F或者世界上大多数建筑，外观是一个关键参数。一个美丽的façade通常被认为是一个坚固的，制作精良的，持久的建筑。高度耐用的美学属性是高性能外部涂料的好处之一。为了保持良好的外观，外部涂料必须能够抵抗气候变化，以及来自人为或自然来源的污垢。尽管配方中的每种成分对涂料的最终性能都有一定的影响，但粘合剂在决定干膜的性能和寿命方面起着最大的作用之一。在这篇文章中，我们研究了配方机如何通过正确的粘合剂选择，获得具有良好环境特征的高级外部涂料。

卓越的耐久性纯丙烯酸技术

目前，不同的粘结剂技术用于薄膜外墙2022世界杯八强水位分析砌体涂料。它们的选择取决于经济考虑、业绩表现，有时也取决于历史习惯。

在欧洲，苯乙烯-丙烯酸基体系在这一涂料领域使用最广泛，尽管由于芳香族苯乙烯单体引起的紫外线降解，它们很容易出现粉笔色(图1)。在一些国家，乙烯基复合酸粘合剂存在;硅酸盐涂料常用于翻修历史建筑。当需要高性能时，纯丙烯酸粘合剂通常是首选，其卓越的耐久性已被普遍证明-不仅在矿物基材上，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和减少粉笔，尽管不同水平的性能可以发现与丙烯酸涂料取决于粘合剂组成和配方。

涂料的主要性能来自于粘合剂组成的体积，但是额外的聚合物特征，如交联、氧化或UV固化，和/或特定的形态可以提高整体性能，在大多数情况下提高抗污垢性。

涂料封装技术(PET)

陶氏涂层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。有机相中矿物颗粒的均匀分布导致了油漆配方商多年来一直寻求的几种性能改进。

隐藏的效率

散射效率由两个参数决定: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，也就是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)的粒径必须为300 nm，而TiO₂粒子之间必须充分分离。这是TiO之间的最小距离₂粒子被称为散射球。

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

实际上，TiO₂在漆膜中的分布最多是随机的，因为没有驱动力使颜料颗粒彼此有序或分离。这导致了高TiO和低TiO的区域₂粒子浓度，如实际漆膜的电子显微照片(图3a)所示。当TiO₂粒子挤在一起，它们的光散射区重叠，降低了隐藏的净效应(图3a)。

颜料包封高分子化学

基于陶氏专有颜料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。这项技术改进了TiO₂颗粒分布和减少拥挤，如图3b所示的实际漆膜。这种颗粒分布的改善导致了更高的光散射效率，并有机会以减少10%至20%的TiO制造高质量的白色和粉彩建筑涂料₂如果有人选择减少TiO₂内容和获得相同的隐藏。

色素封装技术采用了一种专门设计用于与TiO表面相互作用的成膜聚合物₂粒子。在涂料制造过程中，聚合物围绕单个TiO的表面并与之反应₂粒子通过一系列的吸附。随着更多的聚合物颗粒吸附，TiO₂表面变得越来越饱和。其结果是一种颜料-聚合物复合材料，如图4所示，通过计算机模拟和电子显微照片进行了演示。最低水平的吸附聚合物，以确保这种最佳的TiO₂计算了-聚合物复合材料的形成，并确定了吸附聚合物与TiO的比例₂1.35含量。添加比最低要求更多的聚合物不是一个问题，甚至可以带来薄膜性能的好处，我们将在后面演示。

当漆膜干燥时，颜料-聚合物复合材料聚集在一起形成一层膜，单个的TiO₂粒子不再能够彼此紧密接触，因为它们被周围的吸附聚合物所分离。这种配置鼓励更均匀地分配TiO₂减小光散射重叠面积，如图5所示。

如图6所示，基于颜料包封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在漆膜上平整(红线)。

改善耐久性

尽管使用色素包封技术的第一个优点是增加隐藏或减少TiO的量₂，耐久性的增加是获得均匀膜的另一个结果。

研制了一系列外墙砌体涂料，研究了涂料包覆工艺对涂料耐久性的影响。参考涂料是基于自成膜纯丙烯酸粘合剂(Tg ~6°C)，总PVC为52%和TiO₂PVC ~14%。

以Tg相近的纯丙烯酸聚合物为参考粘结剂，进行了三次复配。TiO的₂将这三种配方的含量分别降低10%、15%和20%，并按比例替换为各种扩展剂(表1)。在所有配方中，不透明聚合物保持不变，以便仅观察PET对不透明度和耐久性结果的影响。因此，这三种重新配方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，另一种是传统的非色素吸附粘合剂。PET粘合剂的用量足以封装TiO₂，并将非吸附粘结剂添加到保持总PVC在52%所需的水平。

最后一种涂料是用吸附聚合物作为唯一粘合剂(过量聚合物基颜料包封技术)和TiO制备的₂水平没有降低;这种涂料显示出优越的隐藏性，并预计在外部耐久性方面是最好的。

这五种涂料被涂在铝板上，并在伊斯坦布尔的一个工地上暴露出来。这个地点位于一个港口，靠近钢铁厂，因此可以快速检测污垢的拾取潜力(主要是工业污垢)。我们测量了暴露在南45°后4个月和9个月的涂料白度变化;图7报告了L* (Delta L)的变化，并清楚地显示了色素包封技术对污垢吸附阻力的积极影响(Delta L越低，污垢收集越少;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，这些白色涂料应用在纤维水泥板上的状况。最左边的不含pet的涂料由于更多的污垢收集而显示出灰色的外观。

以自成膜丙烯酸为基础的参考涂料显示出更高的污垢回收率(9个月后δ L=15.8)，比仅用具有相似Tg和含有相同量TiO的吸附粘合剂(PET)配制的涂料高₂和扩展器(9个月后Delta L=12.3)。这种性能的提高是由于更均匀的表面，更少的粗糙，可以固定污垢沉积，并导致更快的污垢收集(图3b)。

这增加了TiO的均匀封装₂结果整体提高了外膜的耐久性，具有优异的抗污性和保色性，我们将在接下来演示。

研究了另一个砌体系列，比较了基于自成膜纯丙烯酸粘合剂(PVC含量为45%)的参考涂料与我们的纯丙烯酸PET粘合剂(Tg去除15%二氧化钛含量)的重新配方。这两种涂料都是用有机酞蓝颜料着色，涂在铝板上。为了测试加速耐久性，将它们放置在Q-UV柜中2000小时，在60°C的UV-A (340 nm)下循环4小时，然后在50°C下冷凝4小时。通过测量不同曝光时间下的L*、a*、b*值并计算Delta 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Delta E，用于参考和PET重新配方。

基于传统丙烯酸粘合剂的参考涂料显示出显著的颜色变化，特别是在1000到2000小时的曝光从ΔE = 1.7ΔE = 6。用封装丙烯酸树脂配制的涂料具有较好的色稳性，具有良好的耐腐蚀性能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现象可以用由于漆膜表面降解而产生的粉笔化来解释。另一方面，用含有PET丙烯酸粘合剂的涂料获得更持久的涂层，这导致更均匀的薄膜完整性。

该封装技术还提高了抗花性。由于矿物颗粒在有机相中的最佳分布，提高了薄膜的聚合力，以及这种新的吸附技术提高了薄膜对矿物基材的附着力，为最终涂层提供了优越的开花效果。这种好处已经在纤维水泥板的真实外部暴露与早期的颜料封装技术原型中观察到，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LCA的目标是对上述颜料封装技术生产的水性涂料和许多现有的常规粘合剂技术(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，并比较结果，以帮助促进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。第三方审查(由普华永道、全球可持续发展服务公司(PWC)进行)和同行审查由选定的LCA和行业专家进行，以提供对本研究的独立意见。在本LCA中评估了七种反映典型pvc的水性涂料配方。所有材料的生命周期阶段包括:生产、应用、维护和寿命结束。我们选择了以下生命周期库存指标和汇总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、固体废物产生总量、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、酸化潜势、人类毒性和富营养化潜势。

本研究中使用的功能单位是覆盖1平方米墙面20年的油漆量(基于油漆的标准质量标准)。本LCA的所有结果和结论均参照本功能单元。

本LCA中使用的数据从各种来源收集，主要包括直接从陶氏工厂收集的乳液/分散聚合物生产数据、学术LCA出版物、区域、国家或行业标准，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。在规定的生命周期内，水性涂料的生产阶段(原材料、乳液/分散体和涂料)对环境的影响最大。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;生产过程只占很小的一部分。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(TiO)₂)，在大多数情况下，色素是整体上最大的贡献者(色素的贡献通常是粘合剂的两倍左右)。

图11显示了在整体PVC含量为50%的白色外部砌体涂料中上述定义的功能单元的比较结果。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低。2022世界杯八强水位分析同样，减少冲击的驱动力是由TiO驱动的₂减少(重量比传统配方减少15%)和性能改进。

结论

在室外应用中使用颜料包封丙烯酸粘合剂不仅可以减少TiO的用量₂在相同的隐藏水平下，带来可能的成本降低，但也可以帮助提高外观耐久性，如抗污垢，色彩保持和抗风化。

含有PET丙烯酸聚合物的外部涂料比基于不同粘合剂化学成分的涂料寿命更长，因此建筑业主不需要如此频繁地重新油漆以保持外部的初始外观façade，也避免了额外的人工成本。含PET丙烯酸外涂层的使用寿命延长，并有可能降低TiO₂减少对环境潜在影响的水性白色和粉彩建筑涂料。

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