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具有功能性的受控聚合物形态满足消费者对更深色调和更低 VOC 的需求

作者：Partha Majumdar、David Conner、Yuanqin Liu、Carol Hawkins、Gary W. Dombrowski 和 Paul Doll，陶氏涂料

从平光到蛋壳再到半光，建筑涂料在超低 VOC 涂料性能方面取得了令人难以置信的进步，但在没有溶剂帮助的情况下实现光滑、坚硬、有光泽的饰面在深色调的色谱中更加难以捉摸。在这些富含聚合物的涂料配方中，超低 VOC 选项通常采用软聚合物或带有非挥发性聚结剂的硬聚合物。两者都导致较差的抗粘连性和抗粘性。随着富含二氧化钛和增量剂的中性色和粉彩为更大胆、更明亮的强调色让路，消费者对能够顺利上色、快速干燥并保持光泽、坚硬且不开裂的深色调涂料的需求不断增长。已开发出一种可控的聚合物形态，它在单一水性丙烯酸粘合剂中使用硬、软和功能性单体。

*陶氏涂料

关于软粘合剂的硬事实

多年来，中性色调一直主导着室内色彩，在油漆质量协会 (PQI) 的调查中，灰色连续多年成为 2014 年和 2015 年的顶级油漆颜色。如今，时尚前沿趋势要求更加充满活力的内饰：紫色、红色和其他饱和色调在门、栏杆、窗饰、家具、入口和檐口等重点区域的推荐颜色中名列前茅。这些深色调明显不含二氧化钛 (TiO2)，这是中性至中色调涂料中的主要白色颜料。

二氧化钛和少量碳酸钙用于通过光折射提供遮盖。它们也有助于薄膜硬度。相比之下，深色调涂料不含上述会降低漆膜色度的散射颜料。这些涂料配方的大部分薄膜硬度特性来自聚合物粘合剂。当与挥发性聚结剂一起使用时，高 Tg 聚合物是首选，因为它们促进更快的硬度发展和整体更硬的饰面。因此，由于缺乏挥发性聚结剂和没有用于提高硬度的颜料，在这种彩色超低 VOC 空间中出现了挑战。

为降低水性涂料的VOC含量，可使用非挥发性聚结状增塑剂代替挥发性增塑剂以增强成膜性；然而，这些增塑剂不会从漆膜中挥发出来，所得漆面仍然柔软和发粘，抗粘连性和耐印性较差。使用不含增塑剂的较高 Tg 粘合剂通常会提高硬度，但会影响成膜并导致耐刮擦性和抗裂性较差。第三种选择是使用低 Tg 聚合物。虽然这种替代方法通常可以提高抗刮擦性和抗裂性，但这样做是以牺牲硬度和粘性为代价的。

金发姑娘的解决方案

研究旨在在超低 VOC 深底漆的成膜过程中实现软相和硬相之间的最佳平衡。研究重点是成膜后交联化学物质与乳胶颗粒形态优化相结合。进行初步实验以建立粘合剂组合物和配方变量之间的结构-性能关系。然后，使用来自实验设计的预测模型来开发用于超低 VOC、深色调涂料的优化粘合剂。

正如表明图 1，优化的粘合剂是基于受控形态结合硬和软单体加功能环境的交联单体（见表1为典型的粘合剂性质）。当用于低色素和零色素测试配方时，这种具有功能性的受控聚合物形态表现出优异的成膜性以及更快的硬度发展、更硬的最终薄膜、相等的抗粘连性以及与商业低 VOC 相比改进的耐印刷性和抗粘性和超低 VOC 产品。

测试和结果

基于具有功能性的受控聚合物形态的粘合剂技术在深基光泽测试配方中与三种竞争性超低 VOC (< 5 g/L) 粘合剂和领先的低 VOC (< 50 g/L) 粘合剂进行了评估，以及光泽重点基础配方（有关起点测试配方的详细信息，请参见表2 和 3）。

改进的硬度曲线

根据 ASTM D-4366 方法，对使用 12 盎司/加仑黑色着色剂着色并涂在铝上的深底光泽涂料（4% PVC/30% VS）在 7 天内评估了受粘合剂选择影响的硬度特性面板通过 5 密耳压降棒。正如表明图2中，与在较高的VOC与以相等的VOC水平竞争性结合（<5克/升）和领先的商业粘合剂配制的试验涂料用优化粘合剂配制的深色调试验涂料证明显著改善硬度发展水平 (< 50 克/升)。

减少粘性

抗粘性是源自较硬漆膜的关键性能优势。使用 5 mil 的深底光泽测试涂料配方 (4% PVC/30% VS) 进行评估，该配方用 12 盎司/加仑的黑色着色剂涂在铝板上并干燥 24 小时。将棉球放置在每个面板上，并承受 1000 克重物的压力 15 分钟。通过将棉球从涂覆的板上取下后剩余的棉球纤维的量来测量抗粘性。如图图3和在呈现表4中，粘结剂技术基于受控制的形态，功能表现出了优异的粘性阻力对竞争性结合以相等的VOC（<5克/升），并在较高的VOC的市售粘合剂（<50g / L的）。

提高耐印刷性

耐印刷性受薄膜硬度的影响，在窗台、重点台、架子和其他水平表面上使用深底涂层时尤为重要。来自花盆、杯子/碟子和类似家居用品的长期压力会导致漆膜永久变形。这一关键特性是通过基于 ASTM D-2064 的方法使用 5 mil 牵伸量的 4% PVC/30% VS 涂料用 12 盎司/加仑的黑色着色剂进行评估的。将制剂施加到铝板上并干燥 24 小时，然后将盖子置于 1000 克重量的薄膜上 20 小时。如图 4所示， 与用商业粘合剂和高光泽商业粘合剂配制的测试涂料相比，用于深底漆的优化粘合剂技术显示出优异的抗压痕性。

卓越的抗刮擦性

油漆的耐刮擦性受其耐擦伤性和对基材的附着力的影响。使用基于 ASTM D-2197 的刮擦附着力测试方法评估该性能。用 12 oz/gal 黑色着色剂着色的 4% PVC/30% VS 深底光泽涂料 5 mil 涂漆在铝板上制成并干燥 24 小时，然后将受控金属环形触笔滑过薄膜，增加数量观察并评定重量和薄膜损坏。如图 5所示，基于具有功能性的受控形态的粘合剂技术表现出优异的耐刮擦性，远远超过测试的其他竞争粘合剂。

整体表现

除了在低颜料涂料配方中进行广泛测试外，还将针对超低 VOC (< 5 g/L)、深底漆优化的新型粘合剂技术与商用低 VOC (< 50 g/L) 光泽进行比较零 PVC 光泽口音底座中的粘合剂。如表 5 所示，超低 VOC 粘合剂技术在光泽度和硬度以及粘性、印刷和抗粘连性方面的表现与更高 VOC 的商业产品一样好或更好。

概括

已开发出一种 100% 丙烯酸粘合剂，可在超低 VOC 的深基建筑涂料中提供早期硬度发展。粘合剂技术基于受控形态，将硬质和软质聚合物与环境交联功能相结合。测试结果表明，这种粘合剂技术提供世界一流的刮擦附着力和硬度，与所有其他测试粘合剂相比具有更好或相当的耐印刷性，并且与低和超低 VOC 替代品相比具有更好的抗粘连性和抗粘性。它可用于配制超低 VOC、富含粘合剂、高着色的建筑涂料，这些涂料仍具有出色的硬度，以及出色的抗粘、抗粘连、抗印刷和抗刮擦性。