从防水到装饰，涂料无处不在。 涂料是由不可再生的塑料制成，而这些塑料通常不可回收利用和降解，造成微塑料污染。 最近，随着可持续发展和可再生资源的兴起，涂料设计人员和生产商开始询问如何才能将可再生原料用于他们的产品。
不过，问题不仅在于聚合物。 涂料通常使用对环境有害的溶剂和化学品制造而成，目的是创造必需的质地和乳液。 研究人员还必须消除这些更隐蔽的环境影响，才能开发出完全可持续的涂料。
随着不可再生和对环境有害的材料成为涂料行业的标准，创新者应如何开始行动，将可再生材料融入产品设计之中？
生物基聚合物
聚合物是大多数涂料的主要原料，但过去此类物质往往从石油等不可再生材料中提炼而来。 生物基聚合物是一种可持续的替代品。 生物基聚合物由植物或动物来源的可再生原料制成，其中包括使用植物油作为原料生产聚氨酯 (PU) 的先进技术。
植物油衍生的聚氨酯是传统石油聚氨酯的绿色替代品，保留了相同的理想特性。 生物基聚氨酯易于获得、成本低廉且可持续性更强，因此在涂料行业很受欢迎。 生物基聚氨酯在设计上还可以采用其他环保技术（包括零溶剂或紫外线固化特性等），以进一步减少对环境的影响。
2022 年的一篇研究论文介绍了如何将蓖麻油用作生物基原料来生产高性能涂料。 作者利用动态受阻脲键，从蓖麻油中提取出一种可修复、可回收且可去除的疏水性紫外线固化聚氨酯。 该物质含有 47% 以上的生物基材料，由于分子键的动态性质，它亦兼具可修复性、可焊接性、可回收性和可去除性。 其中一个样本的划痕愈合能力达到 97% 以上，至少可以循环使用四次。
近期其他研究表明，可以使用多种可再生原料制造涂料，其中包括：
- 海藻
- 大麻
- 木材
- 淀粉
- 蛋白质
作为快速发展的研究领域，生物基聚合物为涂料生产商提供了激动人心的机遇，使他们能够开发出更具可持续性的产品，迈向更加环保的未来。
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发展的另一条途径，既能减少或消除浪费，又能在同一工艺中利用可再生原材料。 回收材料因其循环特性而成为可再生原料的替代品，因此回收过程必须保持高产和可持续。
实现这一目标的方法之一是开发相应的涂料，确保可以通过去除和再利用对它们进行回收。 在 NASA 的兰利研究中心 (Langley Research Centre)，研究人员创造了一种生产聚合物涂料环氧微粒的技术，这种微粒可以通过高温还原成原料。 这种材料专为远程太空任务中的 3D 打印应用而设计，其中可再生原料必不可少，但它也有一系列陆地应用。
通过开发具有可再生循环特性的材料和涂料，生产商可以为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的重要性与日俱增，涂料研究应重点关注创新产品的可回收性，以及如何吸引追求环保的市场。
水性聚合物分散体
聚合物只是可持续涂料开发过程的一部分。 传统涂料通常使用破坏环境和不可再生的溶剂作为输送和固化系统。 打算生产可持续产品的生产商必须针对这类系统及其聚合物用途进行创新。
水性涂料提供了一种环境中立的可再生选择，已越来越多地应用于纺织品、纸张和油漆。 用于生产水性涂料（水性聚合物分散体）的单体各不相同，但它们是许多生物基聚合物的有效配方。 通过它们，生产商可以在同一种产品中结合两种可再生原料，向可持续发展再迈出一步。
表面活性剂和乳化剂
可再生原料中还可以提取出涂料配方中的其他成分，例如表面活性剂和乳化剂等。 淀粉和大豆可以作为有效的无皂表面活性剂来源，现已成功对涂料配方实现乳化。 淀粉成本低廉、易于获取且对环境影响最小，因此深受开发人员的青睐。 淀粉还可以直接接枝到聚合物上，产生不含表面活性剂的乳液聚合作用。
当单独使用的表面活性剂不足时，纤维素纳米晶体 (CNC) 这种两亲性纳米颗粒可用作乳液的稳定剂。 CNC 从木浆和棉花等可再生纤维素来源中提取而来，为开发人员提供了又一种利用环保材料制造稳定乳液的途径。
创造可持续涂料
利用可再生原料设计和生产可持续涂料要求研究人员考虑涂料配方每个部分的来源、副产品和废物处理途径。 为了生产出环保涂料，需要对聚合物、溶剂、表面活性剂和乳化剂的可持续性进行仔细评估。 通过采用新材料，生产商不仅可以创造出激动人心的新涂料，吸引具有环保意识的消费者，还能为未来的绿色化学做出贡献。 了解有关生物聚合物如何减少制造业碳足迹的更多信息，以及更深入介绍新兴生物聚合物前景的洞察报告。
