快速增长的直接金属涂层部分

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.

基材润湿图像-了解更多关于直接对金属涂层

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.

金属基板——了解更多关于直接到金属涂层

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.

公式2——了解更多关于直接对金属涂层

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.

公式2 -了解更多关于直接到金属涂层

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/AN/AN-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).

表面涂层的图像-学习直接到金属涂层

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:

  1. www.faybutler.com/pdf_files/HowHoseMaterialsAffectGas3、焊接杂志.

引用:

探勘者知识中心 和 搜索引擎

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.

高性能的纳米级保护

最初发布于 欧洲涂料之旅07/08/2019

新一代高交联密度防腐蚀涂层技术. 作者:Atman Fozdar, Ronald Lewar- chik, Raviteja Kommineni, 十大彩票平台, USA.

图1:RA Exp1穿透铁锈并与贱金属结合的机理示意图.

一种提供改进性能的创新技术, 节省材料和劳动力成本,并消除需要环氧底漆. 单组分聚合物渗透剂与被腐蚀的母材发生反应,形成持久的粘结,增加结构的使用寿命. 这种涂层技术具有深远的潜力, 例如在离岸应用中, 化学加工和汽车再抛光.

低碳钢成本低,是各种应用中最常用的合金之一, 供应充足,制作方便. 但是钢铁的腐蚀是运输所面临的主要问题之一.g. 汽车、飞机、船舶)和基础设施(e.g. 管道, 建筑, 桥梁, 石油钻井平台, 精炼厂)工业,直接影响其结构的完整性, 导致有关钢结构的安全及维修问题. 根据NACE国际[2]公布的研究, 腐蚀造成的损失超过2美元.每年5万亿美元. 有不同的方法来对抗腐蚀,例如, 采用防腐蚀衬里, 电镀, 有机聚合物涂层和化学气相沉积. 在金属基体上涂敷有机保护层, 特别是铝和钢, 是一种有效的方法来保护这些基板免受严重的腐蚀环境. 有机涂层可以通过三种主要机制减少金属基体的腐蚀:屏障, 牺牲和抑制.

由于各种原因,十大彩票平台经常在钢结构上看到腐蚀的早期迹象. 它可能是由不良的表面准备或应用保护涂层或可能的环境因素,如酸雨, 高湿度, 温度变化, 水气凝结, 化学烟雾, 以及溶解在水中或土壤中的气体. 在上述因素中, 表面处理不当是导致钢结构腐蚀的重要因素之一,可能导致钢结构在使用寿命结束前失去结构完整性和结构. 在观察到最初的腐蚀迹象后,是否有办法保护结构, 而不需要进行繁重的劳动,如去除涂层, 清洁——荷兰国际集团(ing), 前处理和复涂, 这样可以显著增加它的使用寿命, 更有效率和更经济.

表1:RA Exp1与其他系统的理化性质比较.

结果一览

  • 十大彩票平台开发了一种单组分聚合物渗透剂,它可以应用于清洁或轻度腐蚀的钢/铝表面,可进行表面处理或不进行表面处理.
  • 该涂层含有纳米级活性材料,它们首先穿透锈迹,然后迁移到未被腐蚀的金属表面, 聚合形成高度交联的保护网络.
  • 结果超过清洗前处理的钢表面可以超过10,000小时的盐雾,没有水泡或划痕蠕变,当顶部涂层.
  • 新的创新技术提供了更好的性能, 不需要环氧底漆, 节省人工和材料成本.

实验

在RA Exp1中使用的低分子量齐聚物的一个独特方面, 是否有三种类型的活性不饱和树脂和低分子量活性稀释剂的流行. 这三种类型的双键提供了一种协同固化机制,导致了辅助固化性能和高交联密度,抑制了可溶性盐和水分的渗透. 当该树脂共混物与缓蚀剂颜料如有机改性的正磷酸盐铝钼锌、5-硝基异酞酸锌和独特的导电颗粒耦合时,其耐蚀性得到进一步提高. 图中显示了RA Exp1如何穿透铁锈 图1. 在穿透衬底表面后, 低分子量不饱和单体和低聚物, 与其它活性位点形成化学键/交联, 形成高度交联的网络,它不透水和其他可溶盐,加重腐蚀.

通过加入超疏水纳米结构二氧化硅[3],制备了RA Exp1的疏水和超疏水变化. 这种添加剂具有天然的超疏水特性,同时具有亲水/疏水位点,并产生体积疏水涂层. 因此, 即使固化后的涂层表面由于现场的正常磨损而发生磨损, 下面的岩层仍将阻挡水分. 十大彩票平台对RA Exp1(有和没有添加剂)和双组分聚氨酯面漆(有和没有添加剂)进行了单独的实验设计。.

在盐雾测试中证明的保护

研究了添加添加剂和不添加添加剂时RA Exp1在镀锌镍处理冷轧钢基体上的变化, 然后,在干膜厚度(DFT)为125 μm的情况下,在表面涂覆2k聚氨酯涂层. 根据ASTM B117标准,在盐雾箱中进行盐雾试验, 然后在室温下固化7天. 有人工缺陷的涂层板(划痕尺寸为106毫米× 2毫米), 使用1毫米的划线工具创建)用于加速腐蚀过程. 所有涂层板以45°的角度放置在测试室内,并暴露于5.0 wt.% NaCl溶液,40℃. 凝结水收集速率和相对湿度均大于1.0 to 2.每80cm2(水平收集面积)0 ml/h和95%. 对涂层的防护性能进行了进一步的研究,重点研究了涂层后试样表面腐蚀或损伤区域的大小和分布,1万小时的盐雾暴露.

图2 显示了10,千小时盐雾博览会-当然, 四种系统中的三种以RA Exp 1作为底漆和2K聚氨酯面漆显示没有划线或表面起泡和/或腐蚀. 前四张照片显示了10年后不同的系统,000小时的盐雾展览- sure和下面四张照片显示了在使用脱漆器去除涂层底部一半后,涂层下面的腐蚀程度(相同系统).

低阻抗由于导电纳米颗粒

通过对磷酸锌预处理冷轧钢板进行EIS处理,研究了RA Exp1的屏障保护性能, 并与市面上常用的双组分环氧树脂涂料和湿固化聚氨酯涂料进行了比较. 一种三电极油漆测试电池(参考电极:饱和甘汞电极(SCE)), 对电极:工作电极:钢试样在14.6平方厘米面积)用于进行EIS测量[1]. 在开路电位(OCP)下进行阻抗量化,并在0.1至100 KHz,振幅为±60 mV的正弦电压. 4个样本(RA Exp1, 2k环氧树脂和两个潮湿固化的聚氨酯样品)浸泡在40ml NaCl溶液(3.5 wt.%)和EIS测量在40天内完成.

初始波德和尼奎斯特图(图3一 & 3b 分别)表明所有涂层变化在高阻抗值时表现出电容性行为. 与其他对照样品相比,RA Exp1的阻抗值相对较低, 这可能是由于涂层的导电/防静电性质,由于添加了导电纳米颗粒和添加剂,以提高耐腐蚀性.

图2:ASTM B117, 10,000小时盐雾暴露.
图3a: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的波德图 & 2(初始). 图3b: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的Nyquist图 & 2(初始).
图4a: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的Bode图 & 2、暴露50天(1000小时)后.
图4b: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的Nyquist图 & 2、暴露50天(1000小时)后.

更强的抗电解质扩散能力

图6 给出了一个由半透涂层保护的金属基板的简化等效电路, 忽略了可以忽略的大小的涂层电阻. 等效电路网络中电路元件的值可以直接表征涂层的性能. 拟合等效电路模型提取的孔阻(Rp)值作为暴露时间的函数,可用于比较各种涂层体系的性能并对其进行排序. 图5 为含孔隙阻力(RP)对. 曝光时间(小时), 表明2K环氧树脂的Rp随时间的增加而减小,而, RA Exp1, 水分固化的聚氨酯1和聚氨酯2对1几乎是恒定的,000小时暴露在3.5% NaCl溶液.

浸泡1000小时后,湿固化聚氨酯样品的阻抗值 & 2明显下降,而RA Exp1和2K环氧树脂的阻抗值保持不变. 所示 图4一 & 4b,水分固化的聚氨酯2的性能由1常数变为2常数. This could be due to the diffusion of electrolyte to 涂层 和 substrate interface; hence, 在涂层层的下面可以形成一个双层. 其他样品包括RA Exp1, 没有观察到这种行为,这表明涂层更抵抗电解质和可溶性盐的扩散.

RA Exp1, 2 k环氧树脂和各种潮气聚氨酯系统喷雾应用清洁预处理的冷轧钢材磷酸锌和沙地的冷轧钢材板在125μm干膜厚度(DFT)和在环境温度下可以治愈一段7天前描述的物理和机械性能. 表1 提供了新技术与其他系统的物理和化学特性的比较.

图5:孔隙阻力(Rp) Vs. 曝光时间.
图6:EIS测试等效电路图.
图7:RA Exp1, 2K环氧树脂和湿气固化聚氨酯的TGA曲线/分解温度 & 2.

在极端条件下的潜在用途

对RA Exp1, 2K环氧树脂和湿固化聚氨酯进行热重分析(TGA) & 2. 结果表明,RA Exp1的分解温度较高,为463.而其他涂层的分解温度范围为430-440°C (图7). 该研究证实,RA Exp1可以用于涂层暴露在高温等极端条件下的环境.e. 锅炉、化工加工设备、压力容器等.

高性能双层防腐保护

这种新技术极大地提高了金属基体的耐腐蚀性,如预处理铝, 经锌镍处理的冷轧钢板, 轻锈钢和镀有RA Exp1的磷酸锌冷轧钢. 结果表明,更好的抗水泡, 比在本工作范围内测试的所有其他系统更好的抗蠕变和耐腐蚀性能符合ASTM B117. 每TGA分析较高的分解温度表明RA Exp1在高温应用中的潜力. RA Exp1的不同乙烯基聚合反应和氧化固化反应动力学尚不完全明确,仍有待进一步研究.

该技术的潜在应用包括:用于维护和维修的高性能防护涂料, 汽车再加工, 工业应用, 产品完成, 海上应用,如石油钻井平台和炼油厂, ACE行业, 以及锅炉, 化工加工设备和压力容器.

总之, 新一代的创新保护涂料和超疏水保护涂料在双涂层系统中提供了业界无与伦比的防腐保护.

问阿特曼·福兹达三个问题

要达到最佳效果,你建议用什么温度固化? 涂层 是否可以在环境温度下固化,类似于大多数涂料的固化维护和 修复应用在该领域,但固化也可以通过热烘烤加速. 环境赖斯- Tions,完整的属性实现后7天.

你在现实条件下测试了实验室结果吗? 已应用了主体涂层 在多种基材上,如冷轧钢板, 磷酸锌冷轧钢板, 热轧钢, 2024 & 7075铝预处理六价铬密封剂,镉处理面板(使用 在航空航天中)以及锌镍处理的衬底(用于航空航天和汽车). 加速者- - - - - - UV-A暴露,ASTM B117盐雾,克利夫兰冷凝湿度测试 随着现实生活中暴露在一些较温暖的气候地区附近的沿海地区目前 被测试.

你提到的高温负载膜还耐腐蚀吗? 涂层 暴露在超过350-400°C但低于450°C的温度下以及饱和 蒸汽暴露在盐雾暴露几周后表现良好(正在进行的测试). 然而, 该测试是在受控的实验室条件下进行的. 实地评价仍然是一个调查课题.

[1] MertenB.,电化学阻抗光谱(EIS)涂层评价报告“ST-2016-7673-1”2015.
[2] NACEInternational-http: / / inspectioneering. com/news/2016-03-08/5202/nace-study-估计全球-成本- 25万亿-腐蚀的安. 2016
[3]辛普森J. 等. 2015年代表. 掠夺. 理论物理. 78 086501.

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