带着外层航空涂料飞行

Aerospace 涂料 for exterior applications require a dem和ing set of 性能属性 to provide acceptable performance from both a functional 和 aesthetic st和point. 在许多情况下,一架新的商用飞机的成本可能超过3亿美元,预计在4次飞行的情况下,可以持续飞行几十年,按年计算为000小时或以上. 根据GMI, the aerospace 涂层 market size is estimated to surpass $1 Billion in sales by 2024.

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  • 当温度在几分钟内从120F快速变化到- 70F时,保持粘附和灵活性的能力
  • Resistance to hydraulic fluids including Skydrol, diesel fuel, lubricating oils 和 deicing fluids
  • Resist degradation when exposed to intense UV light at high altitudes
  • 重复干、热、冷、湿循环
  • Outst和ing 腐蚀 resistance as aircraft are often operated in marine 和 industrial environments
  • High degree of flexibility 和 resistance to stress as a result of turbulence, 振动和翅膀弯曲
  • Abrasion 和 erosion resistance 和 油漆 from dirt 和 s和 at sub 和 supersonic speeds
  • 红外反射率(军事应用)
  • 低密度(节省重量)
  • Icephobic
  • 低的咖啡

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的 底物 for the fuselage 和 aircraft skin is predominantly AA 2024 aluminum. aa2024是铜和铝的合金. 的 copper provides an increase in the strength to weight relationship, 然而,它也不利于耐腐蚀. Weight reduction is an enormous driving force in new aircraft design as it equates to fuel savings, 速度和范围. Composites, fiber metal laminates 和 aluminum-lithium alloys are being used on an increasing basis.

大量的 清洁/预处理类型 (历史上的六价铬基)提供了一个薄的保护层,以提高耐腐蚀性以及后续涂层的接受性,因为它增加了表面张力和表面的极性.

  • 有机涂料 通常包括底漆、底漆和清漆.
  • 引物 典型的有机溶剂和水性双组分环氧多胺/聚酰胺类型是否含有扩展剂, 添加剂, catalysts 和 are further fortified with 腐蚀 inhibitive 颜料.

常见的类型 腐蚀 飞机上包括 丝状点蚀、晶间、剥落、应力开裂、电蚀 和 缝隙腐蚀. 所有这些类型的腐蚀都因潮湿而加剧, 盐, thermocycling 和 direct contact of metals differing in metallic content.

历史上在航空底漆中常用的防腐颜料有铬酸钡和铬酸锶. Epoxy resins for the most part are combinations of bisphenol A 和 bisphenol F types. 当与合适的交联剂(通常是胺类或胺类)配制时,环氧基底漆具有良好的附着力, 耐腐蚀、耐化学腐蚀.

丝状腐蚀在涂层铝-学习外部航空航天涂层在勘探者知识中心.
图1. 涂层铝上丝状腐蚀的图像
航空航天涂层截面-在探勘者知识中心了解外部航空航天涂层.
图1一个. 航空航天涂层截面
Typical epoxy resins 和 epoxy functional reactive diluents used in aerospace primers. Learn more about aerospace exterior 涂料 in the 探勘者 知识中心.
图2. Typical epoxy resins 和 epoxy functional reactive diluents used in aerospace primers
环氧树脂与氨基功能的反应-在探矿者知识中心了解外部航空涂料.
图3环氧树脂与氨基的反应

航空航天外观面漆 are two-component urethane types comprised of hydroxyl functional resins [polyesters, acrylics or fluorinated ethylene vinyl ethers (FEVE)] reacted with isocyanate prepolymer(s). 典型的固化反应如下:

多元醇与异氰酸酯功能交联剂的反应-在勘探者知识中心了解外部航空涂料.
Figure 4 Reactions of polyols with isocyanate functional cross-linkers

由于航空航天涂层系统的苛刻要求, chemists use a stoicheometric excess of isocyanate crosslinker to provide excellent chemical resistance. 过量的异氰酸酯交联剂与水分反应脱羧,进一步反应形成聚脲. 通常使用50%或更多的化学计量过量的异氰酸盐,以确保高程度的聚脲生成.

聚氨酯以其出色的抗腐蚀性液体如Skydrol(一种飞机液压油)而闻名. 聚酯多元醇are used primarily in the pigmented basecoat portion of the two component polyurethane 涂层, 而 丙烯酸多元醇 也 FEVE-based多元醇 are primarily used in the clearcoat portion of the polyurethane topcoat.

透明涂层进一步加强紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂,以进一步保护涂层系统,防止由于暴露在强烈的高空紫外线下而退化.

异氰酸酯交联剂 are typically derived from hexmethylene diisocyante (HMDI) 和/or isophorone isocyanate (IPDI). 的 former type provides flexibility, 而 the latter can provide improved hardness.

双缩脲是由三个HMDI分子反应形成的——在探矿者知识中心了解外部航空涂层.
图5三个HMDI分子反应生成双缩脲
聚氨酯 formed from the reaction of three HMDI molecules - 探勘者 知识中心
Figure 6 聚氨酯 formed from the reaction of three HMDI molecules
Uretdione formed from two HMDI molecules, as used in exterior aerospace 涂料
图7两个HMDI分子形成的Uretdione
Isophorone Diisocyanate - learn about its use in exterior aerospace 涂料 in the 探勘者 知识中心
图8异弗尔酮二异氰酸酯

聚氨酯基于异氰酸酯的交联剂与适当的多元醇树脂体系反应时具有优异的耐候性,因此广泛应用于航空航天面漆中.

最近的创新和项目重点 in aerospace 涂料 include chrome-free pre治疗-primers 和 chrome-free epoxy primers. 减少阻力的涂层能将燃料效率提高1%,每年可节省7亿美元的燃料成本, 根据国际航空运输协会(IATA). On average, airlines incur about $100 a minute per flight in total operating costs, IATA says. 因此, 即使仅仅节省一分钟的飞行时间,每年也可以为整个行业减少10亿美元的运营成本,并显著减少环境排放.

进一步阅读:

引用:

  • 主动保护涂料,施普林格等.al., 2016
  • 2 .有机涂料科学与技术rd 版,威克斯等.al, 2007

与聚氨酯涂料发生反应

聚氨酯涂料 have come a long way since their invention by Otto Bayer 和 coworkers in 1937. 这取决于低聚物和高分子材料的选择, these 油漆s are used in a variety of dem和ing high performance applications due to their versatility. 的y can be hard or soft, flexible or rigid, resistant to chemicals 和 provide excellent adhesion.

聚氨酯的性能及应用

  • 优异的防潮和耐腐蚀性能
  • 柔性底漆和面漆
  • Weather resistance (aliphatic polyisocyanate with suitable durable polyol)
  • 耐酸雨等化学品
  • 一个组件
  • 两个组件
  • 水性单组份烤漆
  • 100%的固体
  • 粉末涂料
  • 水性环境固化双组分饰面

聚合物和异氰酸酯预聚合物组分包括一个或多个异氰酸酯预聚合物和一个或多个含有羟基官能团或其他活性氢基团的聚合物或低聚物组分. 异氰酸酯是 活性与功能 其中包括:

  • 羟基
  • 氨基
  • 亚氨基的
  • Ketimene
  • 羧基(形式有限公司2)
  • 聚氨酯
  • 尿素酶
  • Acetoacetylated树脂

用于外墙耐候性涂料的活性氢通常是聚酯或丙烯酸聚合物中的脂肪族羟基. 醇和酚与异氰酸酯反应生成 聚氨酯.


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氨基甲酸乙酯的反应

在下面的反应中,R1 和R2 是脂肪族还是芳香族.

R1-R2-aliphatic-or-aromatic formula - Learn more about polyurethane 涂料

氨基甲酸乙酯反应在较高温度下是可逆的. 用于烘烤系统,如那些使用封闭异氰酸酯, 过高的烘烤温度会导致脆化, 颜色变化和降低水分和耐腐蚀性.

As a general rule, reaction rates for urethane formation is in the following order:

primary hydroxyl > secondary hydroxyl > tertiary hydroxyl. 逆反应速率是正反应速率的倒数. For example 聚氨酯 from tertiary hydroxyls are relatively unstable.

一旦形成,聚氨酯可以进一步与异氰酸酯反应形成 脲基甲酸盐:

酞酸酯配方-了解更多关于聚氨酯涂料

异氰酸酯和多元醇的其他环境固化反应如下:

异氰酸酯多元醇-了解更多关于聚氨酯涂料

正如上文所述, the desired crosslinking reaction between a polyol 和 an isocyanate to form a polyurethane involves multiple 竞争反应. 因为这个原因, 双组份配方,其中一组份为多元醇,第二组份为异氰酸酯,通常用a配制 10%或更多的化学计量过剩 of isocyanate to overcome 竞争反应 with moisture 和 other possible reactants.

聚氨酯催化剂

催化剂 for poly聚氨酯 include tin based carboxylates such as dibutyl tin dilaurate, 二丁基辛酸锡或叔胺,如DABCO [N2(C2H4)3]. 的毒性问题, 也有以新癸酸铋为基础的无锡催化剂, 2-己酸乙酯铋或其他金属羧酸盐.

异氰酸酯和uv—

有多个 脂肪族和芳香族多异氰酸酯 可用于环境固化的双组分溶剂, 100%固体、液体或粉末, 以及水性涂料. 了异氰酸酯 是否用于单组分烘干涂料,因为它们在高温下解除阻塞以激活异氰酸酯基团. 反应顺序是先解堵,然后加成. 由芳香异氰酸酯形成的聚氨酯由于光稳定性差,主要用于底漆和内饰涂料, 但具有优异的防潮和耐腐蚀性能.

Common aliphatic 和 aromatic polyisocyanate 建筑 blocks include:

polyisocyanate 建筑 blocks formulas - - Learn more about polyurethane 涂料

HDI和IPDI用于合成高分子量异氰酸酯预聚物,其中可能包括异氰酸酯, 同种异体磷酸盐和尿路二酮改善卫生, 处理和风化性能.

在单组分聚氨酯涂料中,异氰酸酯可以被阻断形成一种稳定的交联材料. 了异氰酸酯 广泛用于粉末, 卷形底漆的水性和高固形物烘烤面漆, 汽车涂料和电沉积涂料. 常见的封堵剂包括2-乙基己醇, e-caprolactone, 甲基乙基酮肟和2-丁基乙醇. 当与多元醇混合, 被封闭的异氰酸酯是稳定的,直到它们达到解封闭温度,然后消除封闭剂,并与多元醇反应形成聚氨酯.

水性双组分聚氨酯 涂料可以使用水分散的异氰酸酯. 水分散的IPDI或HDI基异氰酸酯已在市场上出售,其制备方法是将部分异氰酸酯基团与聚乙二醇单醚反应. 然后将所述多异氰酸酯添加到含有所述多元醇的分散体中,形成所述分散颗粒,这些分散颗粒交联并形成薄膜.

Iso-free技术

基于异氰酸酯的技术已经受到越来越多的审查,因为接触异氰酸酯会导致哮喘和其他呼吸道问题. Occupational asthma has overtaken asbestosis as the leading cause of new work-related lung disease. 异佛尔酮免费技术 提供聚氨酯形成,而不暴露于游离异氰酸酯. 在过去的几年里 isofree已经出现了不利用异氰酸酯交联剂形成聚氨酯的技术,从而消除了异氰酸酯暴露. 采用Isofree 2K技术 聚碳酸酯和聚醛 for example includes improved sprayable pot life 和 rapid cure 和 early hardness. Technologies that form poly聚氨酯 without the use of an isocyanate crosslinker follow:

  1. 六甲氧基甲基三聚氰胺+聚碳酸酯→聚氨酯
聚氨酯配方-了解更多关于聚氨酯涂料
  1. 聚碳酸酯+聚胺→聚氨酯
聚氨酯配方-了解更多关于聚氨酯涂料
  1. 聚氨基甲酸酯+聚醛→聚氨酯
聚氨酯配方-了解更多关于聚氨酯涂料

的 formation of poly聚氨酯 in reactions #1 和 #2 are sluggish at room temperature, 而3号反应速率利用了 聚碳酸酯和聚醛的交联反应 更温和的. 通过这种反应路线形成的聚氨酯提供了更长的喷涂罐寿命,同时在应用后比使用异氰酸酯交联剂提供更快的反应速率.

来源:

探勘者 知识中心 和 搜索引擎

聚氨酯. (2017). 基本化学工业-在线.

马亨德拉,Vidhura. (2016). 松木树脂发泡. 10.13140/RG.2.1.2065.0004.

Wikepedia. 聚氨酯.

John Argyropoulos, Nahrain Kamber, David Pierce, Paul Popa, Yanxiang Li 和 Paul Foley. 陶氏 Isocyanate Free 聚氨酯 Coatings – Fundamental Chemistry 和 Performance Attributes2015年4月21日,欧洲涂料大会.

芝诺W. 威克斯小.弗兰克·N. 琼斯,苏格拉底,彼得·帕帕斯,道格拉斯. 威克斯. (2007). 有机涂料:科学与技术,第三版.

威利,琼斯e.al. (2017)有机涂料,科技,第三版.