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慧正資訊：近日，Nobilis的Tonino F. Margani探討了涂料行業的可持續性和鈦白粉問題，強調了該行業最廣泛使用的原材料之一所面臨的挑戰，以下是詳細內容：

（Tonino F. Margani是加拿大多倫多的第四代畫家，也是Nobilis的科學與環境執行副總裁，Nobilis是一家致力于全球涂料行業研究和商業化的家族企業。）

鈦白粉相當于二氧化碳。這種簡單的因果關系實際上是最尖銳的問題，涂料行業已經陷入其中，全速前進！但有些人正在回頭尋找出路。

自1921年以來，鈦白粉一直是涂料行業不可或缺的材料。鈦白粉天然存在，數量有限，沒有人工替代品，其遮光效果無可替代（白度和折射率值）。矛盾的是，由于配方成本和碳足跡強度高，這些益處對經濟和環境產生了負面影響。由于傳統的配方解決方案無法控制其固有的收益遞減，化學家只能在收益成本在變得無法維持之前增加這么多。

2013年，陶氏化學公司憑借其預復合聚合物技術EVOQUE榮獲美國總統綠色化學獎。涂料材料部門的Joan Schuller強調說：“鈦白粉已經達到了極限，無論是在遮蓋效率還是供應方面。”經過十年的銷售補償，配方師通過平均減少5-10%的鈦白粉用量，并減輕Schuller所描述的高“采礦、加工和運輸產生的能源足跡……”，實現了性能的橫向提升，從而降低了投入成本。更重要的是，這引發了一場對話，利益相關者意識到我們對白色顏料的依賴與它對整個行業及其客戶的真正遺產之間的不協調。

2015年10月，《國際化學工程與應用雜志》發表了一篇題為“涂料中低碳足跡鈦白粉替代品”的報告，作者是Matthew J. Ruszala，與阿克蘇諾貝爾合作撰寫。報告總結道：“由于鈦白粉成本高、資源日益匱乏以及對環境的影響，需要一種替代品……然而，目前沒有一種替代品可與之媲美……”隨著這一理念開始流行，甚至材料供應層的關鍵人員也開始注意到解決方案的明顯途徑。

杜邦和科慕公司前研究與技術研究員Michael Diebold博士在《PCI》雜志2022年1月7日的一篇文章中強調了其內在的真理：“隨著鈦白粉含量的增加，鈦白粉的不透明度優勢會降低，并且存在一個上限，即添加過多的鈦白粉甚至會對涂料的整體光散射能力產生不利影響。在這種情況下，實現完全不透明的唯一方法是增加漆膜的厚度”。

與功能性、經濟性和環境性背道而馳的是，鈦白粉制造商協會 (TDMA) 提倡“采用高鈦白粉含量配制的高質量涂料對環境的影響最小，因為……只需更少的涂料層即可達到預期效果。”這不僅與材料本身的化學性能脫節，因為事實證明增加負載百分比不會減少涂料層數，而且還鼓勵在對地球造成最大破壞的源頭進行盲目開采。

先進光散射和優化領域的一項可持續新技術，為多種基材和細分市場提供了了一種新型通用涂料系統，解決了這一難題。這種方法被稱為“自構建技術”，可最大限度地提高涂料的核心效用（不透明度）的效率，而所有子效用和優勢都存在于此。在標準應用中，它使用了一種獨特的“作用機制”，其中涂料分子像磁性錨一樣實時合成在自己身上，產生與傳統涂料多層涂層相當或更好的成膜效果（以及所有典型的所需結果），而無需底漆或第二層涂層。

雖然傳統涂料擅長并專注于粘附在表面上以提高核心性能，但它們在干燥之前會移動和沖洗，最終形成不完整的涂層。接下來是分層涂抹其他涂層，重復涂抹過程，直到實現絕對不透明，其中整個系統的所有外圍優勢都會毫不費力地符合要求（光澤、質地、顏色和耐用性）。這是使用涂料的慣例。需要注意的是，涂料用途中唯一無法控制的組成部分是不透明性，這是因為使用當前方法無法在配方中控制不透明性。

概念和系統概況

這個概念提出了一個問題—— “如果決定性的不透明性（知道何時停止涂刷的標志）是通過用戶的典型勞動實現的——多個涂層層疊在一起，但隨著傳統涂層的應用過程（涂刷和干燥、涂刷和干燥，續續等）的推移，如何才能實時實現這些層并因此獲得完整的效果？”

原始思維實驗的延伸是指氯化鈉在有目的地操縱下的光學行為。在靜態位置，氯化鈉保持1.54的折射率，即使通過顯微鏡最基本的物鏡觀察，也會清楚地顯示其真正的透明性質。但是當許多氯化鈉顆粒聚集在一起（作用機制）時，材料現在是不透明的。如此之多，以至于放在一個強烈的色基上，光線無法穿過鈉顆粒到達下面的顏色，并像穿過基底上由不透明性形成的足夠薄膜一樣散射。更令人印象深刻的是，后者使用的鈦白粉保持了2.61的折射率，但使用傳統方法仍需要多層涂層才能發揮作用。

這種創新的方法使用薄膜構建，通過利用過時的表面張力技術，不僅粘附在表面上，而且粘附在自身上，從而實現不透明度。通過剪切效應在生產中實現，涂料分子通過不同的處理和相對于每種化學包(添加劑、顏料、水、粘合劑/樹脂)的原材料排序而被“磁化”，這些化學包通過敏感但經過驗證的混合工藝進行研磨。盡管有這一獨特的結果，但該系統中90%的原材料都由世界各地的制造商使用，在生產和實驗室中都有典型的設備要求。這種方法使用的鈦白粉減少了三分之二，但不透明性是任何傳統建筑涂料系統的兩倍和三倍。這是因為應用點的作用機制與過量鈦白粉的缺失形成了對比。

為了保持和提高性能，該方法必須適應行業當前的基礎設施，即制造商的生產方式和用戶使用涂料的方式，才能被采用。該系統概況可以描述為一種常見的水基單組分，但具有極高的耐用性，擦洗次數接近ASTM D2486的10,000次。它是一種非粘性產品，在85-90ku范圍內，盡管固體含量接近70%，但仍易于流動和應用。它沒有氣味，VOC含量非常低，不會濺出，可以產生多種光澤。最有趣的是色調系統。有一種基料可以調成白色到深中色調（占所有顏色銷售額的85-90%），還有一種基料用于強調色。該方法接受任何色調并匹配任何顏色。與任何其他產品線的sku矩陣和昂貴的專有色調系統（有些多達七個基料）相比，這種簡化進一步證明了通過供應價值鏈實現真正的實際可持續性。自建技術已應用于七種建筑涂料，服務于各自的細分市場。這些產品系統包括室內和室外裝飾涂料、新建筑涂料和工業涂料。最近，通過可能是歷史上規模最大的現場測試，超過150,000加侖的產品通過北美和國際傳統渠道生產、營銷和銷售。該系統擁有超過15,000名獨特的最終用戶，已證明其在廣泛的地域、用戶類型和實際生活需求方面都取得了成功。

這些措施降低了技術風險，并提供了大規模市場和規模批量生產的社會證據。原材料可以穩定地采購，最重要的是，傳統涂料的分銷、零售和最終用戶等不同客戶群不僅歡迎這些結果，而且已經開始期待這些結果。該技術繼續轉移到其他產品系統中，擴大平臺以服務于其他細分市場。此外，朝著下一個最佳改進方向的推動已經開始——零鈦白粉。目前正在為國際貿易報告準備一份完整的技術報告，因為鈦白粉是整個2350億美元年度市場價值的基石，占全球庫存消耗的50%。

但是，我們能否在保持甚至提高市場價值的同時大幅減少我們的依賴？

鈦白粉單獨控制可持續性

2017年10月，在歐洲開始嘗試將鈦白粉歸類為1B類致癌物質之時，歐盟期刊發表了《鈦白粉：消除不透明性的存在？》這是一篇開創性的文章，介紹了阿克蘇諾貝爾化學家對行業依賴性進行的理論研究。他們通過使用鋅（被認為是第二好的材料）證明了這一點。結果需要更多涂層或層數才能達到同等效果。

這項研究進一步說明了標準公式化方法，其中許多是通過行業合作實現的，但未能成功優化鈦白粉的不透明度潛力。包括一些傳統的嘗試，如調整粘度、流變性、干燥時間、增加固體、2k系統、在銷售點使用的飽和色調、顆粒大小和間距，這些嘗試實際上提供了類似或更差的不透明度。

優化長期以來一直是人們熱議的話題。最初是業內人士在原材料層面上討論技術，現在包括了各種利益相關者，他們對鈦白粉在供應鏈中的實際影響感興趣。這就是新方法真正發揮作用的地方，因為它帶來了盡可能多地抵消涂料中鈦白粉的機會。這種簡單的系統方法轉變可以解決整個行業無法圍繞其影響制定的經濟和更重要的可持續發展愿景。領先的鈦白粉生產商科慕 (Chemours) 在最近的一項民意調查中發現，“63%的涂料專業人士認為，平衡可持續性和成本是他們在涂料設計中推進可持續性的最大挑戰。”雖然行業承認最終結果，但在如此依賴的情況下實現這一目標似乎是不可能的。

可持續性曾經與VOC控制有關，經過一代人的潛移默化，最終用戶才開始理解其價值。如今，環保話題圍繞二氧化碳足跡和廢物展開，在歷史上受教育程度最高、最清醒的消費者群體中也是如此，因為這涉及到將環境目標與他們購買的涂料相一致。

與制造商維護公共關系的方式相同，像海虹老人這樣的頂級生產商將他們的整個信息建立在“將增長與環境足跡分開”等概念上。雖然這個概念支持這樣一個事實，即最環保的涂料只能是你使用最少的涂料，但市場上沒有一種產品可以支持他們遙遠的未來愿望。

現代營銷宣傳“金錢能買到的最環保形象”的前身是政府過去推廣的生產者責任延伸制度 (EPRS)。在初期，它是一種控制消費后廢物的嘗試，后來逐漸發展成為制造商的一項舉措，旨在使用消費者資助的生態費用模式來運行昂貴且剛剛起步的再利用和回收系統。但是，從自建技術及其對鈦白粉的控制以及行業整個二氧化碳足跡的角度來看，EPRS可以恢復一種被遺忘的傾向，即不僅在最終用戶消費后控制廢物，而且在消費前，從原材料提取的起點開始控制廢物。

這種對鈦白粉這一系統性超級問題進行控制的影響遠遠超出了單一原材料。因為如果我們控制了它，那么我們就可以控制圍繞這一核心成分運行的所有材料。就像我們太陽系中的行星圍繞其太陽運行一樣。通過將其減少到所需的最低限度，供應鏈自然而然地得到簡化，并且所有投入成本、外圍材料和必要的關鍵資源（添加劑、樹脂、水、填料、能源、運輸及其排放以及容器及其包裝）都會自動減少到最低限度。這就是這種特殊控制的力量。它實際上可以減少供應鏈中所有過度消耗，包括上市時間和勞動力，并在生命周期開始之前防止最大限度的浪費。

同樣重要的是，對所有相關行業（如建筑業）以及涂料的客戶產生可持續的影響。通過給予他們最小化生態足跡作為額外的激勵，我們可以以不同于過去的方式進行環境管理。我們不能指望客戶為環保付出更多，而應該重新承擔起代表他們實現環保的責任。這是實現可持續發展的唯一途徑，真正真誠地將其與創新聯系起來。

邁向真正的ESG之路——行業的選擇

我們如何才能對環境產生真正可量化的改變？種一棵樹？說服員工騎自行車上班？這些原則上感覺不錯，而且在審美上是正確的，但卻是反動觀念，不會產生任何重大后果。簡而言之，它們沒有起到任何作用。如果這個行業像看起來那么瘋狂，那么想想地球上每個生產商采用這種新系統的影響。畢竟，我們花了一代人的時間消費營銷廣告，告訴我們可以減少外套的用量，這只是常識，盡管使用任何當前市場產品都無法做到這一點。會發生什么？

首先，鈦白粉的消耗量將從全球原料的50%減少到17%，這反過來又要求最大限度地保護外圍資源，并將二氧化碳足跡和整個供應鏈的所有超額投入成本降到最低。這反過來又創造了氣候技術涂料，這是通往真正的ESG的道路，解決了全球可持續發展的大趨勢。這條道路的根基不是制造商的自我營銷和形象，而是其核心目的——生產。

令人鼓舞的是，許多老牌企業正在努力減少二氧化鈦的使用，例如德國的 Ystral分散設備公司，該公司設計了混合解決方案。他們的機器幫助生產商最大限度地提高材料資源的效率。更令人難以置信的是，科慕公司一直積極吸引客戶，宣傳使用更少的鈦白粉對環境更有利的理念，即使以犧牲客戶為代價。阿克蘇諾貝爾與荷蘭研究項目SusInkCoat Initiative合作，正在探索如何使油墨和涂料更具可持續性。

目前，所有利益相關者似乎都被鈦白粉的義務所束縛，同時還受到消費者和環保機構的挑戰。除非行業能夠使用現實生活中的替代品，在經濟和環境方面提供這種雙重激勵解決方案，否則這一挑戰將遇到障礙。一個簡單的事實是，建筑涂料除了在20世紀50年代從油性轉向乳膠外，一個世紀以來沒有發生根本性的變化。這與鈦白粉精煉和主流使用的出現是一個時間軸，這并非巧合。

最后，他表示，贊同科慕的George Pilcher在論文“變革性思維：創新未來”中的觀點，他在論文中強調了這樣一種理想：要讓行業真正創新，就不能循序漸進，而必須通過變革性思維，在火花迸發時采取行動，這種思維有能力永遠改變我們對涂料和工藝的看法。通過這樣做，我們可以重新調整人和涂料甚至環境之間的關系。