行业专家访谈:Anthony Pajerski 审视水性PUD的现状和未来

作者: 路博润高性能涂料团队 日期:03/09/2020

Anthony D Pajerski博士是路博润高性能涂料业务的高级研究技术员,在涂料领域拥有超过30年的经验,主要研究水性聚氨酯分散体的化学反应。 在他的帮助下,其他种类的分散体也实现了商业化,例如基于植物油的丙烯酸分散体。 在低温自交联、水性可持续原材料方面,以及聚氨酯-丙烯酸复合化学领域,他拥有丰富经验。 我们与Tony进行了访谈,了解他在路博润的主要工作领域,以及他所感兴趣的领域研究。

“行业专家访谈”包含一系列专访,由路博润油墨和涂料专家分享他们对关键行业挑战和机遇的独特见解。

 

您主要研究聚氨酯分散体(PUD)。 对您来说,这个领域中的关注重点是什么?

我对研究的兴趣主要集中在三个领域:自交联在低温或环境温度/室温(RT)中的反应;可持续聚合物组成;以及聚氨酯-丙烯酸类复合材料/混合聚合物分散体。

我投入了大量的时间和资源,帮助实现水性聚合物在低温/室温下的自交联反应。 让我非常自豪的是,开发出了自氧化和羰基酰肼交联化学反应,为路博润的PUD大家族再添新鲜血液,包括专属原料的使用。

 

这些化学反应都应用在哪些路博润品牌中?

所有的Turboset™ PUD和Aptalon™聚酰胺聚氨酯技术都采用了基于羰基酰肼反应的自交联化学反应(通常简称为‘路博润Turboset™技术’)。 pH值下降再加上水分流失,就会开始反应,所以针对阴离子稳定的水性分散体非常有效。 使用这种技术的几个重要产品的例子是 Turboset™ Ultra Eco 和 Aptalon™ W8060

至于自氧化可交联产品,路博润有两个选择: Sancure™ OM933 和 Sancure™ OM945。我们不断努力希望能拓展更多选择,但要想与Turboset™的化学性能相匹配一直是个挑战。 与Turboset™交联技术相比,这两款产品的主要问题在于较低的性能和硬度。 但是,通过高度不饱和的植物油,此种办法会自然(不是双关语)使用更多的可再生原料,提高了可持续性。 工作虽然很有挑战性,但Sancure™ OM933在路博润的应用组中展现出了杰出的外部耐久性,成为了与溶剂基外部木材涂料产品相对应的水性产品。 Sancure OM933的外部耐久性很可能来自基于植物油的多羟基化合物。 这说明,在开发下一代具有外部耐久性的PUD时,我们很可能以类似的油基多羟基化合物为工作起点。

 

针对路博润持续采用创新材料的能力,自交联化学技术有什么影响?

自交联化学技术的影响是重大的。 数种畅销产品都采用了自交联化学反应。  借助自交联技术,我们也能改善成膜性,继而推出了一系列产品,如 Turboset™ Ultra Eco 和 Aptalon™ W8060 等。 经过配制,Ultra Eco可实现最低50g/L VOC;Aptalon™从前需要高温才能形成没有缺陷的膜,现在也能在室温下成膜。 当然,自交联化学技术也能为高端地板漆提供所需的性能。 如果没有自交联化学对我们成膜技术的贡献,我们可能无法开发出这些产品——至少开发出的产品不会有现在如此优秀的性能和硬度。 展望未来,对可持续性的要求依旧会是推动前在创新的力量,而可持续性最高的交联化学技术就是自氧化。 采用衣康酸(酸酐形成,随后与醇或胺反应)是一种更好的选择,但迄今为止,在水性系统中应用衣康酸依旧是一个挑战。  

 

“可持续”这个词现在很流行。 可持续性对您在路博润的工作有何影响?  

“可持续性”不单单是一个词,它包含着更大的意义。 能参与可持续化学技术的开发,提高自然资源利用效率非常令人激动。 迄今为止,我参与了四种产品的开发。这四种产品的可再生成分含量很高,未来将展现出巨大的应用潜力。 这些产品主要集中于五个可持续领域:

 

  • 挥发性有机化合物(VOC)更少(水性产品天然含有更少的VOC,但对于硬度和性能更高的聚合物来说,VOC依旧是个问题)。
  • 可再生原材料(在商业植物油衍生产品中含量最高可达50%)。
  • 优良的原子经济性(制造产生废物最少、或不产生废物的产品,节省下废物处理所需的能量)。
  • 与传统产品相比,加工时间和条件(能量)持平或更低。
  • 耐久性(涂料寿命更长,可通过自修复功能进一步增强)。

 

相对来说,前三个领域更容易量化,尤其是第一和第二个领域——这是大家集中关注的地方。 后两个领域需要大量的信息才能实现量化,特别是涂料使用寿命即涂料的耐久性。 要建立完整的可持续性档案,就要分析产品的生命周期;而生命周期分析所需的信息比上文提到的更多,例如产品制造所用的能量,以及交付原材料所需的能量等。

 

您说您参与过四种产品的开发,这些产品的可再生成分含量很高。 是哪四款产品?

目前,具有高含量植物油基可再生成分的产品有: Carboset® AMO400, Carboset® 420, Sancure™ OM933以及 Sancure™ OM945不过,我们还有 Carboset® 3076 ,该产品的可再生原材料含量最高。大多数Aptalon™产品也含有一部分可再生成分。  Turboset™产品也具有一定的可再生成分,但含量较低。 我们的所有产品中,可再生成分都对成品性能有贡献。

 

除了可持续发展的未来机遇,您认为还有哪些领域具有巨大潜力?

在路博润,除了自交联化学研究,我还投入很多时间研发复合聚合物(也称混合聚合物)涂料。 路博润高性能涂料产品中,有越来越多的产品基于氨基甲酸酯-丙烯酸化学技术。这足以见证其重要性。 尽管氨基甲酸酯-丙烯酸化学技术主要用于工艺处理,目的是获得不含NMP的聚氨酯化合物,但在聚合物的最终性能中,它也扮演着重要的角色。  例如,如果没有氨基甲酸酯-丙烯酸化学技术,像 Turboset™ Ultra EcoAptalon™ 8060 这类产品是无法想象的。 获得零NMP聚氨酯分散体的方法有好几种。 但是,如果能创造性地使用氨基甲酸酯-丙烯酸化学技术,就能改善性能,例如耐化学性,也能制造出VOC更低的产品(如Turboset™Ultra Eco)。零NMP、低VOC类聚氨酯分散体产品已经出现一段时间了,近来对这些产品的需求更加紧迫。 聚氨酯-丙烯酸能帮助实现这一目标,同时性能更高也更经济实惠。 总体来讲,聚氨酯-丙烯酸酯能使可持续性得以改善。

 

从对行业配方设计师的重要性角度来看,有没有哪一个话题是您最想讨论的? 

我认为,最令人瞩目的应该是VOC的降低,尤其是低VOC的性能型应用,如保护性涂料。 对于装饰性涂料(如墙漆),要打造低VOC涂料配方很容易。 但对于保护性涂料(例如木地板涂料),制造低VOC配方要困难得多。归根结底,困难来源于对性能要求的满足(包括硬度)。 水性硬涂料通常需要大量成膜助剂(即VOC),才能形成良好、均匀、牢固的膜,而软涂料无需助剂就能成膜。

 

降低保护性涂料的VOC为何如此重要?

如果一个地区想保护自己的环境和居民,低VOC含量非常重要。 为减少VOC,通常要依靠政府制订法律法规,限制特定地区VOC产品的买卖和使用。 举个例子:部分VOC对雾霾和全球变暖有很大的影响,在某些情况下,VOC的每重量单位污染性比二氧化碳更高。 此外,大众也越来越青睐绿色化学产品,特别是在封闭室内环境里,因为VOC和产品带来的其他有害物质更容易在这种环境中滞留,可能对人体健康带来更大的威胁。 从加利福尼亚州开始,对减少VOC的要求逐渐拓展到了美国其他地区,且持续不断地推进。 许多欧洲VOC法规都是参照加利福尼亚VOC法规制订的。 我认为这一趋势对路博润来说非常有利,因为我们已经研发并且还在持续开发高性能、低VOC的产品。 

路博润高性能涂料团队

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