直接到金属涂层(DTM) 涂料行业是一个快速增长的领域吗. 这种增长与效率提高带来的成本降低有关, 节省时间,减少生产步骤. 这些涂料用于重型建筑工业,建筑产品和产品整理. 这些应用中的许多都要求在苛刻的暴露条件下(如石油钻井)具有良好的性能, 近海石油钻井平台和铸造厂. 预估DTM涂料复合年增长率约为10%. DTM涂料有喷涂、刷涂、滚涂和卷涂四种方式. 基材包括铝、冷轧钢、热轧钢和涂覆金属(例如.g. 热浸镀锌钢、galfan、galvalume、电镀锌钢及镀金属).
通过定义, DTM涂层直接应用于具有粘附能力的金属表面,而不需要大量的清洗或预处理. 理想情况下,这些涂层可以一步就直接应用到金属上. 然而, DTM涂料也可以由一层底漆和一层面漆组成,涂在适当准备的金属表面,以消除表面污染物和氧化物. DTM涂料的主要优点是它们不需要多步骤的清洗操作, 涂装前的预处理和密封. 目前的DTM技术包括溶剂载体、水性载体和高固相载体. 它们可以是单组分或双组分丙烯酸, 环氧树脂或聚氨酯, 或由通过聚合固化的不饱和聚合物/低聚物组成.

在设计具有长期性能的DTM涂层时,需要考虑多个问题. 这些包括:
- 衬底润湿
- 最初的附着力
- 较长的附着力和耐腐蚀性
衬底润湿
润湿金属表面 是影响初始黏附的主要因素吗. 如果涂层不容易扩散或潮湿表面,附着力将受到不利影响. 以另一种方式说明这一点-基板的表面张力必须高于所应用的涂层,以确保良好的流动和流平. 在上图中, 蓝色的球体代表一个油漆滴, 黄线代表金属表面. 右边的液滴完全润湿了金属表面,从而提供了提供粘附的最佳机会.
有两种方法可以保证良好的基材润湿. 从衬底的角度来看, 第一种方法是增加基材的表面积——例如, 通过磨蚀和/或喷砂. 该工艺还去除金属氧化物和氢氧根层,以提供更易于形成更持久的表面结合的表面. 第二种方法是修改涂层以确保良好的润湿性(例如.g. 降低表面张力),通过加入合适的润湿剂以及可以降低表面张力的溶剂或助溶剂.
一旦达到足够的初始润湿, 第二个要考虑的问题是回顾导致初始金属附着力的因素.
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最初的附着力
最初的附着力 可以定义为涂料固化后对基材表面的附着力质量, 但在暴露于自然风化和/或加速测试之前. 固化膜的初始附着力可以通过ASTM D3359等试验来量化 十字舱口胶带 和/或ASTM D 4541 涂层的脱拉强度 以磅每平方英寸为单位计算黏附力. 提高的一些考虑 最初的附着力 挥发性物质从漆膜中蒸发后包括:
- 具有促进与金属表面结合的官能团的树脂系统
- 适当的附着力促进剂和偶联剂的存在
- 交联的数量和类型
具有官能团的树脂系统
能够与金属表面的氧化层和氢氧根层形成氢键或共价键的树脂和交联体系通常提供最好的初始附着力. 长期的附着力和防腐作用取决于树脂骨架和交联.

适当的附着力促进剂和偶联剂的存在
为促进附着力,树脂和交联剂中含有过量 活性氢供体和受体 应该使用. 这种树脂含有下列一种或多种官能团:
- 羧基(供氢基)
- 胺(接受氢基)
- 羟基
- 酰胺
- 氨基甲酸乙酯
- 磷酸盐(全部接受或提供氢)
交联的数量和类型
因此,环氧树脂与氨基酰胺基(羟基)交联是有道理的, 醚, 氨基和酰胺官能团), 聚氨酯和聚氨酯(以湿固化聚氨酯为例)对金属表面具有极好的附着力. 因此,它们被广泛地直接用于金属应用.
a的加法 合适的硅烷偶联剂 还可提高初始和长期附着力. 偶联剂是由分子(Y)一端的反应基组成的分子,与偶联剂的另一端(- Si - OR)与聚合物链上的官能团反应3 )与金属表面发生反应.

在上述分子中, 硅上的-OR基团可以是甲氧基或乙氧基, 分子的Y部分是一个官能团,比如氨基, 环氧树脂, 异氰酸酯, 丙烯酸甲酯或乙烯基. 反应首先是烷氧基水解形成硅烷醇,硅烷醇与金属表面的羟基进一步反应. 另一端, 或Y部分, 的偶联剂与树脂主干上的官能团反应.

表一-三烷氧基有机官能硅烷的例子及其应用
R =反应组打开r(哟3)或r(哟2CH3) | R组反应 | 活性硅烷例子 | Trialkoxy硅烷反应 | 应用程序 |
氨基 | 环氧树脂的功能 | 3-aminopropyl-triethoxysilane | 表面与- oh以及自交联形成- Si - O - Si - | 涂料的 铝、锆、锡、钛、镍的氧化物 |
环氧树脂 | 氨基功能 | 3-glycidyloxypropyl trimethoxysilane | 表面与- oh以及自交联形成- Si - O - Si - | 涂料 适用于玻璃、铝、锆、锡、钛、镍的氧化物 |
Meth-acrylate | 丙烯酸树脂聚合 | 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane | 与另一种硅烷自交联形成- Si- O - Si-和- oh在表面 | 湿固化树脂 提高附着力,物理和环境性能 |
N/A | N/A | N-octyltriethoxysilane | 形式- Si - O - Si - | 疏水性, 提高疏水性 |
乙烯基 | 乙烯基或丙烯酸树脂聚合 | 乙烯基-trimethoxysilane | 形式- Si - O - Si - | 具有改善附着力和薄膜完整性的湿固化树脂. 也用作 水分清道夫 |
异氰酸酯 | 羟基、氨基或巯基 | 3-isocyanatopropyl-triethoxysilane | 表面与- oh以及自交联形成- Si - O - Si | 涂料的 金属及无机氧化物,也可以保湿 |
硅烷SIVO溶胶-凝胶法 | 不含VOC的水性表面处理 适用于各种金属和表面 |
较长的附着力和耐腐蚀性
最后,提供 长期附着力和防腐保护, DTM底漆应采用高质量的树脂体系, 含有抗腐蚀颜料,抗水分渗透. 后者的质量可以通过提高疏水性和交联密度来实现. 持久耐湿的底漆还具有抵抗固化膜水解的能力.
图2说明了一种具有良好基体润湿性的配方可以实现的腐蚀保护类型, 一流的初始粘附, 长期耐腐蚀,疏水性高.
图2. 由Chemical dynamics配制的双组分聚氨酯面漆防锈底漆-利用高交联树脂体系,并结合或不结合疏水性颜料改性(SNTS).
10,000 ASTM B117配方正确的直接对金属2涂料系统的盐雾(底层代表已除去的油漆膜).

在选择树脂/涂层系统时,长期的耐腐蚀性是一个重要的考虑因素,该系统可以提供湿附着力,并最大限度地减少水分和氧气的渗透. 随着树脂热重和交联密度的增加,水分和氧渗透率降低. 除了, 低渗透率有助于提供湿附着力,因为当涂层从其使用环境中移除时,更少的水将被解吸. 芳香性高的树脂(双酚a基环氧树脂), 聚碳酸酯和苯乙烯化树脂) 低氧渗透率. 卤化树脂,如氯乙烯, 共聚物, 氯化橡胶和氟化聚合物(如聚偏二氟乙烯)都具有低水溶性,因此 低透湿率1 (见表二).
总之, DTM防腐涂料的配方是一项复杂的工作,取决于金属基体, 服务环境, 颜料等级和树脂种类的选择. 了解更多关于树脂和材料选择的信息,以制定防腐涂料, 请导航到 www.ulprospector.com.
来源:
引用:
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,第四版.