慧正资讯：近日，Nobilis的Tonino F. Margani探讨了涂料行业的可持续性和钛白粉问题，强调了该行业最广泛使用的原材料之一所面临的挑战，以下是详细内容：

（Tonino F. Margani是加拿大多伦多的第四代画家，也是Nobilis的科学与环境执行副总裁，Nobilis是一家致力于全球涂料行业研究和商业化的家族企业。）

钛白粉相当于二氧化碳。这种简单的因果关系实际上是最尖锐的问题，涂料行业已经陷入其中，全速前进！但有些人正在回头寻找出路。

自1921年以来，钛白粉一直是涂料行业不可或缺的材料。钛白粉天然存在，数量有限，没有人工替代品，其遮光效果无可替代（白度和折射率值）。矛盾的是，由于配方成本和碳足迹强度高，这些益处对经济和环境产生了负面影响。由于传统的配方解决方案无法控制其固有的收益递减，化学家只能在收益成本在变得无法维持之前增加这么多。

2013年，陶氏化学公司凭借其预复合聚合物技术EVOQUE荣获美国总统绿色化学奖。涂料材料部门的Joan Schuller强调说：“钛白粉已经达到了极限，无论是在遮盖效率还是供应方面。”经过十年的销售补偿，配方师通过平均减少5-10%的钛白粉用量，并减轻Schuller所描述的高“采矿、加工和运输产生的能源足迹……”，实现了性能的横向提升，从而降低了投入成本。更重要的是，这引发了一场对话，利益相关者意识到我们对白色颜料的依赖与它对整个行业及其客户的真正遗产之间的不协调。

2015年10月，《国际化学工程与应用杂志》发表了一篇题为“涂料中低碳足迹钛白粉替代品”的报告，作者是Matthew J. Ruszala，与阿克苏诺贝尔合作撰写。报告总结道：“由于钛白粉成本高、资源日益匮乏以及对环境的影响，需要一种替代品……然而，目前没有一种替代品可与之媲美……”随着这一理念开始流行，甚至材料供应层的关键人员也开始注意到解决方案的明显途径。

杜邦和科慕公司前研究与技术研究员Michael Diebold博士在《PCI》杂志2022年1月7日的一篇文章中强调了其内在的真理：“随着钛白粉含量的增加，钛白粉的不透明度优势会降低，并且存在一个上限，即添加过多的钛白粉甚至会对涂料的整体光散射能力产生不利影响。在这种情况下，实现完全不透明的唯一方法是增加漆膜的厚度”。

与功能性、经济性和环境性背道而驰的是，钛白粉制造商协会 (TDMA) 提倡“采用高钛白粉含量配制的高质量涂料对环境的影响最小，因为……只需更少的涂料层即可达到预期效果。”这不仅与材料本身的化学性能脱节，因为事实证明增加负载百分比不会减少涂料层数，而且还鼓励在对地球造成最大破坏的源头进行盲目开采。

先进光散射和优化领域的一项可持续新技术，为多种基材和细分市场提供了了一种新型通用涂料系统，解决了这一难题。这种方法被称为“自构建技术”，可最大限度地提高涂料的核心效用（不透明度）的效率，而所有子效用和优势都存在于此。在标准应用中，它使用了一种独特的“作用机制”，其中涂料分子像磁性锚一样实时合成在自己身上，产生与传统涂料多层涂层相当或更好的成膜效果（以及所有典型的所需结果），而无需底漆或第二层涂层。

虽然传统涂料擅长并专注于粘附在表面上以提高核心性能，但它们在干燥之前会移动和冲洗，最终形成不完整的涂层。接下来是分层涂抹其他涂层，重复涂抹过程，直到实现绝对不透明，其中整个系统的所有外围优势都会毫不费力地符合要求（光泽、质地、颜色和耐用性）。这是使用涂料的惯例。需要注意的是，涂料用途中唯一无法控制的组成部分是不透明性，这是因为使用当前方法无法在配方中控制不透明性。

概念和系统概况

这个概念提出了一个问题—— “如果决定性的不透明性（知道何时停止涂刷的标志）是通过用户的典型劳动实现的——多个涂层层叠在一起，但随着传统涂层的应用过程（涂刷和干燥、涂刷和干燥，续续等）的推移，如何才能实时实现这些层并因此获得完整的效果？”

原始思维实验的延伸是指氯化钠在有目的地操纵下的光学行为。在静态位置，氯化钠保持1.54的折射率，即使通过显微镜最基本的物镜观察，也会清楚地显示其真正的透明性质。但是当许多氯化钠颗粒聚集在一起（作用机制）时，材料现在是不透明的。如此之多，以至于放在一个强烈的色基上，光线无法穿过钠颗粒到达下面的颜色，并像穿过基底上由不透明性形成的足够薄膜一样散射。更令人印象深刻的是，后者使用的钛白粉保持了2.61的折射率，但使用传统方法仍需要多层涂层才能发挥作用。

这种创新的方法使用薄膜构建，通过利用过时的表面张力技术，不仅粘附在表面上，而且粘附在自身上，从而实现不透明度。通过剪切效应在生产中实现，涂料分子通过不同的处理和相对于每种化学包(添加剂、颜料、水、粘合剂/树脂)的原材料排序而被“磁化”，这些化学包通过敏感但经过验证的混合工艺进行研磨。尽管有这一独特的结果，但该系统中90%的原材料都由世界各地的制造商使用，在生产和实验室中都有典型的设备要求。这种方法使用的钛白粉减少了三分之二，但不透明性是任何传统建筑涂料系统的两倍和三倍。这是因为应用点的作用机制与过量钛白粉的缺失形成了对比。

为了保持和提高性能，该方法必须适应行业当前的基础设施，即制造商的生产方式和用户使用涂料的方式，才能被采用。该系统概况可以描述为一种常见的水基单组分，但具有极高的耐用性，擦洗次数接近ASTM D2486的10,000次。它是一种非粘性产品，在85-90ku范围内，尽管固体含量接近70%，但仍易于流动和应用。它没有气味，VOC含量非常低，不会溅出，可以产生多种光泽。最有趣的是色调系统。有一种基料可以调成白色到深中色调（占所有颜色销售额的85-90%），还有一种基料用于强调色。该方法接受任何色调并匹配任何颜色。与任何其他产品线的sku矩阵和昂贵的专有色调系统（有些多达七个基料）相比，这种简化进一步证明了通过供应价值链实现真正的实际可持续性。自建技术已应用于七种建筑涂料，服务于各自的细分市场。这些产品系统包括室内和室外装饰涂料、新建筑涂料和工业涂料。最近，通过可能是历史上规模最大的现场测试，超过150,000加仑的产品通过北美和国际传统渠道生产、营销和销售。该系统拥有超过15,000名独特的最终用户，已证明其在广泛的地域、用户类型和实际生活需求方面都取得了成功。

这些措施降低了技术风险，并提供了大规模市场和规模批量生产的社会证据。原材料可以稳定地采购，最重要的是，传统涂料的分销、零售和最终用户等不同客户群不仅欢迎这些结果，而且已经开始期待这些结果。该技术继续转移到其他产品系统中，扩大平台以服务于其他细分市场。此外，朝着下一个最佳改进方向的推动已经开始——零钛白粉。目前正在为国际贸易报告准备一份完整的技术报告，因为钛白粉是整个2350亿美元年度市场价值的基石，占全球库存消耗的50%。

但是，我们能否在保持甚至提高市场价值的同时大幅减少我们的依赖？

钛白粉单独控制可持续性

2017年10月，在欧洲开始尝试将钛白粉归类为1B类致癌物质之时，欧盟期刊发表了《钛白粉：消除不透明性的存在？》这是一篇开创性的文章，介绍了阿克苏诺贝尔化学家对行业依赖性进行的理论研究。他们通过使用锌（被认为是第二好的材料）证明了这一点。结果需要更多涂层或层数才能达到同等效果。

这项研究进一步说明了标准公式化方法，其中许多是通过行业合作实现的，但未能成功优化钛白粉的不透明度潜力。包括一些传统的尝试，如调整粘度、流变性、干燥时间、增加固体、2k系统、在销售点使用的饱和色调、颗粒大小和间距，这些尝试实际上提供了类似或更差的不透明度。

优化长期以来一直是人们热议的话题。最初是业内人士在原材料层面上讨论技术，现在包括了各种利益相关者，他们对钛白粉在供应链中的实际影响感兴趣。这就是新方法真正发挥作用的地方，因为它带来了尽可能多地抵消涂料中钛白粉的机会。这种简单的系统方法转变可以解决整个行业无法围绕其影响制定的经济和更重要的可持续发展愿景。领先的钛白粉生产商科慕 (Chemours) 在最近的一项民意调查中发现，“63%的涂料专业人士认为，平衡可持续性和成本是他们在涂料设计中推进可持续性的最大挑战。”虽然行业承认最终结果，但在如此依赖的情况下实现这一目标似乎是不可能的。

可持续性曾经与VOC控制有关，经过一代人的潜移默化，最终用户才开始理解其价值。如今，环保话题围绕二氧化碳足迹和废物展开，在历史上受教育程度最高、最清醒的消费者群体中也是如此，因为这涉及到将环境目标与他们购买的涂料相一致。

与制造商维护公共关系的方式相同，像海虹老人这样的顶级生产商将他们的整个信息建立在“将增长与环境足迹分开”等概念上。虽然这个概念支持这样一个事实，即最环保的涂料只能是你使用最少的涂料，但市场上没有一种产品可以支持他们遥远的未来愿望。

现代营销宣传“金钱能买到的最环保形象”的前身是政府过去推广的生产者责任延伸制度 (EPRS)。在初期，它是一种控制消费后废物的尝试，后来逐渐发展成为制造商的一项举措，旨在使用消费者资助的生态费用模式来运行昂贵且刚刚起步的再利用和回收系统。但是，从自建技术及其对钛白粉的控制以及行业整个二氧化碳足迹的角度来看，EPRS可以恢复一种被遗忘的倾向，即不仅在最终用户消费后控制废物，而且在消费前，从原材料提取的起点开始控制废物。

这种对钛白粉这一系统性超级问题进行控制的影响远远超出了单一原材料。因为如果我们控制了它，那么我们就可以控制围绕这一核心成分运行的所有材料。就像我们太阳系中的行星围绕其太阳运行一样。通过将其减少到所需的最低限度，供应链自然而然地得到简化，并且所有投入成本、外围材料和必要的关键资源（添加剂、树脂、水、填料、能源、运输及其排放以及容器及其包装）都会自动减少到最低限度。这就是这种特殊控制的力量。它实际上可以减少供应链中所有过度消耗，包括上市时间和劳动力，并在生命周期开始之前防止最大限度的浪费。

同样重要的是，对所有相关行业（如建筑业）以及涂料的客户产生可持续的影响。通过给予他们最小化生态足迹作为额外的激励，我们可以以不同于过去的方式进行环境管理。我们不能指望客户为环保付出更多，而应该重新承担起代表他们实现环保的责任。这是实现可持续发展的唯一途径，真正真诚地将其与创新联系起来。

迈向真正的ESG之路——行业的选择

我们如何才能对环境产生真正可量化的改变？种一棵树？说服员工骑自行车上班？这些原则上感觉不错，而且在审美上是正确的，但却是反动观念，不会产生任何重大后果。简而言之，它们没有起到任何作用。如果这个行业像看起来那么疯狂，那么想想地球上每个生产商采用这种新系统的影响。毕竟，我们花了一代人的时间消费营销广告，告诉我们可以减少外套的用量，这只是常识，尽管使用任何当前市场产品都无法做到这一点。会发生什么？

首先，钛白粉的消耗量将从全球原料的50%减少到17%，这反过来又要求最大限度地保护外围资源，并将二氧化碳足迹和整个供应链的所有超额投入成本降到最低。这反过来又创造了气候技术涂料，这是通往真正的ESG的道路，解决了全球可持续发展的大趋势。这条道路的根基不是制造商的自我营销和形象，而是其核心目的——生产。

令人鼓舞的是，许多老牌企业正在努力减少二氧化钛的使用，例如德国的 Ystral分散设备公司，该公司设计了混合解决方案。他们的机器帮助生产商最大限度地提高材料资源的效率。更令人难以置信的是，科慕公司一直积极吸引客户，宣传使用更少的钛白粉对环境更有利的理念，即使以牺牲客户为代价。阿克苏诺贝尔与荷兰研究项目SusInkCoat Initiative合作，正在探索如何使油墨和涂料更具可持续性。

目前，所有利益相关者似乎都被钛白粉的义务所束缚，同时还受到消费者和环保机构的挑战。除非行业能够使用现实生活中的替代品，在经济和环境方面提供这种双重激励解决方案，否则这一挑战将遇到障碍。一个简单的事实是，建筑涂料除了在20世纪50年代从油性转向乳胶外，一个世纪以来没有发生根本性的变化。这与钛白粉精炼和主流使用的出现是一个时间轴，这并非巧合。

最后，他表示，赞同科慕的George Pilcher在论文“变革性思维：创新未来”中的观点，他在论文中强调了这样一种理想：要让行业真正创新，就不能循序渐进，而必须通过变革性思维，在火花迸发时采取行动，这种思维有能力永远改变我们对涂料和工艺的看法。通过这样做，我们可以重新调整人和涂料甚至环境之间的关系。