2010 - PITTURE E VERNICI

Sistemi uretano-acrilici
a base acquosa con effetto sinergico
■ Andrew Swartz, Zhenwen Fu e Andrew Hejl - Dow Coating Materials, USA
Introduzione
I p.v. d’uso industriale a base di lattici,
per raggiungere la durezza desiderata
e la resistenza all’usura, al blocking, alle
macchie e all’assorbimento dello
sporco richiedono polimeri ad alta temperatura
di transizione vetrosa (Tg).
I composti organici volatili (VOC) sono
indispensabili per ottenere la coalescenza
di questi polimeri e garantire la
formazione del film e le proprietà di
consolidamento in tempi brevi. La selezione
del coalescente esercita un impatto
significativo sullo sviluppo delle
proprietà di questi lattici ad alta Tg.
Attualmente, l’industria dei p.v. è soggetta
ad una pressione molto forte al
fine di ridurre i VOC e soddisfare i requisiti
dettati dalle normative di ecocompatibilità.
Nell’ambito dell’Unione
Europea, l’industria deve soddisfare un
lungo elenco di normative, fra cui misure
quali:
Direttiva sui prodotti da costruzione,
89/106/CEE
Direttiva sull’emissione dei solventi,
1999/13/CE
Direttiva nazionale sul tetto massimo
delle emissioni, 2001/81/CE
Direttiva su pitture e vernici,
2004/42/CE e
Prevenzione integrata dell’inquinamen -
Synergistic Waterborne
Acrylic Urethane Systems
Introduction
Latex based industrial coatings require high
glass transition (Tg) polymers to gain the
proper hardness, mar, block, print and dirt
pick-up resistance. Volatile organic compounds
(VOC) are needed to coalesce these
polymers to ensure film formation and build
properties quickly.
The selection of coalescent has a significant
impact on the property development
of these high Tg latices. Today, there is
tremendous pressure on the coatings industry
to reduce VOC in order to meet environmental
regulations. Within the
European Union, industry must be compliant
with a long list of regulations which in-
to e direttiva di controllo, 2008/1/CE.
Con l’attuale alta soglia dell’attenzione
sulla qualità dell’aria in ambiente
interno e sulle emissioni dei gas serra,
ci si potrebbe aspettare un’ulteriore
crescita dell’elenco e la conseguente
necessità di una nuova riduzione dei
VOC. Da sempre, i fornitori di lattici tentano
di adottare le tecniche di miscela
duro-molle con l’aggiunta di una quantità
limitata (10-30% in peso) di lattice
ad alta Tg ad un lattice molto morbido
(< 10C Tg) per soddisfare le proprietà
di basse emissioni VOC e della durezza.
Il controllo della morfologia dei lattici
è un’altra tecnica per ridurre i VOC
pur mantenendo le proprietà di durezza.
Eppure, queste tecniche potrebbero
non essere sufficienti per venire
incontro alle richieste dei formulatori
di p.v. d’uso industriale. In questa relazione
si presenta una nuova tecnologia
grazie a cui migliorare in modo
significativo lo sviluppo precoce delle
proprietà dei p.v. contenenti lattici a
base solvente cogliendo tutte le opportunità
di formulazioni a basso VOC.
La nuova tecnologia della diffusione si
basa su un sistema polimerico doppio,
in cui al polimero duro A di fase prevalente
viene aggiunto un polimero
morbido DD di diffusione, specificata-
■ Andrew Swartz, Zhenwen Fu and Andrew Hejl - Dow Coating Materials, USA
▼
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clude measures such as: Construction Products
Directive, 89/106/CEE, Solvent Emission
Directive, 1999/13/EC, National
Emission Ceiling Directive, 2001/81/EC,
Paint and Varnishes Directive, 2004/42/EC
and Integrated Pollution Prevention and
Control Directive, 2008/1/EC.
With the current high level of attention on
indoor air quality and green-house gas
emissions, one should expect that the list
will grow longer and the need for VOC reduction
will increase even further. Traditionally,
latex suppliers have tried to
hard-soft blending techniques where a
small amount (10-30% by weight) of a high
Tg latex is added to a very soft latex (< 10C
Tg) to try and meet low VOC and hardness
RESINE
RESINS
mente progettato, al fine di accelerare
lo sviluppo precoce delle proprietà.
I polimeri (Polimero A & DD) sono stati
selezionati in modo tale da ripartire
selettivamente il coalescente nel Polimero
A allo stato bagnato. La formazione
del film determina una transizione
della solubilità del coalescente nei due
polimeri. Il trasporto del coalescente
nel Polimero DD facilita la rimozione
del coalescente dalla fase dominante
(Polimero A) e, quindi, il p.v. sviluppa
le proprietà ad una velocità superiore.
In questo articolo si forniscono prove
dettagliate di questa tecnologia dello
sviluppo diffusivo con dati analitici, fisici
e applicativi. Infine, grazie al rapido
progresso delle proprietà del film,
la tecnologia dello sviluppo diffusivo
fornisce al formulatore di p.v. e all’utilizzatore
finale le opportunità per ridurre
i VOC, migliorare le produttività
in linea oppure ridurre i requisiti energetici
senza sacrificare la prestazione
del film.
Modello e meccanismi
La tecnologia dello sviluppo diffusivo si
basa sull’interazione del Polimero A di
fase dominante, il Polimero DD di fase
related properties. Controlling the latex
morphology has been another route to lowering
VOC while maintaining hardness related
properties.
These approaches may not be enough to
meet the needs of the industrial coatings
formulators. In this paper, a new technology
is presented that significantly improves
the early property development of waterborne
latex coatings while addressing the
challenges of the low VOC formulation
landscape. Designed Diffusion technology
uses a two polymer system, in which a soft
specially designed diffusion polymer DD is
added to the hard dominant phase polymer
A to accelerate early property development.
The polymers (Polymer A & DD) have been
chosen so that the coalescent partitions selectively
into Polymer A in the wet state.
Film formation triggers a change in the solubility
of the coalescent in the two polymers.
Transport of the coalescent into Polymer
minore a sviluppo diffusivo e il coalescente
selezionato, come rap presentato
in figura 1. Il Polimero A di fase
prevalente (65-85%) è un polimero di
lattice ad alta Tg, tipicamente superiore
a 20°C, che controlla in ultima
analisi la durezza del film e le proprietà
ad essa correlate quando il coalescente
viene rimosso. La formazione
del film di questo Polimero ad alta Tg
è facilitata dall’aggiunta di piccole
quantità (15-35%) del Polimero DD a
sviluppo diffusivo, specificatamente
progettato e del coalescente adeguatamente
selezionato. Grazie a questa
tecnica relativa alle formulazioni A del
polimero del lattice al 100% è possibile
ridurre fino al 30% o più i VOC
senza compromettere la formazione
del film.
Questa tecnica si basa sullo sviluppo
del Polimero DD, dotato di ottime proprietà
filmogene e più idrofilo allo stato
bagnato in modo che il coalescente si
distribuisca preferibilmente nella fase
dominante dura, laddove vi sia necessità
di plastificare la fase dura. Con il
progredire dell’attività filmogena, la
quantità in volume dell’acqua va perduta.
Con ciò si determina la trasformazione
della solubilità del coalescente
nei due polimeri.
DD facilitates the removal of the coalescent
from the dominant phase (Polymer A)
and thus the coating develops properties
at a faster rate.
This paper presents detailed evidence of
this Designed Diffusion technology with
analytical, physical and application data.
Lastly, due to the rapid early property development
of film properties, Designed
diffusion technology provides the coatings
formulator and end user with options to
lower VOCs, improve line productivity or
reduce energy requirements without sacrificing
film performance.
Model and Mechanism
The designed diffusion technology relies on
the interplay of the dominant phase polymer
A, the designed diffusion minor phase
polymer DD and the selected coalescent, as
illustrated in Figure 1.
Pitture e Vernici - European Coatings • 3-4 / 2010 17