%。更令人惊讶的是，即使是最小的亚微米扩展剂也没有增加控制配方之上的散射，表明一定程度的拥挤。虽然小颗粒粒径的扩展剂比大颗粒粒径的扩展剂挤得少，但它们不占用TiO₂它们不会增加散射效率。相比之下，ROPAQUE应该最少地拥挤TiO₂作为类似大小的扩展剂，但我们观察到涂料的整体散射增加。散射的增加是封装的空气空洞的结果，它作为一个光散射色素。散射和最小拥挤的结合导致这种原材料在涂料配方中普遍使用，随着今天TiO的上升₂在价格方面，它在更广泛的配方中产生了新的价值，增加了使用水平。

和扩展剂一样，乳胶粘合剂也是颗粒。因此，他们可以挤TiO₂并降低其散射效率，如图6所示。几种商业乳胶粘合剂被替换成类似于表1所示的含有扩展剂的配方;扩展剂PVC调整为6 PVC。散射随粒径增大而减小，但有两个例外。在苯乙烯-丙烯酸乳胶粘合剂的情况下，散射比基于其颗粒大小的预期要少，因为苯乙烯-丙烯酸乳胶的折射率比其他乳胶粘合剂的折射率大。散射与颜料和周围介质之间折射率平方的差成正比。因此，胶乳折射率的增加减少了相对于高折射率的TiO的差异₂(~ 2.8)。TiO独有的高折射率₂所以它是一种很好的隐藏颜料。第二个例外是EVOQUE预复合聚合物。它的粒径和折射率都比预期的散射高得多。散射的改善是由于TiO的分布更加均匀₂在漆膜上。对大范围TiO散射的影响₂级别由图3中的红色实线显示。

用常规乳胶粘合剂和EVOQUE制成的涂料的扫描电子显微图分别如图7a和7b所示。TiO的分布更均匀₂如图7b所示。显微照片的另一个特点是TiO的亮度₂图7a中的粒子，表明TiO₂颗粒位于薄膜的最表面，而在图7b中，TiO₂颗粒不太明显，表明它们被聚合物覆盖，即形成颜料-聚合物复合材料的预复合聚合物。TiO的分布更均匀₂粒子和它们在薄膜表面以下的事实表明，更紧密的薄膜结构是可能的。

散射和颜色/色调强度

当重新配制减少TiO时₂级别，匹配散射属性是重要的，以确保不透明度保持不变。同样重要的是色彩强度属性的匹配。大多数重新配方需要在保持与原始油漆相同的调色板的同时完成。使用这两种聚合物隐藏技术，如果重新配制的涂料的散射与原2022世界杯八强水位分析始涂料的散射匹配，并且没有颜色接受问题，则可以很好地匹配调色板。图8显示了使用2盎司COLORTREND 888线着色的ROPAQUE和EVOQUE重新配方的示例，而没有对配方进行任何调整。公式见表2和表3。EVOQUE预复合聚合物重新配方的∆E (CIELab颜色空间)小于1。所有ROPAQUE不透明聚合物比较的∆E均小于或等于2，较大的∆E主要来自于本次重新配方中使用的平化扩展剂的黄色度(+∆b)。使用这两种聚合物隐藏技术，即使使用显著的TiO，也可以实现出色的色彩匹配和色调强度2022世界杯八强水位分析₂减少。

完全商业地位

2011年初，当我们首次推出EVOQUE预复合聚合物技术平台时，我们正在完成产品开发和生产规模扩大的最后阶段。商业生产开始于2011年下半年。我们现在有三种针对北美市场需求设计的商业产品(表4)。含有EVOQUE的商业涂料正在北美销售。在世界其他地区，以极光为原料生产的特殊涂料也取得了类似的商业成功。

制定协议

在使用EVOQUE配制建筑涂料时，我们制定了表5中突出显示的协议。在表6中的高质量平面配方中，我们从已经含有ROPAQUE的现有常规对照涂料开始。专注于对涂料整体PVC有贡献的主要成分，我们去掉了15%的TiO₂并将其替换为ROPAQUE以保持PVC不变。您可以选择使用更经济的扩展剂或ROPAQUE和扩展剂的组合来保持复合涂料中的PVC，但我们发现在重新配制时使用ROPAQUE是最好的方法，特别是因为这两种隐藏技术是相互补充的。2022世界杯八强水位分析对于添加EVOQUE，我们建议每添加一磅干TiO添加≥1.4湿磅(46.5%固体)的预复合聚合物₂使TiO表面完全饱和₂并有利于颜料-聚合物复合材料的良好稳定性。

分散剂的水平，最好根据配方中矿物基颜料和添加剂的总量来保持水平恒定。至于聚结需求，同样重要的是，在配方中保持基于总聚合物固体的水平恒定，以促进良好的膜形成。此外，大多数复合涂料需要较少的增稠剂，因为颜料-聚合物复合材料的水动力体积增加了涂料的固有粘度，这是由于表面的结合水。

根据您使用什么测试来确定油漆不透明度或色调强度，进一步调整TiO₂级别可能需要。此外，可以根据您的光泽要求添加或调整压平材料。至于其他性能特征，复合涂料在磨料磨砂、去渍和醇酸附着力方面与传统涂料大致相同或略好。

油漆制作过程

采用EVOQUE预复合技术的涂料制造与传统的涂料制造工艺几乎相同。EVOQUE已经确定了几种涂料制造方案，使用干法和浆料级二氧化钛。

我们与一家涂料制造商合作，进行了几次250加仑的涂料批量试验。使用EVOQUE和通用级干式TiO制成了高质量的平面和半光配方的商业数量₂遵循图9所示的流程。复合材料的形成-这是EVOQUE预复合聚合物和TiO的结合₂-在涂料制作过程中是至关重要的。

在我们的油漆厂试验中，研磨是在正常条件下在单独的分散槽中进行的。在以1000转/分的速度搅拌时，先加入所有液态磨基材料。然后加入干燥的颜料，搅拌速度提高到1500转/分。干TiO₂将搅拌速度调整到1500-2000 rpm，搅拌至少15分钟。在单独的容器或搅拌槽中，在搅拌下对EVOQUE预复合聚合物、水和消泡剂进行充注。然后将研磨物加入到搅拌槽中，进行至少10分钟的充分搅拌。在此阶段，TiO₂正被添加到EVOQUE预复合聚合物中，复合材料正在形成，10分钟的混合时间确保了复合反应的完成。然后将其余的稀释材料加入到批次中，同时以1000-1500转/分钟的速度搅拌，并使用水和增稠剂调整到最终涂料所需的高剪切粘度和低剪切粘度。

性能特性

虽然EVOQUE的主要优势是隐藏效率，但由于其改善了颜料分布，该技术还有其他可能的性能优势。室内涂料的性能，如家用耐污性和去污性就是例子。在图10中，我们删除了10%的TiO₂高质量的半光泽度和15%的TiO₂在与EVOQUE预复合聚合物重新配制时，在高质量的平板中。所示为常规涂料与相同涂料的重新配制的复合版本的并排下降。将茶、咖啡和葡萄汁涂在干燥的漆膜上，让它们渗透到漆膜中60分钟，然后用自来水冲洗。然后使用加德纳磨砂机用无磨蚀性清洁剂清洗测试面板200个周期。从示例中可以看出，与传统的对照涂料相比，复合涂料看起来更干净。

在我们的外观耐久性测试中，EVOQUE还发现了其他显著的改进，如阻挡单宁染色和抗锈蚀染色。在去除污渍测试中使用的相同的高质量平面涂料被放置在各种基材上，并在我们位于宾夕法尼亚州Spring House的测试围栏上进行18个月后的检查。对于单宁染色阻断测试，我们直接在红木面板上涂了两层测试涂料。然后将面板水平面朝下放置在曝光架上。从图11的照片中可以看到，复合涂料，虽然由于一些单宁酸泄漏，颜色略显黄色，但看起来比常规对照要好得多。同样的两种涂料也被画在冷轧钢板上，一夜干燥，然后暴露在北面的垂直架子上。18个月后，复合涂料显示出一些轻微的锈斑，但比传统对照涂料要好得多。使用EVOQUE观察到的这些性能增强可以归因于由于TiO的更好分布而形成的更紧密的薄膜₂漆膜中的颗粒。至于其他外部属性，我们将继续监控，但期望随着时间的推移性能会有所提高。

生命周期评估与环境影响

为了更好地了解使用ROPAQUE和EVOQUE对环境的影响，我们在欧洲涂料市场的背景下，对用于室内外墙壁保护和装饰的水性涂料进行了比较生命周期评估(LCA)。LCA的目标是对使用我们的不透明聚合物和预复合技术以及许多现有的传统粘合剂技术生产的水性涂料的环境性能进行客观评估，并将结果进行比较，以帮助提高我们行业对情况的理解。2022世界杯八强水位分析

LCA是按照国际标准(ISO 14040和ISO 14044)的要求进行的。LCA和行业专家进行了第三方评审和同行评审，为这项研究提供了独立的意见。几种反映典型pvc的水性涂料配方在本LCA中进行了评估。

由于减少了TiO, ROPAQUE和EVOQUE2022世界杯八强水位分析技术都提供了更好的生态配置₂测试配方涂料体系中的水平。总体而言，基于ROPAQUE不透明聚合物和EVOQUE预复合聚合物的涂料在生命周期阶段(生产、应用、维护和寿命结束)所研究的类别中产生的影响最低。