涂料的应用无处不在，从防水到装饰，用途广泛。然而，传统涂料多由不可回收且易降解的非再生塑料制成，从而导致微塑料污染。随着近期对可持续性和可再生资源重视程度的提升，涂料设计者和制造商正积极探索如何将可再生原料应用于其产品中。
聚合物并非全部。涂料通常需要使用对环境有害的溶剂和化学品来形成所需的纹理和乳液。研究人员必须消除这些隐蔽的环境影响，才能开发出真正可持续的涂料。
鉴于非再生和破坏环境的材料仍是涂料行业的标准，创新者该如何着手将可再生材料融入产品设计中？
生物基聚合物
聚合物是大多数涂料的基础，但传统上源自石油等非再生材料。生物基聚合物是一种可持续的替代方案。生物基聚合物由植物或动物来源的可再生原料制成，其中包括利用植物油作为原料生产聚氨酯（PU）的技术进步。
植物油基聚氨酯是传统石油基聚氨酯的绿色替代品，且保留了相同的优良性能。生物基聚氨酯因其易于获取、成本低廉且可持续性高，成为涂料行业的热门选择。生物基聚氨酯还可结合零溶剂或紫外线固化等环保技术进行设计，以进一步降低环境影响。
2022年的一项研究论文展示了如何利用蓖麻油作为生物基原料来制造高性能涂料。作者利用动态受阻脲键，从蓖麻油中提取出一种可修复、可回收且可移除的疏水性紫外线固化聚氨酯。该涂层含有超过47%的生物基材料，且由于分子键的动态特性，它还表现出可修复性、可焊接性、可回收性和可移除性。其中一个样本展示了超过97%的划痕修复能力，并可至少回收利用四次。
其他近期研究表明，多种可再生原料可用于制造涂料，包括：
- • 藻类
- • 大麻
- • 木材
- • 淀粉
- • 蛋白质
作为研究领域中快速发展的方向，生物基聚合物为涂料制造商开发更可持续的产品并迈向绿色未来提供了令人振奋的机遇。
可回收聚合物
生物基聚合物并非可再生塑料的唯一选择。使用可回收聚合物是实现可持续性的另一途径，它通过减少或消除浪费，并在单一流程中利用可再生原材料来达成目标。回收材料因其循环性而成为一种可再生的替代原料，因此回收过程必须具备高产出和可持续性。
实现这一目标的方法之一是开发一种可通过移除和再利用来回收的涂层。美国国家航空航天局（NASA）兰利研究中心的研究人员开发了一种聚合物涂层环氧树脂微粒的制造技术，该微粒可通过高温还原为原料。这种材料专为远程太空任务中的3D打印应用而设计，在这些任务中可再生原料至关重要，但它同时也具备广泛的地面应用前景。
通过开发具有可再生循环性的材料和涂层，制造商可以为其涂料的再利用创造可持续的产品生命周期。随着绿色化学对消费者而言变得日益重要，涂料研究应聚焦于创新的可回收性，以及如何吸引追求绿色环保的市场。
水性聚合物分散体
在开发可持续涂料时，聚合物只是其中的一部分。传统涂料通常使用对环境有害且不可再生的溶剂作为输送和固化系统。旨在打造可持续产品的制造商必须对这些系统及其聚合物的应用进行创新。
水性涂料提供了一种环境友好且可再生的选择，正越来越多地应用于纺织品、纸张和油漆领域。用于制造水性涂料的单体（即水性聚合物分散体）种类繁多，但它们是许多生物基聚合物的有效配方。这使得制造商能够在同一产品中结合两种可再生原料，从而在可持续发展道路上更进一步。
表面活性剂与乳化剂
涂料配方中的其他成分，如表面活性剂和乳化剂，也可以从可再生原料中提取。淀粉和大豆可作为有效的无皂表面活性剂来源，并已成功用于涂料配方的乳化。淀粉是一种低成本、高可用性且对环境影响极小的选择，因此深受开发人员青睐。它还可以直接接枝到聚合物上，实现无表面活性剂的乳液聚合。
当单独使用表面活性剂不足时，纤维素纳米晶体（CNCs）作为两亲性纳米颗粒，可用作乳液的稳定剂。CNCs 从木浆和棉花等可再生纤维素来源中提取，为开发人员利用环保材料制造稳定乳液提供了另一条途径。
打造可持续涂料
设计和制造源自可再生原料的可持续涂料，要求研究人员考虑配方中每一部分的来源、副产品及废弃物处理途径。必须对聚合物、溶剂、表面活性剂和乳化剂的可持续性进行仔细评估，才能创造出环保涂料。通过采用新材料，制造商能够打造出吸引环保消费者的创新涂层，并为未来的绿色化学做出贡献。进一步了解生物聚合物如何减少制造业的碳足迹，并阅读关于新兴生物聚合物格局的深度洞察报告。
