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聚酯树脂基础

大多数用于涂料应用的聚酯树脂相对较低的分子量和非晶态, 线性的或分枝的,必须交联以形成有用的膜. 作为一个类, 热固性聚源物体参数 通常提供更好的metal附着力和抗冲击比热固性丙烯酸, however TSA’s provide 涂料 with better resistance to 水解 和 weathering. 聚酯主链中酯键的存在使它们更容易水解, 正确选择能给酯基键提供空间位阻的主链单体(例如 核计划组 提供更好的耐水解性和耐候性.

过量反应物配方。聚酯树脂的基本成分

本文将只讨论饱和聚酯,它有时也被称为无油聚酯. 聚酯涂料是建筑的一大组成部分, 汽车和航空航天市场,因为他们可以设计提供优良的性能,包括机械, 影响, UV, 耐化学性,适用于水性, 高固体含量,低VOC,粉末涂料. Linear聚酯 在卷材涂料中使用的树脂占很大比例. 当用三聚氰胺或封闭的异氰酸酯固化时,可以提供极好的灵活性, 耐化学性和光稳定性. 聚酯的形成是通过 不断的聚合 含有至少两个羟基的醇和含有至少两个羧基的羧酸. 聚酯通常含有二醇的混合物, triols 和 dibasic acid with an excess of polyol to form a hydroxy terminated polyester for reaction with 三聚氰胺 or 异氰酸酯 prepolymer to form a 涂层 film. 如果使用了过量的二元酸, 聚酯端接羧基以与环氧树脂反应, 三聚氰胺或2-hydroxyalkyl酰胺s. 历史上聚酯合成被称为 缩聚反应 当一个醇和一个羧基反应生成水时. 其他聚酯合成路线包括酯与醇的反应, 一种酸酐和一种醇的反应,最后一种内酯的开环聚合. 当二醇(DD)与等摩尔量的二元酸(CC)反应时 分子量 逐步构建,并且更容易控制. 过量的反应物会有这个反应物的末端基团. 例如:

平均分子的末端会有羟基. Branched polyes源物体参数 are made from mixtures of monomer that contain one or more monomers which have a functionality F > 2. 作为单体的比例 F(功能) > 2 增加, 数均分子量增加,必须控制反应,避免凝胶化. A wide range of polyes源物体参数 are in commercial use, for conventional polyes源物体参数 cured with 三聚氰胺 or 异氰酸酯 预聚物,数平均分子量在2000到6000之间.

图1 -合成聚酯过程中分子量的增加:

分子量增加图-聚酯树脂的基本原理

图2 -常见的羟基功能单体如下:

普通羟基功能单体配方。聚酯树脂的基本成分

图3 -常见的二酸单体:

普通二酸单体配方。聚酯树脂的基本原理

表I -多元醇对聚合物性能的影响:

聚合物的影响表。聚酯树脂的基本原理
酸对聚酯树脂基面的影响表

表二-酸性功能单体对聚合物性质的影响:

如表一和表二所示, proper selection of co reactant monomers can provide a range of performance characteristics to provide an array of 性能属性 such as

  • 水解稳定性 癸二酸的,(核计划组 CHDA)
  • 表面风化 (npg, bepd, tmp, tme, hhpa, ipa)
  • 硬度 (npg, tme, tme, chdm, ta)
  • 灵活性 (AA, AzA, Seb, CHDA, TA, CDO)

Desired performance can be achieved through the proper selection of a blend of monomers coupled with the selection of the polymer architecture to meet film performance properties.

聚合物设计要点图表。聚酯树脂基础

最后, 聚酯的结构可以用一个或多个反应基团进行修饰,以形成例如聚氨酯, 石油, 或者丙烯酸改性聚酯.

有关聚酯的更多信息, 生物基树脂及原料, 请导航到 www.ulprospector.com.

资源:

  • 有机涂料,科学与技术,弗兰克·N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • 探勘者

用抗菌涂层保持无细菌

包括埃及在内的古代文明, 中国和印度已经利用metal或利用铜的metal化合物, 银和锌可以对抗由微生物引起的疾病, 而古希腊人和埃及人则使用特定的霉菌和植物提取物来治疗感染. 自从SARS的到来, 以及最近的COVID - 19, 人们越来越认识和使用抗菌材料,包括 抗菌涂料 防止致病微生物的传播. 抗菌涂料的市场价值估计超过3美元.2019年为20亿美元,预计调整后年增长率为10亿美元.4%到2026.

抗菌 (AM以涂料添加剂形式出现的各种制剂,其作用不是杀死微生物,就是阻止微生物的生长. 涂料中的抗菌添加剂可以作为涂料防腐剂或固化膜中的抗菌剂. 根据抗菌添加剂的选择,这些材料可以杀死或抑制细菌的生长, 病毒, 涂层表面有真菌、藻类. 微生物控制可以通过使用抑制微生物繁殖或生长的抗菌技术来实现, 在医院和食品工业中提供卫生的表面,并保持漆膜的完整性.

这篇文章将集中在抗菌添加剂和方法,以提供抗菌功能的固化薄膜. 在涂料中使用AM制剂来杀死或阻止以下微生物的生长,包括:

  • 真菌
  • 细菌
  • 藻类
  • 病毒

大多数 biocides used in 油漆s are migratory as they function by releasing the active ingredient to the surface of the 涂层 when exposed to 水分. Longevity of the AM modified 油漆 film depends on the rate of release of the biocide as the concentration of the active ingredient decreases with time.

描述释放的AM剂在油漆与时间-学习如何保持与抗菌涂料无Bug

在固化的油漆中,AM添加剂的效果不仅取决于浓度, 树脂系统, 光泽, 聚氯乙烯, 涂料表面结构及其所暴露的环境.

metal的使用如  (和许多 铜合金 ), 锌 在各种形式的涂料中都是一种有效的抗菌添加剂. 银的抗菌作用有几种机制. 其中一个例子是,银离子与酶中的硫醇基团发生反应,导致细胞死亡. 铜破坏细胞的机制包括在细胞内产生过氧化氢, 过量的铜也会与蛋白质结合,导致蛋白质分解成非功能性部分. Zinc pyrithione/2-propynyl butylcarbamate acts both a preservative 和 as a 真菌cide. 美国环境保护署负责监督抗菌剂和材料的管理,并确定铜合金能杀死99人以上.如果定期清洁,两小时内就能清除9%的致病细菌. 铜和铜合金是一种独特的固体材料,因为在美国没有任何其他固体接触表面获得许可.S. 来证明人类的健康. 因此, 美国环保署已经批准了355种不同铜合金成分的抗菌注册资格.

metal纳米粒子 包括PVP和多糖包裹的银纳米粒子, mes涂层的银和金也显示出作为抗病毒药物的潜力. 铜纳米粒子h大肠杆菌、真菌和细菌具有抗菌活性.

使用certain 季铵硅烷 当粘结到固体表面时,化合物也提供抗菌特性. Some examples include dimethyloctadecyl (3-trimethoxysilyl propyl) ammonium chloride, 烷基二甲基苄基氯化铵和二癸基二甲基氯化铵.

最近的文献揭示了表面结构对抗菌性能的影响作为一个 针像表面 由3-(三羟基硅基)丙基二甲基十八烷基氯化铵与表面结合形成的结构,当微生物接触到表面尖刺时,通过破坏微生物的外膜来摧毁微生物.

化学蒸汽沉积 二氧化钛 在紫外线照射下具有光催化活性. 它的自洁性是由于它的强氧化能力,从而产生抗菌作用, 抗病毒和抗真菌活性.

超疏水表面 接触角通常在150度或更大范围内吗. 该表面结构的特征是针状微结构与提供低表面张力的组件相结合. Such surface structures also have efficacy in reducing the ability of microbes to adhere to the surface thus imparting antimicrobial activity.

有关选择材料以增强疏水性的附加信息, 请导航到 www.ulprospector.com (EU).

资源:

  • 有机涂料,科学与技术,弗兰克·N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • 探勘者
  • PCI杂志
  • C & 在新闻
  • 新材料科学与技术“,
  • 维基百科
  • 全球市场的见解

智能涂料——智能选择

有很多定义 聪明的涂料然而,它们都有一个共同的特点,那就是能够感知环境并与之互动. 与传统的保护和装饰特性相比,智能涂料提供了额外的功能价值. 透明市场研究公司(Transparency Market Research)的一份报告预测,全球智能涂料市场将以每年29美元的复合增长率扩张.8% during the period between 2017 和 2025 和 reach 1 billion dollars in sales by 2024.

智能涂料中的外部刺激

智能涂料的外部刺激可能包括以下特性:

  • 防腐
  • Antifingerprinting
  • 防污
  • Antimicrobiological
  • 抗真菌
  • Color-shifting
  • 容易清洁
  • 电致变色的
  • 疏水
  • 亲水
  • 防冰
  • 光伏
  • 压电
  • 压磁性
  • 自愈
  • 太阳热反射
  • Super-疏水
  • 热变色

这些性能可以通过使用新型的特种添加剂来获得, 颜料和/或聚合物.

Icephobic涂料 either resist the formation of ice on the surface to which ice has poor adhesion or facilitate the release of ice that has formed on the surface. 憎冰涂层在飞机工业、风力涡轮机和电力线上都有应用. 有两种冰的形成是有问题的.

  • 白霜冰,更俗称霜
  • 眩光冰, 更常见的说法是釉冰, 是什么形成了一层连续的液态水并在其表面冻结. 耀眼的冰对电线和飞机特别危险.

憎冰涂层既可以配制成雾凇冰也可以配制成眩光冰,但不能同时配制成两者. 对于眩光冰,一定程度的疏水性是必要的, 然而,许多超疏水涂层的表面结构实际上可以增强冰的附着力. 的 low surface polarity 和 surface structure of super疏水 涂料 renders the surface less icephobic than would be expected based on the contact angle. 图1说明了.

图1 -了解更多关于智能涂料的信息

Some studies show that elastomeric poly氨基甲酸乙酯 涂料 provide less ice adhesion than that of 涂料 that are similarly structured but more glassy in nature. 理论是,PU弹性体涂层的表面在固体冰和轻微交联的PU或硅弹性体结构之间诱导滑移,在表面悬挂链.

其他方法利用在某些表面降低凝固点或在低表面张力涂层上添加油. 最后, 有些涂层利用添加剂来增加形成冰形核所需的过冷程度.

自我修复涂料

所有涂层在使用寿命期间都容易被刮擦和磨损. 抓挠和磨损不仅对外观有不良影响, 但是,如果涂层应用在可氧化的metal表面,则会进一步降低有效寿命.

Seongpil一个等.Al研究了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦涂层被刮伤, 含有催化液体可聚合材料的微胶囊或纳米胶囊.g. 干燥油,二环戊二烯)被释放到划痕中. 图2说明了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦胶囊破裂, polymerization takes place filling the void 和 funct离子 to reduce 水分 ingress 和 thus improve 腐蚀 resistance as well as the appearance of the 涂层. Fibers based on thermoplastic poly(e-caprolactone) distributed in an 环氧树脂 matrix is one example of self-healing technology to restore film integrity when exposed to 热.

图2-基于胶囊或纤维的自愈合涂层

图2 -了解更多关于智能涂料的信息

环境传感涂层

能够对环境的变化作出反应, 这些涂料具有多种用途. 例如 some 水传播的 interior house 油漆s contain a dye that changes color due to exposure to interior 光 or a change in pH during the drying process. 在干燥时,颜色的变化,例如粉红色或紫色,有助于表示 足够的覆盖率 底毛颜色相似.

涂料 that contain a pH sensitive dye 和 fluorescent molecules are also used to 检测腐蚀. Another approach is the use of a Rhodamine B-based dopant in 环氧树脂 涂料 to sense 腐蚀 on both steel 和 aluminum as it responds to both a decrease in pH 和 the presence of Fe+++ 离子.

Another fast growing area of smart 涂料 is the use of 涂料 that are modified to resist colonization of surfaces by 病毒es or 细菌. 大多数表面都含有微量的营养物质,如糖, 使微生物生长和繁殖的油或磷.


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抗菌涂料

抗菌涂料具有多种用途,包括医院, 厨房, 公共浴室, 交通运输(出租车, 超级汽车, 在飞机上),在扶手和门把手上. Additives that have been successfully used include materials containing 银 in various binders or absorbed onto a porous surface to enable slow release 和 improve longevity. 季铵盐也具有抗菌活性, 季铵盐对病毒和真菌更有效. 铜还提供一些抗菌活性,以及有机抗菌,如三氯生.

表1 -其他智能涂层应用概述

涂层类型主要刺激智能响应
太阳能反射反射红外能量使用掺杂混合metal氧化物的浅色和深色阳光提供更凉爽的表面,节省空调成本
压电颜料在受力时产生电流(pb - zr -钛酸盐)振动当受到机械应力时产生电压
压磁多晶材料在受力时产生磁场振动当受到机械应力时,会产生磁场
热变色液晶和亮色染料随温度变化而变色温度显示指定范围内的温度变化情况
电致变色的聚合电解质,一接触电流就会变色电流色彩变化,审美情趣,指标
疏水/亲水表面改性与调整表面张力水分Adjust water contact angle to repel (疏水) or attract 水分 (hydrophilic)

有关选择材料以增强疏水性的附加信息, 请导航到 www.ulprospector.com (EU).

  • 有机涂料,科学与技术,弗兰克·N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • PCI杂志
  • 科学指引
  • Shape Memory Assisted Self- Healing 涂料, 2013, Material 科学, Luo 和 Mather
  • 透明市场研究:智能涂料市场-全球行业分析, 大小, 分享, 增长, 趋势, 和预测2017 - 2025
  • 安圣弼,李敏旭,亚历山大L. Yarin,山姆年代. 尹, A review on 腐蚀-protective extrinsic self-healing: Comparison of microcapsule-based systems 和 those based on core-shell vascular 净works, 化学工程杂志, 卷344, 2018, 206 - 220页, ISSN 1385 - 8947, http://doi.org/10.1016/j.cej.2018.03.040.

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提供完美涂层附着力的指南

几乎所有美学和功能性应用的漆膜,首先必须对所需的基材提供附着力. 因此, one must take into account multiple considerat离子 when formulating a 涂层 that provides acceptable adhesion for the intended 应用程序. 影响粘连的关键因素包括:

  1. 表面润湿
  2. 机械效应和内应力
  3. 表面化学和结合强度
  4. 色素沉着
  5. 评价粘连

1. 表面润湿 -之间的关系 表面润湿 而附着力是设计涂料时要考虑的首要因素,以优化附着力. If a 涂层 in a liquid state does not spread spontaneously over the 底物 surface, 这样,与基材表面形成机械和化学键的机会就有限了.

如果液体的表面张力(力/单位长度或达因/厘米)低于被涂敷固体的表面自由能,液体就会自发地在材料表面扩散. 例如, 下面的图像提供了一个可视化的不同程度的润湿性的液体滴上的表面是湿的.

图1 -不同程度的衬底润湿图像

Image of degrees of 底物 wetting - 提供完美涂层附着力的指南

因此,在表1中,当 液体表面张力(LST)比 固体表面张力(SST),则固体会发生润湿. 这个差异越大, the greater the opportunity the liquid has to wet 和 spread on the surface of the solid. Waterborne 油漆s have a more difficult time spreading on surfaces due to the relatively high surface tension of water in comparison to most organic solvents.

因此, 改善水性涂料的润湿性, 通常使用有机助溶剂和适当的润湿剂. 总之, when LST < SST, wetting occurs.

表1 -液体表面张力(LST)和固体临界表面张力(SST) (dynes/cm) @ 20°C

表面张力表-提供完美涂层附着力的指南

2. 机械粘附和内应力 – 的 profile of the 底物 the 涂层 is to be applied to also can affect adhesion. Smoother surfaces are more difficult for 涂层 adhesion as the surface area is lower 和 provides less area for the 涂层 to interlock with the 底物. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层很难湿润和穿透表面缝隙. 这在图2中列出的图表中得到了说明.

图2涂层与基体之间的表面相互作用

表面相互作用的图像。提供完美涂层附着力的指南

的 microscopic surface profile in sketch B will provide better adhesion than that in sketch A as the 涂层 provides greater opportunity to interlock with the 底物. C表面有不容易被涂层渗透的口袋和孔隙, 导致空气袋可以捕获水分和可溶离子,导致水泡和腐蚀(如果基材是可氧化的metal),因此长期附着不良,最终薄膜失效.

总之, 从机械粘附的角度来看, 具有低表面张力和低粘度的液体涂层有助于促进更好的润湿性和微观渗透(毛细管作用). 附着力也会受到不利影响 强调 这是由于涂层干燥或固化时收缩的结果. 长期的环境影响,如暴露在潮湿环境中, 光, 热, 污染物和热循环也起到最终降解附着力的作用.

3. 表面化学和结合强度  除了表面张力和基材的表面轮廓外, available 底物 functional groups may provide sites for covalent 和 氢键 to the 涂层 components to further enhance the adhesive bond strength to the 底物.

表2 -粘接力

粘接力表。提供完美涂层附着力的指南

如表2所示,与表面的结合强度最高的是 共价键, such as those provided 例如 the reaction of a dual functional trialkoxy silane coupling agent between the 涂层 和 the metal surface.

大多数 metal 表面有一层薄薄的油,以减缓氧化速度. 油也降低了表面的能量,因此更难被弄湿. 因为这个原因, metal表面——例如钢, 镀锌钢和铝-通常在涂装前进行清洗,去除油,然后进行预处理, 例如, 经过磷酸锌或磷酸铁处理的表面. 磷酸基的作用是增强涂层通过的附着力 氢键 metal表面与聚合物上的反应位点的关系.

图3经锌预处理的metal表面氢键的例子.磷酸

氢键的配方-提供完美涂层附着力的指南

活性组 在聚合物的脊骨上或通过添加含环氧树脂的二聚或多功能附着力促进剂, amino or silane functional coupling groups can further react with a suitable pretreated metal 表面形成共价键,在metal和涂层之间提供附加的粘接强度.

为 玻璃或石英 丰富的表面, 偶联剂,如氨基硅烷,也可以通过与含有环氧基团的树脂骨架反应来增强附着力,偶联剂的烷氧基功能硅烷部分与所述偶联剂粘接 硅 形成硅氧烷的表面.

塑料 是否因为它们的表面自由能较低,而脱模剂的存在可能会进一步降低它们的表面自由能,所以更难湿化. 通过紫外辐照提高聚烯烃的表面自由能,可以提高其对聚烯烃的附着力, 一旦使用了光敏剂, 或者火焰处理产生羟基, 羧基和酮基.

的se functional groups on the plastic surface provide higher surface energy to improve wetting as well as 氢键 sites for polymer functional groups on the 涂层. 提高与热塑性塑料附着力的其他方法是在涂料中加入适当的溶剂,以溶解塑料表面,并使涂料在塑料涂层界面上混合.

4. 色素沉着 -底漆中使用的颜料的等级和类型不仅影响涂层基材的附着力, 还要看它能附着在表面多久. 大多数底漆的配方为临界颜料体积浓度(C聚氯乙烯)或略低于临界颜料体积浓度(C聚氯乙烯),以最大限度地提高面漆附着力(底漆表面较粗糙,自由能较高)以及许多其他涂层性能(图4).

C聚氯乙烯对涂层性能的影响表-提供完美涂层附着力的指南

使用极性更强的颜料可使颜料分散过程中更容易湿润, 但可能会降低长期的附着力,因为它们更容易在涂层-基板界面上的水分迁移和剥离. 平板颜料和具有极低或无水溶性成分的颜料也能延长寿命.

方法A和B - A提供完美涂层附着力的指南

5. 评价粘连 有多种方法来确定和量化有机涂层对基材的附着力. 两种最常用的测定粘附力的方法包括 ASTM D3359(交叉舱口胶带粘接)和 ASTM D4541(拉出附着力). ASTM D3359描述了两种方法来确定交叉舱口胶带的附着力:方法A是简单的X, 方法B是格子图. Method A is used in the field 和 for films > 5 mils, 而方法B用于实验室测定. 评级如下图所示:

按专用胶带拆除的交叉舱口面积进行分类,包括:

5B (no area removed) > 4B (less than 5%) > 3B (5 – 15%) > 2B (15 – 35%),1B(35 - 65%)及0B(大于65%)

ASTM D4541(拉出附着力利用一种装置来测量粘在涂层表面的移动小车的拉离强度. 该装置确定了剥离涂层所需的力(单位为磅/平方英寸). 这不仅量化了拉离涂层所需的力的大小, 还有失败的类型(粘性或粘性), 涂层在哪一层失效(面漆到底漆), 底材等的底漆.).

PosiTest AT-A -提供完美涂层附着力的指南
PosiTest AT-A自动粘附测试仪(来源:deelsko)

来源:

通过流变学获得更好的性能

具有无故障性能的油漆和有故障的油漆之间的区别在很大程度上取决于 流变学 的油漆. 流变学 is defined as the science of flow 和 deformation 和 influences properties such as:

  • 转移 树脂和油漆
  • 颜料分散
  • 应用程序 (刷涂、辊涂、反涂或直涂、喷涂、圆盘涂和流涂)
  • 膜的形成 (流动、流平和膜聚结)
  • 贮存稳定性 (耐颜料硬沉降)

相反,粘度可以定义为流动阻力. 如果不考虑和理解粘度,关于流量和流平的讨论是没有意义的. 简单的说, 粘度 液体的流动阻力可以用可测量的数值来定义吗. 黏度表示为剪切应力与剪切速率的关系.

                       ϒ (剪切应力) = F(力)/ A(面积)

                       D(剪切速率)= V(速度)/ C (厚度)

剪切速率 表示为秒和 剪切应力 达因/厘米2
因此, 粘度 可以表示为剪应力/剪切速率:

                       η(粘度)  = ϒ (剪切应力) / D(剪切速率)

由此得出粘度的单位为达因/厘米/秒-1 或者达因秒/厘米or 风度. 流体分为:

  • 牛顿 (粘度与剪切速率的线性关系)
  • 触变性和假塑性 (随着剪切速率的增加,粘度降低)
  • Dilatent (随着剪切速率的增大,粘度增大)

表1. 粘度测量单位

粘度测量单位。了解更多关于油漆的流变性

图1. 单点粘度测量. 多点粘度测量

单点粘度图-了解更多关于油漆的流变性

如图1所示, 单点粘度测量不能提供必要的信息,以确定油漆是否牛顿, 扩展或触变. 因此, 为不同的油漆工艺设计合适的涂料, 有必要知道在一定剪切速率范围内的粘度特性. 多点粘度测定和流变性调整可以优化颜料分散, 树脂和油漆转移, 应用程序, 油漆流, 找平和存储稳定性.

各种流体的粘度特性

图片解释各种流体的粘度-了解更多关于油漆的流变性

图2. 各种油漆工艺对粘度和剪切速率的要求

Graph indicating 粘度 和 shear rate - Learn more about the 流变学 of 油漆s

如图3和图4所示,涂层工艺如树脂和油漆的粘度要求 转移,颜料分散,应用,成膜和储存稳定性 取决于流变学吗. 例如, 在颜料的高速分散和应用性能方面, 一种程度的触变(剪切变薄)AIDS处理, 抗凹陷性和沉降性.

无花果. 3各种工艺粘度测定的类型

粘度类型-了解更多关于油漆的流变性

无花果. 4多种油漆工艺的流变特性

流变曲线图-了解更多有关油漆的流变特性

无花果. 5磨基配方的粘度要求

Millbase配方-了解更多关于油漆的流变性

多个 流变学/控制 可以使用 勘探者的搜索引擎 和 are available to modify 水传播的 和 solvent-borne 油漆s to adjust 应用程序 properties as well as for resistance to hard setting. 在涂料配方中,有多种成分和变量影响流变学.

影响油漆流变性的问题包括:

  • 涂层成分
    • 粘合剂(溶液对乳胶或分散体)
    • 颜料
    • 填充颜料和填料
    • 颜料分散剂
    • 表面活性剂
    • 胺含量及种类(水性涂料)
    • pH值(水性)
    • 助溶剂
  • 流变特性定制
    • 流变改性和选择的标准
    • 流平剂
    • 表面活性剂
    • 其他添加剂

的 粘度 of latex 油漆s tends to exhibit excessive shear thinning behavior 和 is dependent on multiple compositional factors as listed above. 对乳胶涂料, 当粘度在高剪切率调整适当的应用, 适当调平时,在低剪切速率下,粘度趋于较高. 这就是为什么乳胶漆的流平性往往比溶剂型涂料差的原因. 这在较高的光泽水平上是最明显的. 因此,为了消除这种现象, 联想增稠剂使用年代. 用简单的术语, 联想增稠剂 可以定义为含有多个疏水基团的水溶性聚合物吗.

一些常见的 thixatropes 他们的公司包括:

  • 有机粘土-在颜料分散步骤中添加
  • 氢化蓖麻蜡-冷却/加热激活时添加到研磨机的基础上
  • 聚酰胺-在冷却/热激活时添加到磨基上,或可在冷却/热激活时预激活并添加
  • 气相二氧化硅-在放气过程中添加

水性涂料的流变控制剂包括:

  • 纤维素制品
    • 羟乙基纤维素
    • 羧基功能纤维素
    • 甲基纤维素
  • 聚酰胺
  • 合成粘土
  • 硅胶

联想增稠剂 水性涂料的类型包括:

  • 疏水改性聚氧乙烯基聚氨酯
  • 疏水改性碱胀乳剂
  • 疏水改性羟乙基纤维素
  • HEURASE -疏水改性聚氧基氨基甲酸乙酯碱膨胀乳剂)

无花果. 6 ASTM D2801抗凹陷性-涂漆前(左图)和后(右图)添加流变改性剂的图像

抗下垂-了解更多关于油漆的流变性

图6. Illustrates the difference in vertical sag resistance of the same 油漆 with (right photo) 油漆 properly adjusted with a thixatrope compared to the photo on the left prior to modification总之,流变性在提供颜料易于分散方面起着重要作用, 良好的流体传输, 可接受的应用性能和长期抗硬沉降能力. 有关流变材料的其他信息可以使用勘探者的搜索引擎的关键字,如流变学, 触变性, 流和增稠剂.

资源

探索者知识中心和搜索引擎

Wikepedia

有机涂料,科学和技术,第三版,威利,威克斯.al. 2007

有机涂料,科学和技术,第三版,威利,琼斯e.al. 2017

www.warnerblank.com

快速增长的直接到metal涂层的部分

直接到metal涂层(DTM) 是涂料行业中一个快速增长的部分吗. 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. 这些涂料用于重工业、建筑产品和产品整理. 其中许多应用需要在苛刻的暴露条件下的性能,如石油钻井, 海上石油钻机和铸造厂. DTM涂层的复合年增长率估计在10%左右. DTM涂层可采用喷涂、刷涂、辊涂和卷涂等多种方式. Substrates include aluminum, cold rolled steel, 热轧钢 和 coated metals (e.g. hot dip galvanized steel, galfan, galvalume, electrogalvanized steel 和 plated metals).

通过定义, DTM涂层直接应用于metal表面,不需要大量的清洁或预处理. 理想情况下,这些涂层可以一步直接应用到metal上. 然而, DTM 涂料 can also be comprised of one coat of primer 和 one coat of topcoat applied over metal surfaces that are properly prepared to eliminate surface contaminants 和 oxides. DTM涂层的主要优点是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技术包括溶剂性、水性和高固体性. 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-了解更多直接到metal涂层

在设计提供长期性能的DTM涂层时,需要考虑多个问题. 这些包括:

  • 衬底的润湿
  • 最初的附着力
  • 具有较长的附着力和耐腐蚀性

衬底的润湿

metal表面的润湿 是影响初始黏附的主要因素吗. 如果涂层不容易蔓延或潮湿的表面,附着力将受到不利影响. Stating this in a another way–the surface tension of the 底物 must be higher than that of the applied 涂层 to ensure good flow 和 leveling. 在上图中, 蓝色的球体代表一个油漆滴, 黄色的线代表一个metal表面. 右边的液滴完全湿润metal表面,从而提供了最好的粘附机会.

有两种方法可以保证基材的良好润湿. 从衬底的角度来看, 第一种方法是增加衬底的表面积, 通过磨蚀和/或喷砂. This process also removes the metal oxide 和 hydroxide layer to provide a surface more amenable to forming a longer lasting surface bond. 第二种方法是对涂料进行改性,以保证良好的润湿性(如涂布、涂布等).g. lower surface tension) through the addition of suitable wetting agents as well as solvents or co-solvents which may depress the surface tension.

一旦达到足够的初始润湿, 第二项考虑是回顾导致metal初粘着力的因素.


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最初的附着力

最初的附着力 可以定义为油漆固化后对基材表面的附着力的质量, 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等测试来量化 十字舱口胶带粘接 和/或ASTM D 4541 涂层的拉拔强度 它以磅每平方英寸来量化附着力. 需要加强的一些注意事项 最初的附着力 挥发物从漆膜上蒸发后包括:

  • 具有官能团的树脂系统可以促进与metal表面的结合
  • 适当的粘附促进剂和偶联剂的存在
  • 交联的数量和类型

具有官能团的树脂体系

具有与metal表面的氧化物和氢氧化物层形成氢键或共价键能力的树脂和交联剂体系通常提供最佳的初始附着力. 长期粘接和防腐依赖于树脂骨架和交联.

metal基板- -了解更多关于直接到metal涂层

适当的粘附促进剂和偶联剂的存在

为了提高附着力,树脂和交联剂中含有大量的 活性的氢供体和接受基 应该使用. 这种树脂含有一个或多个下列官能团:

  • 羧基(供氢基团)
  • 胺(接受氢基团)
  • 羟基
  • 酰胺
  • 氨基甲酸乙酯
  • 磷酸(所有的氢接受或提供)

交联的数量和类型

相应的 it makes sense why epoxies crosslinked with amino-酰胺 groups (hydroxy, 醚, 氨基和酰胺官能团), 聚氨酯和聚氨酯(例如来自湿气固化聚氨酯)对metal表面提供极好的附着力. 因此,它们被广泛地直接应用于metal领域.

加上一个 合适的硅烷偶联剂 还可以提高初粘和长期粘接性能. 偶联剂是由分子一端的反应基团(Y)组成的分子,用于与偶联剂另一端(- Si - OR)的聚合物链上的官能团发生反应3 )与metal表面发生反应.

公式2 - -了解更多关于直接到metal涂层的知识

在上面的分子中, 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. 的 reaction involves first 水解 of the alkoxy group to form a silanol which undergoes a further reaction with the 羟基 groups on the metal surface. 另一端, 或Y部分, 偶联剂与树脂骨架上的官能团发生反应.

公式2 -了解更多关于直接到metal涂层的知识

表I-三烷氧基有机功能硅烷的例子及其应用

R =反应组开启r(哟3)或r(哟2CH3)R基团与活性硅烷例子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结合并自交联形成- Si - O - Si -涂料的 玻璃以及Al、Zr、Sn、Ti、Ni的氧化物
环氧树脂氨基功能3-glycidyloxypropyl trimethoxysilane表面与- oh结合并自交联形成- Si - O - Si -涂料 用于玻璃以及Al、Zr、Sn、Ti、Ni的氧化物
Meth-acrylate丙烯酸树脂聚合3-methacryloxypropyltrimethoxysilaneSelf-crosslink with another silane to form– Si- O – Si – 和 with –OH on the surface湿固化树脂 提高附着力,物理及环境表现
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 -湿固化树脂,提高附着力和膜的完整性. 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结合并自交联形成- Si - O - Si涂料的 metal及无机氧化物,也可以保湿
硅烷SIVO溶胶-凝胶法无VOC水性表面处理 适用于各种metal和表面

具有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, 含有防腐蚀颜料,抗潮湿渗透. 的 latter quality can be accomplished by increasing 疏水ity 和 crosslink density. 持久耐湿底漆还具有抵抗固化膜水解的能力.

图2显示了一种能够提供优良基材润湿性的配方所能实现的防腐类型, 一流的初始粘附, 长期耐腐蚀,疏水性强.

图2. 由化学动力公司(Chemical dynamics)配制的双组分氨基甲酸乙酯面漆的防锈漆底漆——采用高交联树脂体系,并结合或不结合疏水性颜料改性(SNTS).

10,000 ASTM B117正确配方的盐雾直接到metal2层涂料系统(底部一排代表已除去的漆膜).

表面涂层图像-了解直接到metal涂层

长期的耐腐蚀性是一个重要的考虑因素,选择树脂/涂层系统,提供湿附着力,最大限度地减少水分和氧气的渗透. As resin Tg 和 cross-link density 增加, 水分 和 oxygen pe净ration decreases. 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,较少的水将解吸. 具有大量芳香特性的树脂(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(如聚偏氟乙烯)的水溶性都很低,因此 透湿率低1 (见表二).

总之, DTM涂层的抗腐蚀配方是一项复杂的工作,并取决于metal基体, 服务环境, 颜料水平和树脂类型的选择. 有关制备缓蚀剂涂层的树脂和材料选择的其他信息, 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A. 威克斯. (2007). 有机涂料:科学与技术,第三版.

威利,琼斯e.al. (2017)《十大彩票平台》,《十大彩票平台》第四版.

纳米级高性能保护

最初发表于 欧洲涂料之旅07/08/2019

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

图1:RA Exp1穿透铁锈并与母材结合的机理示意图.

一种能提高性能的创新技术, 节省材料和劳动力成本,并消除了环氧底漆的需要. A single component polymeric pe净rant reacts with the corroded base metal to form a long- lasting bond 和 increase the structure’s useful service life. 这种涂层技术具有深远的潜力, 例如在离岸应用程序中, 化学处理和汽车复饰.

低碳钢由于成本低,是各种应用中最常用的合金之一, 供应充足,制造方便. 但是钢的腐蚀是运输面临的主要问题之一.g. 汽车、飞机、船舶)和基础设施.g. 管道, 建筑, 桥梁, 石油钻井平台, 炼油厂)直接影响其结构完整性的工业, 导致与钢结构的安全和维护相关的问题. 根据NACE国际[2]发表的研究, 腐蚀造成的损失超过2美元.每年5万亿. 有不同的方法来防止腐蚀,例如, 使用缓蚀剂衬里, 电镀, 有机聚合物涂层和化学气相沉积. 在metal基材上应用有机保护层, 特别是铝和钢, is an effective way to protect those 底物s against severe corrosive 环境s. 有机涂层可以通过三种主要机制减少metal基底的腐蚀:屏障, 牺牲和抑制.

We often see early signs of 腐蚀 on a steel structure for a variety of reasons. 它可能是由于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, 和溶解气体的情况下,结构淹没在水或土壤. 在上述因素中, 表面处理不当是导致钢结构腐蚀的最重要因素之一,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. If there is a way to protect the structures after observing initial signs of 腐蚀, 无需经过劳动密集型的工作,如去除涂层, 清洁——荷兰国际集团(ing), 前处理和重涂应用, 这样可以大大增加它的使用寿命, 更有效率及更经济.

表1: Comparison of physical 和 chemical properties of RA Exp1 with other systems.

结果概览

  • We have developed a single component polymeric pe净rant that can be applied with or without surface preparation over clean or 光ly corroded steel/aluminium.
  • 该涂层包含纳米级活性材料,首先渗透到铁锈,然后迁移到未被腐蚀的metal表面, 聚合形成高度交联的保护性网络.
  • 结果超过清洗前处理的钢表面可超过10,000小时的盐雾喷涂,表面涂覆时无水泡或划线蠕变.
  • 新的创新技术提供了更好的性能, 无需涂环氧底漆, 并节省劳动力和材料成本.

实验

用于RA Exp1的低分子量寡聚物的一个独特方面, 是否在树脂骨架和低分子量活性稀释剂上普遍存在三种活性不饱和. 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. 该树脂共混物与有机改性锌铝钼水合物、5-硝基间苯二甲酸锌等缓蚀剂颜料和独特的导电颗粒相结合,可进一步提高其耐蚀性. RA Exp1如何穿透铁锈的图示见 图1. 在基材表面穿透后, 低分子量不饱和单体和低聚物, 与其他反应位点的化学键合/交联, 形成一个高度交联的网络,不透水和其他可溶性盐,加重腐蚀.

通过添加超疏水纳米织构二氧化硅[3],制备了RA Exp1的疏水和超疏水变化. 这种添加剂是天然的超疏水的,具有亲水/疏水位点,并产生体积疏水涂层. 因此, 即使固化涂层的表面由于在现场经历的正常磨损而磨损, 下面的层仍然会防潮. We formulated a separate design of experiments for RA Exp1 (with 和 without the additive), 2-component poly氨基甲酸乙酯 topcoat (with 和 without the additive).

盐雾试验中演示的保护

将添加和不添加添加剂的RA Exp1分别应用于锌镍处理的冷轧钢板基体上, 然后,在每个干膜厚度(DFT)为125 μm的情况下,涂上2k的聚氨酯涂层,加添加剂和不加添加剂. 根据ASTM B117标准,在盐雾箱中进行盐雾试验, 之后,所有面板在室温下固化7天. 涂层 panels with an artificial defect (刮伤 with a dimension of 106 mm x 2 mm, 使用1毫米刻划工具)来加速腐蚀过程. 所有的涂层板被放置在一个45°角的测试室中,并暴露于5.0 wt.% NaCl溶液,40℃. 凝结水收集速率和相对湿度至少为1.0 to 2.0 ml/h / 80cm2(水平采集面积)和95%. 的 protective performance of the 涂层 was further investigated with the emphasis on size 和 distribution of corroded or damaged area on the coated sample surfaces after 10,000小时的盐雾暴露.

图2 显示了10,1000小时的盐雾博览会——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痕或面起泡和/或腐蚀. 前四张照片显示了10年后不同的系统,000小时的盐雾和底部的四张照片显示了(同一系统的)涂层下半部用脱漆剂去除后的腐蚀程度.

由于导电纳米颗粒,阻抗低

采用EIS对磷酸锌预处理的冷轧钢板进行屏障防护性能研究, the results of which were compared with those of commercially available 涂料 based on conventional 2-component 环氧树脂 和 水分-cured 氨基甲酸乙酯 system. 一种三电极涂料测试池(参考电极:饱和甘汞电极(SCE)), 对电极:工作电极:钢样中14.6cm2面积)用于执行EIS测量[1]. 在开路电位(OCP)保持在0的频率范围内进行阻抗定量.1至100 KHz,振幅正弦电压±60毫伏. 四个样本(RA Exp1, 2k环氧树脂和两个湿固化的聚氨酯样品)浸泡在40 mL NaCl溶液中(3.5 wt.%)和EIS测量在40天内进行.

初始Bode和Nyquist图(图3一 & 3b )表明,所有涂层的变化都表现出高阻抗值的电容性. 与其他对照样品相比,RA Exp1的阻抗值相对较低, which could be attributed to the conductive/anti-static nature of the 涂层 due to the addition of conductive nanoparticles 和 添加剂 to enhance 腐蚀 resistance.

图2:ASTM B117, 10,000小时盐雾暴露.
图3a: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的伯德图 & 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,湿气固化聚氨酯的伯德图 & 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.

更大的抗电解质扩散

图6 展示了半渗透涂层层保护的metal基板的简化等效电路, 忽略可以忽略不计的涂层阻力. 等效电路网络中电路元件的值可以直接表征涂层的性能. Pore resistance (Rp) values extracted by fitting equivalent circuit model as a function of 曝光时间 can be used to compare the performance 和 rank various 涂层 systems. 图5 图中为孔隙电阻(RP)与. 曝光时间(小时), 说明2K环氧树脂的Rp随着时间的推移而降低,而, RA Exp1, 湿固化聚氨酯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为1 & 而RA Exp1和2K环氧树脂能够维持它们的阻抗值而不显示出明显的下降. 所示 图4一 & 4b,湿固化聚氨酯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 底物 interface; hence, 涂层层以下可形成双层涂层. 其他样品包括RA Exp1, 没有观察到这种行为,这表明涂层更耐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性质的比较.

图5:孔隙阻力对数(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

热重分析(TGA)对RA Exp1, 2K环氧树脂和湿固化聚氨酯1 & 2. 结果表明,RA Exp1的分解温度较高,为463.74 °C, 而 the decomposition temperature of other 涂料 ranges from 430-440 °C (图7). This study confirms that the RA Exp1 can potentially be used in an 环境 where 涂料 are exposed to extreme condit离子 such as high 热 i.e. 锅炉、化工加工设备、加压容器等.

高性能双涂层防腐保护

这种新技术显著提高了metal基体的耐蚀性,例如:预处理过的铝, 锌镍处理的冷轧钢板, 光ly 生锈ed steel 和 锌 phosphate treated cold rolled steel coated with RA Exp1. 结果表明,较好的抗面疱性, 根据ASTM B117的抗蠕变性能和整体抗腐蚀性能优于在此工作范围内测试的所有其他系统. 根据TGA分析,更高的分解温度表明了RA Exp1在高温应用方面的潜在用途. 的 reaction ki净ics of different vinyl polymerisation react离子 和 oxidative cure of RA Exp1 are not fully defined 和 still remains a subject of investigation.

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,如石油钻机和炼油厂, ACE行业, 还有锅炉, 化工加工设备和加压容器.

总之, this new generation of innovative protective 涂料 和 super疏水 protective 涂料 provide the industry unsurpassed 腐蚀 protection in a two- coat system.

问阿特曼·福兹达3个问题

你推荐什么温度的固化达到最佳效果? 涂层 能否在环境温度下固化,类似于大多数涂料的固化维护和 修复应用在现场,但固化也可以加速热烘烤. 环境赖斯- 7天后就可以获得全部的属性.

你在现实条件下测试过实验室的结果吗? 课题涂层已经应用 在多种基底上,如冷轧钢板, 磷酸锌冷轧钢材, 热轧钢, 2024 & 7075 Aluminum pretreated with hexavalent chrome sealer, Cadmium treated panels (used 航空航天中)以及锌镍处理的基板(用于航空航天和汽车). 加速者- - - - - - 如UV-A曝晒,ASTM B117盐雾,克利夫兰冷凝湿度试验 随着现实生活中暴露在一些温暖的气候地区附近的沿海地区,目前 被测试.

你提到的高温加载膜还耐腐蚀吗? 涂层 暴露在温度超过350-400°C但小于450°C的物体,并饱和 steam exposure are performing well after few weeks of 盐 spray exposure (ongoing test). 然而, 这项试验是在受控的实验室条件下进行的. 现场评估仍是一个研究课题.

[1] MertenB.《十大彩票平台》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.

特色照片:来源:尼古拉·扎布尔达夫-斯托克.adobe.com

使用外部航空航天涂层飞行

航空航天涂料的外部应用要求一套苛刻的 性能属性 从功能和美学的角度提供可接受的性能. In many cases the cost of a new commercial aircraft can be over $300 million with the expectation of lasting several decades with f光 times of 4,每年工作时间在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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的 底物 机身和飞机蒙皮主要是AA 2024铝. AA 2024是铜和铝的合金. 铜提供了一个增加的强度与重量的关系, 然而,它也不利于耐蚀性. 减重是新飞机设计的巨大推动力,因为它相当于节省燃料, 速度和范围. 复合材料、metal纤维层合板和铝锂合金的应用越来越广泛.

大量的 清洁/预处理类型 (传统的六价铬基)提供了一层薄的保护层,以提高耐蚀性以及后续涂层的接受能力,因为它增加了表面张力和表面极性.

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常见的类型 腐蚀 飞机上包括 丝状点蚀,晶间,剥离,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, 热循环和直接接触metal的metal含量不同.

航空航天底漆中常用的防腐蚀颜料有铬酸钡和铬酸锶. 环氧树脂 resins for the most part are combinat离子 of bisphenol A 和 bisphenol F types. 当与适当的交联剂(通常是胺或酰胺胺型)配制时,环氧基底漆具有极好的附着力, 耐腐蚀、耐化学性.

涂层铝的丝状腐蚀-在勘探者知识中心了解有关外部航空航天涂层.
图1. 镀铝表面丝状腐蚀的图像
航空航天涂层的横截面-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图1一个. 航空航天涂层截面图
Typical 环氧树脂 resins 和 环氧树脂 functional reactive diluents used in aerospace primers. 在勘探者知识中心了解更多关于航空航天外部涂层.
图2. Typical 环氧树脂 resins 和 环氧树脂 functional reactive diluents used in aerospace primers
具有氨基功能的环氧树脂的反应。在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图3环氧树脂与氨基官能团的反应

航空航天外观面漆 are two-component 氨基甲酸乙酯 types comprised of 羟基 functional resins [polyes源物体参数, 丙烯酸或氟化乙烯乙烯醚(FEVE)与异氰酸酯预聚物反应. 典型的固化反应如下:

React离子 of polyols with 异氰酸酯 functional cross-linkers - learn about exterior aerospace 涂料 in the 探勘者知识中心.
图4多元醇与异氰酸酯功能交联剂的反应

由于航空航天涂层系统的苛刻要求, 化学家使用化学计量过量的异氰酸酯交联剂来提供优良的耐化学性. 过量的异氰酸酯交联剂与水分反应脱羧形成聚脲. 通常使用50%或更多的化学计量比过量的异氰酸酯,以确保高程度的聚脲形成.

聚氨酯以其对Skydrol(一种飞机液压油)等腐蚀性液体的卓越耐蚀性而闻名. 聚酯多元醇主要用于双组分聚氨酯涂料的着色基漆部分吗, 而 丙烯酸多元醇 也 FEVE-based多元醇 主要用于聚氨酯面漆的清漆部分吗.

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免于由于暴露在强烈的上层大气紫外光降解.

异氰酸酯交联剂 通常由六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)和/或异福尔酮异氰酸酯(IPDI)衍生而来。. 的 former type provides 灵活性, 而 the latter can provide improved 硬度.

由三个HMDI分子反应形成的缩二脲-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图5三个HMDI分子反应生成双缩脲
由三个HMDI分子反应形成的异氰尿酸盐-勘探者知识中心
图6三个HMDI分子反应生成异氰脲酸酯
由两个HMDI分子形成的脲二酮,用于外部航空航天涂层
图7两个HMDI分子形成的脲二酮
异佛尔酮二异氰酸酯-在探矿者知识中心了解其在外部航空航天涂层中的使用
图8异佛尔酮二异氰酸酯

聚氨酯-based 异氰酸酯 cross linkers provide excellent weathering characteristics when reacted with a suitable polyol 树脂系统 和 are thus widely used in aerospace topcoats.

最近的创新和项目重点 航空航天涂料包括无铬前处理底漆和无铬环氧底漆. 减少阻力的表面涂层可以提高1%的燃料效率,每年可以降低7亿美元的燃料成本, 根据国际航空运输协会(IATA). 国际航空运输协会称,平均而言,航空公司每次飞行的总运营成本约为每分钟100美元. 因此, even saving just one minute of f光 time could reduce total industry operating costs by more than $1 billion a year 和 significantly reduce 环境al emiss离子.

进一步阅读:

引用:

  • 活性防护涂料,施普林格等.al., 2016
  • 有机涂料科学与技术,3rd 版,威克斯等.al, 2007

与聚氨酯涂层反应

聚氨酯涂料 自Otto Bayer和他的同事在1937年发明了这一技术以来,已经取得了很大的进展. 取决于低聚物和高分子材料的选择, 由于其通用性,这些涂料被用于各种要求高性能的应用. 它们可以是硬的或软的,柔性的或刚性的,耐化学药品,并提供极好的附着力.

聚氨酯性能及应用

  • 优异的防潮、耐腐蚀性能
  • 柔性底漆和面漆
  • 耐候性(脂肪族多异氰酸酯配以合适的耐久多元醇)
  • 耐酸雨和其他化学品
  • 一个组件
  • 两个组件
  • 水性单组分烤漆
  • 100%的固体
  • 粉末涂料
  • 水性环境固化双组分涂料

聚合物和异氰酸酯预聚物组分包括一个或多个异氰酸酯预聚物和一个或多个包含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

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

下面的反应R1 和R2 可以是脂肪族还是芳香族.

r1 - r2 -脂肪族或芳香族配方-了解更多关于聚氨酯涂料

聚氨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, 变色、防潮、耐腐蚀性能下降.

As a general rule, reaction rates for 氨基甲酸乙酯 formation is in the following order:

primary 羟基 > secondary 羟基 > tertiary 羟基. 逆反应速率是正反应速率的倒数. 例如,叔羟基生成的聚氨酯就相对不稳定.

一旦形成,聚氨酯就可以与异氰酸酯进一步反应而形成 脲基甲酸盐:

异位酸盐配方-了解有关聚氨酯涂料的更多信息

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, 在多元醇和异氰酸酯之间形成聚氨酯所需的交联反应涉及多个 竞争反应. 因为这个原因, 双组分配方中,多元醇在一个组分中,异氰酸酯在第二个组分中,通常用 10%或以上的化学计量量过量 of 异氰酸酯 to overcome 竞争反应 with 水分 和 other possible reactants.

聚氨酯催化剂

催化剂 对于聚氨酯,包括锡基羧酸盐,如二丁基二月桂酸锡, 二丁基辛酸锡或叔胺,如DABCO [N2(C2H4)3]. 的毒性问题, 也有基于十酸铋的无锡催化剂, 2-乙基己酸铋或其他metal羧酸盐.

异氰酸酯和uv—

有多个 脂肪族和芳香族多异氰酸酯 可用于双组分溶剂的环境固化, 100%固体液体或粉末, 以及水性油漆. 了异氰酸酯 是否用于单组分烘干涂料,因为他们在高温下打开堵塞激活异氰酸酯组. 反应顺序是先解堵后加成. 由芳香异氰酸酯形成的聚氨酯由于光稳定性差,主要用于底漆和室内涂料, 但具有优异的防潮、耐腐蚀性能.

常见的脂肪族和芳香族多异氰酸酯结构块包括:

多异氰酸酯砌块配方-了解更多关于聚氨酯涂料

HDI和IPDI用于合成高分子量的异氰酸酯预聚物,其中可能包括异氰尿酸酯, 阿洛泮酸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,异氰酸酯可以被堵塞以形成一种稳定的材料用作交联剂. 了异氰酸酯 广泛用于粉末中吗, 水性和高固相烘漆,适用于卷材底漆, 汽车涂料和电沉积涂料. 常用的阻断剂包括2-乙基己醇, e-caprolactone, 甲基乙基酮肟和2-丁氧基乙醇. 当与多元醇混合时, blocked 异氰酸酯s are stable until they reach the unblocking temperature 和 then eliminate the blocking agent 和 react with the polyol to form a poly氨基甲酸乙酯.

水性双组分聚氨酯 可水分散的异氰酸酯可以制成涂料. Water dispersible IPDI or HDI based 异氰酸酯s are commercially available 和 are made by reacting a portion of the 异氰酸酯 groups with polyethylene glycol mono醚. 的 poly异氰酸酯 is then added into a separate dispersion containing the polyol to form separate dispersed particles that crosslink 和 form a film.

Iso-free技术

基于异氰酸酯的技术已经受到越来越严格的审查,因为接触异氰酸酯会导致哮喘和其他呼吸系统问题. 职业性哮喘已经取代石棉沉滞症成为新的与工作有关的肺部疾病的主要原因. 异佛尔酮免费技术 提供不暴露于游离异氰酸酯的聚氨酯形成. 在过去的几年里 isofree技术已经出现,不利用异氰酸酯交联剂形成聚氨酯,从而消除异氰酸酯暴露. 利用Isofree 2K技术 聚碳酸酯和聚醛 例如 includes improved sprayable pot life 和 rapid cure 和 early 硬度. 不使用异氰酸酯交联剂制备聚氨酯的技术如下:

  1. 六乙氧基甲基三聚氰胺+聚碳酸酯→聚氨酯
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  1. 聚碳酸酯+聚胺→聚氨酯
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  1. 聚氨基甲酸酯+聚甲醛→聚氨酯
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的 formation of poly聚氨酯 in react离子 #1 和 #2 are sluggish at room temperature, 而3号的反应速率 聚碳酸酯与聚甲醛的交联反应 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罐寿命,同时应用后的反应速度比使用异氰酸酯交联剂提供的更快.

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). 用松木树脂制造泡沫. 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 异氰酸酯 Free 聚氨酯 涂料 – Fundamental Chemistry 和 Performance Attributes, 2015年4月21日,欧洲涂料会议.

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A. 威克斯. (2007). 有机涂料:科学与技术,第三版.

威利,琼斯e.al. (2017)《十大彩票平台》,《十大彩票平台》第三版.

涂层老化的原因及缺陷:涂层老化的评估与测试

外部风化可以对美学产生戏剧性的影响, 涂料的功能和物理特性,包括垩白, 电影侵蚀, 破解, 颜色变化, 蚀刻, 水泡, 剥, 发现, 以及硬度损失, 灵活性(提高玻璃化转变温度, 或Tg)、光泽度和附着力. 多个 制定问题 influence the performance of 涂料 in a given exterior 环境 和 include:

  • 树脂类型
  • 交联剂类型
  • 颜料/颜色
  • 色素类型
  • 颜料与粘结剂比
  • 催化剂的存在
  • 添加剂的选择

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什么影响外墙涂料的耐候性?

其中一些因素将比其他因素更详细地讨论它们对风化的影响程度. 影响外部风化的主要问题包括: 光致氧化 (氧气和光的存在)和 水解 由于水分、热量和光的影响. 前者可以在适当的使用下减轻到一定程度 紫外线吸收剂 以减少聚合物基质暴露在紫外线下, 抗氧化剂 和 受阻胺光稳定剂 减少相关氧化降解的影响.

光氧化和水解都被温度的升高所加剧,因为两者都是热激活的. 空气中高湿度盐和/或酸雨环境(高硫酸盐, 硝酸盐)和臭氧加速树脂体系的水解和降解,并加速颜料因酸侵蚀而变色.

到目前为止,影响聚合物涂料膜降解的主要过程是 光致氧化. 氧化降解通过自催化过程从聚合物中提取氢进行. 因此, 达到优良的风化效果, 避免或至少尽量减少聚合物中更容易抽氢的官能团. 以下是活性亚甲基抗氧化降解功能基团的一般顺序 (- CH2)之间的双键或邻近胺基的最差:

Order of functional group resistance to oxidative degradation of activated methylene groups - learn more about 测试 涂层 weathering in the 探勘者知识中心.

因此, 一般来说,含氟聚合物和硅氧烷比聚酯或聚氨酯更耐用,其次是芳香含量高的树脂体系, 胺基是最不耐久的. 后一类包括芳香族环氧树脂.

的特点 紫外线稳定剂 包括吸收和猝灭. 紫外线吸收剂 通过吸收聚合物系统吸收的波长区域的辐射,从而起到屏蔽树脂降解的作用. Ideally 紫外线稳定剂 should have a high absorption in the UV region from 295 to 380nm to provide protection for the polymer from degradation. 最有效的紫外线稳定剂也更持久,从而确保更长的寿命,一旦纳入油漆系统.

紫外线稳定剂将吸收的紫外线能量转化为热量,例如2 -羟基二苯甲酮:

2 -羟基二苯甲酮的化学公式-在勘探者知识中心了解更多关于测试涂层的风化情况.
2 -羟基二苯甲酮的化学分子式

抗氧化剂 可分为两组预防剂(过氧化氢分解剂和破坏链的抗氧化剂). 过氧化物分解者包括硫化物和亚硫酸盐. 断链抗氧化剂破坏的链传播步骤 自氧化. 有机材料与分子氧反应的过程称为 “自然氧化“. 自氧化 是由热量引发的, 光(主要在紫外线区), 机械应力, 催化剂残留物, 或与杂质反应生成烷基自由基. 自由基可以, 反过来, 反应并导致聚合物降解,如下图所示:

自氧化循环图像:降解-在知识中心了解更多关于如何测试涂层的风化情况.

受阻胺光稳定剂 (哈尔斯)既是打破链的抗氧化剂,也是过渡metal的络合剂. 为涂料提供优良的耐用性、倍率 水解 通常比光氧化低得多吗.

的 rate of 水解 for functional groups is es源物体参数>carbonates>ureas>聚氨酯>醚s.

对于交联产物,三聚氰胺的水解速度比脂肪族聚氨酯快s.

As most systems used in exterior 应用程序s contain pigment (including basecoat/clearcoat systems used in exterior 汽车 topcoats); 颜料的选择,颜色以及颜料的体积浓度 (聚氯乙烯) 所有这些都有助于油漆系统的耐久性. 聚氯乙烯的选择多少取决于光泽度, 颜色要求和可接受遮盖物所需的薄膜厚度(基板上的颜色均匀性).

在油漆系统中,依赖于颜料提供的光稳定性保护, 耐久性更多地依赖于聚氯乙烯相对较小的变化. 颜色和风化作用之间的关系可能非常复杂. 例如, darker colors tend to absorb more radiant energy 和 thus the 热 absorption coefficient for darker colors not using solar reflective 颜料 is higher, contributing to higher temperatures of the 涂层 exposed to exterior radiant energy:

Chart of 热 accumulation of organic coated 底物s using conventional 颜料 in sun光 - learn more about 测试 涂层 weathering in the 探勘者知识中心.

温度越高,降解速度越快, 然而,较深的颜色(棕色/黑色)吸收更多的紫外线/可见光能量,从而有助于保护聚合物系统免于降解. 相应的 the use of a 树脂系统 prone to oxidative degradation at higher temperatures will provide poor weathering especially in dark colors.

颜料的选择 在一类颜色可以有一个巨大的影响,耐久性在一类聚合物. 颜料 used for color 和 hiding can be divided into two general classes including 无机和有机.

无机颜料 作为一类比有机物更耐降解和化学物质. 一些耐用的无机颜料包括耐酸铝片, 云母氧化铁, 黄色的, 棕色和红色的氧化铁.

最耐用的无机颜料是 陶瓷颜料. 陶瓷颜料 是混合metal氧化物. As these 颜料 are fully oxidized they are very resistant to chemicals 和 oxidation. 许多明亮的颜色需要 有机颜料,这些色素是必需的. 许多 有机颜料 能否提供优异的抗外部降解性,并广泛应用于汽车底漆中.

如何评估涂层的耐候性

最好的方法是 评价风化 是自然曝光的颜色吗, 环境, 光泽度和曝光角将被涂膜搁置. 由于这对于新涂层的引入是不实际的,加速风化是必要的.

南弗罗里达风化通常是最被接受的方法来确定涂层的加速自然风化. 例如: 5 degrees horizontal south facing for 汽车 应用程序s or 45 or 90 degrees facing south or north respectively for architectural 应用程序s.

海洋环境也常用于油漆系统,以评估腐蚀保护或耐生物生长. Although South Florida weathering provides a good indication of the projected durability, 十大彩票平台总是希望进一步减少预测涂料在高紫外线环境下的耐久性所需的时间, 水分, 和高温.

A few of the other commonly used methods to determine accelerated weathering include ASTM D 4587 (QUV weathering), ASTM G155/ASTM D7869 (Xenon Arc). 的se accelerated weathering devices provide a combination of cycles of intense UV 光, 温度高、湿度大. 有许多文章详细说明了它与自然风化的关系或缺乏关系,包括声称能提供更好的自然风化关系的新仪器和新工艺.

带日光滤光器的氙气图-在勘探者知识中心了解更多关于如何评估涂层的风化情况.
涂层风化结果图表-了解更多关于如何评估涂层风化在勘探者知识中心.

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