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环境固化环氧树脂和硬化剂的化学

一种常见的环境固化双组分涂料化学反应涉及一个 环氧树脂 用一个 胺功能树脂 (硬化剂). 由于其顽强的附着力和防潮, 交联环氧树脂用于各种表面,包括metal和混凝土, 环氧双组分组合物用于各种应用,包括用于外部和内部应用的底漆.

环氧基与胺类硬化剂的反应性

如表二所示, 环氧基在环境温度下与伯胺反应生成仲胺,仲胺又能反应生成叔胺. 就各种环氧树脂和胺类的反应速率而言, 表一列出了环氧基与胺类固化剂的一般结构反应关系.

表I -环氧和胺类固化剂中官能团反应率的一般比较

胺反应 Primary > Secondary > 三级
胺反应 反应速率随碱强度的增加而增加
胺反应 随着空间位阻的增加而减小
胺反应Aliphatic > aromatic or cycloaliphatic  
  
环氧树脂反应性Aromatic (例如 a bisphenol A based epoxy) > Aliphatic (ie. 氢化版双酚A环氧树脂
环氧树脂反应性Terminal epoxy groups > internal epoxy groups

表二-环氧树脂与胺的反应实例

环氧树脂与氨基功能的反应-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂料.
环氧树脂与氨基官能团的反应

有了正确的催化剂, 脂肪族环氧树脂 即使在室温下也能与羧基功能反应吗. 环脂肪族环氧基体系(即. 使用氢化BPA作为建筑材料)也为外部应用提供了更好的光稳定性.

在制定化学计量反应时, 用等价物来讨论反应物是可取的.

环氧-多胺的配合比计算

例如, 按每百份环氧树脂中固化剂的重量计算化学计量部分: 

phr =胺硬化剂Eq. Wt. X 100 /环氧树脂. Wt. 的树脂

例如,如果环氧树脂Eq. Wt. = 400,胺硬化剂Eq. Wt. is 100

phr = 10000/400 = 25.0

因此,25.0份胺固化剂固化100份环氧树脂,胺固化剂与环氧树脂的化学计量比为1:1.

环氧树脂

根据下面的图表,大多数 环氧树脂 都是由反应产生的 双酚A (BPA)和过量的环氧氯丙烷所以末端基团是缩水甘油醚. 由环氧氯丙烷EPC:BPA的比例控制其分子量和环氧当量重量. 双酚F (BPF)基环氧树脂比bpa基环氧树脂更具柔韧性. 氢化双酚a环氧树脂改善了外部风化,因为没有吸收紫外线的芳香基团. 其他环氧树脂类型包括 epoxy-novolac (EN)和 环氧酚醛 (EP). 环氧-酚醛树脂(EN)具有更高的功能(环氧功能侧链),因此具有更高的交联密度和更好的耐化学性,因此具有更高的交联密度. 环氧酚醛也以其耐化学性和优异的耐腐蚀性而闻名.

图示显示环氧树脂是如何通过双酚A (BPA)与过量的环氧氯丙烷反应而制成的
双酚a图表

其他硬化剂

除了用于环氧功能树脂固化的胺功能硬化剂外, 聚酰胺amido胺phenalk胺 而且 硫醇的功能 固化剂可提高低温固化率. 例如,聚合船长与环氧树脂在0℃至- 20℃固化. 溶剂的选择 在形成环氧胺双组分体系的过程中,另一个重要因素是什么. 适用于氢受体等溶剂 叔丁基酯 可以延长锅的使用寿命. 大多数酮类和酯类(TBA除外)应避免使用,因为它们会在室温下与伯胺形成酮胺,从而导致活性胺的数量减少. 在室温下,醇也会与环氧基缓慢反应. 如果使用单醇,粘度变化不大. 然而, 随着时间的推移, 这降低了存在的环氧官能团的数量,并导致含有环氧树脂和初级醇溶剂的a部分交联密度的降低.

加速器

叔胺 与水、一些酒精和一些弱酸(如苯酚)一起起治疗加速剂的作用. 例如, 2,4,6-[三(二甲氨基甲基)]苯酚既有酚基又有叔胺基,也是一种有效的催化剂. 弱酸促进环氧树脂的开环反应.

UL 探勘者搜索引擎提供了许多胺硬化剂和环氧树脂,用于配制双组份和其他类型的环氧涂料.

进一步阅读和来源:

提供初始和持久涂层附着力的指南

原文发布时间:11月. 29, 2019
更新12月. 12, 2022

用于几乎所有美学和功能应用的漆膜首先必须提供所需基材的附着力. 其次是长期耐用性, 在涂层的使用寿命内,涂层必须继续提供坚韧的附着力. 相应的, 在配制为预期应用提供可接受的附着力的涂层时,必须考虑多种因素. 关键考虑因素及其如何影响粘附性包括:

  1. 表面润湿
  2. 机械效应和内应力
  3. 保持薄膜的完整性和涂层间的粘附性
  4. 表面化学和粘结强度
  5. 色素沉着
  6. 初步和加速测试后的附着力评估

1. 表面润湿

之间的关系 表面润湿 而附着性是设计涂层时首先要考虑的因素,以优化附着性. 如果处于液态的涂层没有自发地扩散到基材表面, 然后,与基材表面形成机械和化学键的机会有限.

如果液体的表面张力(力/单位长度或达因/厘米)低于待涂覆固体的表面自由能,液体就会在材料表面自发扩散. 例如, 下面的图像提供了一个可视化的不同程度的润湿特性的液体滴应用到表面是湿的.

图1 -不同程度的基材润湿图像

基材润湿程度图像-提供完美涂层附着力指南

因此,在表1中,当 液体表面张力(低水位体系域)的值比的低 固体表面张力时,固体就会发生润湿. 差异越大, 液体湿润并在固体表面扩散的机会就越大. 因此,提高润湿性作为获得附着力的初始步骤,可以采用 低水位体系域 可以减少和/或 风场 可以增加. 水性涂料和粉末涂料有一个更困难的时间蔓延在表面上,由于相对较高的表面张力的水或粉末润湿相比,大多数涂料含有较高水平的有机溶剂提供润湿.

相应的, 改善粉末涂料和水性涂料的润湿性, 通常采用有机助溶剂(用于水性)和/或适当的润湿剂(水性和粉状). 总之, when 低水位体系域 < 风场, wetting occurs.

表1 -液体表面张力(低水位体系域)和固体临界表面张力(风场)(达因/厘米)@ 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

涂层所要涂覆的基材的轮廓也会影响附着力. 光滑的表面更难以涂层粘附,因为表面积更低,并提供更少的面积供涂层与基材互锁. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层很难浸湿并穿透表面裂缝. 这在下面图2中列出的图表中进行了说明.

图2涂层与基材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

草图B中的微观表面轮廓将提供比草图A中更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基材互锁. 表面C有不易被涂层穿透的口袋和孔隙, 导致气穴,可以捕获水分和可溶性离子,导致水泡和腐蚀(如果基材是可氧化的metal),因此长期附着力差,最终膜失效.

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和微观渗透(毛细管作用). 附着力也会受到不利的影响 强调 由于涂层干燥或固化而发生的收缩. 随着时间的推移,环境的影响,如暴露在湿气中, 光, 热, 污染物和热循环最终也会降低粘附性.

3. 保持薄膜的完整性和涂层间的粘附性

保持胶片的完整性和 intercoat附着力 在多涂层系统中,如面漆到底漆或清漆到彩色涂料到底漆, 机制包括 界面混合 在应用和/或固化过程中,有助于促进涂层间的粘附, 第二种机制,提供了进一步加强间涂层的附着力是反应 剩余反应官能团 在多层体系的一层上反应和形成 共价键 与另一涂层的官能团相结合. 提高基材附着力和或涂层附着力的其他方法包括 添加粘附促进剂 (参见下面列出的参考资料)和/或 氢键 到相邻表面. 粘结强度 共价键 从寿命的角度来看,是否比氢键的强度更强,从而更倾向于保持长期薄膜的完整性.

债券的优点

4. 表面化学性质和基材结合强度

除了表面张力和承印物的表面轮廓, 可用的基材官能团可提供与涂层组分的共价键和氢键的位点,以进一步增强与基材的粘结强度.

表2 -粘结力

附着力表-提供完美涂层附着力指南

如表2所示,与表面结合强度最高的为 共价键, 例如所述的双功能三烷氧基硅烷偶联剂在涂层与metal表面之间的反应.

大多数 metal 表面涂上一层薄薄的油以减缓氧化速度. 油还降低了表面能量,因此更难以湿润. 出于这个原因, metal表面,例如钢, 镀锌钢和铝-通常在油漆之前清洗以去除油脂,然后预处理形成, 例如, 磷酸锌或磷酸铁处理过的表面. 磷酸基通过增强涂层的附着力 氢键 metal表面的聚合物反应位点.

图3锌预处理metal表面氢键实例.磷酸

氢键配方-提供完美涂层附着力的指南

活性组 在聚合物脊骨上或通过添加含环氧树脂的双或多功能黏附促进剂, 氨基或硅烷官能团可以进一步反应与适当的预处理 metal 表面形成共价键,在metal和涂层之间提供额外的粘合强度.

为 玻璃或二氧化硅丰富的 表面, 偶联剂,如氨基硅烷,还可通过与含有环氧基的树脂主链反应,使偶联剂的烷氧基功能硅烷部分粘结到 硅 表面形成硅氧烷.

塑料 是否更难湿化,因为它们具有较低的表面自由能,可能会因脱模剂的存在而进一步降低. 通过紫外线照射增加聚烯烃的表面自由能,可以提高聚烯烃的附着力, 一旦光敏剂被应用, 或者火焰处理产生羟基, 羧基和酮基.

塑料表面的这些官能团提供了更高的表面能,以改善涂层上聚合物官能团的润湿性以及氢键位点. 其他提高对热塑性塑料附着力的方法是在涂料中加入适当的溶剂,以溶解塑料表面,并使涂层在塑料-涂层界面上混合.

5. 色素沉着

底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响涂料基材的附着力, 还有它能在表面附着多久. 大多数底漆的配方都低于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的附着力(底漆表面更粗糙,自由能更高)以及许多其他涂料性能(图4).

在颜料分散过程中,使用极性较强的颜料可使颜料更易润湿, 但可能会降低长期附着力,因为它们更容易在涂层-基底界面处发生水分迁移和脱粘. 片状色素和水溶性成分非常低或没有水溶性成分的色素也能延长寿命.

6. 附着力评价

方法A和B -提供完美涂层附着力的指南

有多种方法可以确定和量化有机涂料对基材的附着力. 两种最常见的测定粘附性的方法包括 ASTM D3359(交叉舱口胶带粘合)和 ASTM D4541(拉脱附着力). ASTM D3359描述了两种方法来确定交叉舱口胶带粘附:方法A是一个简单的X, 方法B是格子图案. Method A is used in the field 而且 for films > 5mils, 而方法B用于实验室测定.

ASTM D3359等级是由专用胶带去除的交叉舱口面积,包括:

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

ASTM D4541(拉脱附着力利用一种设备来测量粘在涂层表面的小车的拉离强度. 该装置以磅/平方英寸为单位确定剥离涂层所需的力. 这不仅量化了剥离涂层所需的力, 还有失效类型(粘性或粘性), 涂层失效的原因和位置(面漆到底漆, 底漆到基材等.).

PosiTest AT-A -提供完美涂层附着力的指南
PosiTest AT-A自动黏附测试仪(来源:DeFelsko)

来源:

  1. metal表面处理-成功表现的关键, Ron Lewarchik, 2016年11月4日
  2. 获得优异的涂料附着力, Jochum Beetsma, 2014年6月13日
  3. 增强涂层性能的反应性硅烷, Ron Lewarchik, 2015年3月6日
  4. 粘附促进剂101, Marc Hirsch, 2016年5月19日
  5. 药房180年.com
  6. 有机涂料,科学技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  7. 勘探者知识中心
  8. www.表面张力.de
  9. 科学指引
  10. 科学 & AJ Kinloch,查普曼 & 大厅
  11. CSCScientific.com
  12. ASTM标准
  13. www.defelsko.com

腐蚀防护配方

腐蚀是metal可以通过电化学和/或化学过程降解的过程. metal希望处于最稳定的热力学状态, 哪一个, 简而言之, 物质的自然状态是否处于最低能量状态. metal通常以氧化物的形式自然存在.g.,氧化铁,氧化铝,氧化锌,因为氧化物代表它们的最低能态). 因为水的存在通常会加速腐蚀, 氧和盐(特别是强酸), 保护涂层系统的功能是最大限度地保护metal基板免受这些力的影响.

氧化发生在阳极(正极), 还原发生在阴极(负极). 水的存在通常会加速腐蚀, 氧和盐(特别是强酸盐).

钢的腐蚀过程(图1和图2).

钢的腐蚀图
钢的电化学图表

本文将考虑以下配方因素对涂层耐蚀性的影响.

  1. metal类型
  2. 色素水平和选择
  3. 防腐蚀颜料
  4. 服务环境的考虑和创新

1. metal类型

根据EMF系列, 铝和锌比铁更活跃,接触氧气和水时氧化得更快. 然而, 未涂覆锌和铝的氧化物与metal表面形成紧密结合层,降低了底层metal的腐蚀速率. 然而当碳钢生锈时, 腐蚀产物是氧化铁,它松散地附着在表面,易于更快地氧化.

在电动势序列中(下图3),Zn比Fe更活跃. 当富锌底漆涂在钢上时, 或者在镀锌钢的情况下, 锌会优先被钢氧化,从而防止下面的钢被氧化. 在这种情况下, 锌对钢具有阳极性(更容易氧化),因此可以保护钢不被氧化. 因此, 钢因阴极缓蚀而不受腐蚀, 还有富锌底漆提供的屏障.

标准EMF系列表
图3

2. 色素的考虑

体系的聚氯乙烯(颜料体积浓度)定义为成膜后体系中固体颗粒的体积百分比, 当溶剂和水等挥发性成分全部蒸发时. 底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响涂层的初始附着力, 还有它在服役期间的寿命. 大多数底漆的配方都低于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的附着力(底漆表面更粗糙,自由能更高)以及许多其他涂料性能(图4).

C聚氯乙烯对涂料性能的影响图表
图4 - C聚氯乙烯对涂层性能的影响

聚氯乙烯和聚氯乙烯与临界体积浓度之间的关系是一个关键的考虑因素,不仅决定机械性能, 但也影响水分和氧气通过涂层渗透到metal基板. 根据应用和所需的机械性能(e.g., 衬底附着力, 灵活性, 的面漆附着力, 半), 耐腐蚀底漆采用各种聚氯乙烯配方,并含有各种惰性颜料.

在颜料分散过程中,使用极性较强的颜料可使颜料更易润湿, 但可能会降低长期附着力,因为它们更容易在涂层-基底界面处发生水分迁移和脱粘. 片状色素和水溶性成分非常低或没有水溶性成分的色素也能延长寿命.

颜料粒度, 形状和结构可以影响水分和氧气渗透,并最终耐腐蚀性. 含有血小板状颗粒的颜料可以降低渗透性, 特别是当它们平行于涂层表面时. 云母,云母 铁的氧化物 而且 metal薄片 有几个这样的颜料的例子吗. 这些板状的颜料提供了一个更痛苦的路径水, 可溶性盐和氧到达metal表面. 其他有助于抗腐蚀的颜料包括硅酸铝和 硅灰石 (硅酸钙).

表中列出了常用的填充颜料

3. 防腐蚀颜料

如上所述, 聚氯乙烯和惰性颜料的选择影响涂层的阻隔性能,增强耐腐蚀性. C防腐蚀颜料 影响腐蚀速率的两个主要机制,阴极抑制和阳极抑制. 阴极抑制 通过阻碍电子在阴极的流动来抑制腐蚀,而 阳极抑制 通过阻碍电子在阳极的流动来抑制腐蚀.

在选择防腐蚀颜料时,必须考虑几个因素. 影响腐蚀速率的环境因素包括湿度, 水分pH值, 干湿循环, 可溶盐, 温度和时间. 考虑到这些问题, 在选择缓蚀颜料之前,必须仔细考虑评价标准和测试方法. 缓蚀或钝化颜料促进在阳极区域形成阻挡层, 从而钝化表面. 为了有效,这些色素具有最小的溶解度. 如果溶解度太高, 颜料很快就会从涂层中滤出, 缩短颜料用于抑制腐蚀的时间. 如果涂层膜比较开放(e.g., 风干乳胶), 透水率较高, 从而使缓蚀色素消耗得更快. 为了正常工作,涂层必须允许一些水的扩散来溶解颜料. 因此,在潮湿的条件下,当色素溶解时,可能会形成水泡. 已知较高的Tg(玻璃化转变温度)和较高的交联密度粘合剂可提高抗起泡性.

绝大多数的缓蚀颜料是由metal离子(阳离子)的组合而成的 引领 or  还有阴离子,比如从  (磷酸和聚磷酸), 铬酸 而且 硼酸. 虽然铬酸盐和铅, 含有钝化色素的, 是否非常有效地抑制腐蚀, 由于各种环境和毒理学规定,它们的使用非常有限.

在选择防腐蚀颜料时的另一个主要考虑因素是 pH. 例如, 具有高pH值的颜料可能对酸催化体系的固化有有害影响. 相反,具有低pH值的颜料可能会对水性系统的稳定性产生不利影响.

4. 服务环境、考虑因素和创新

涂层的相对耐腐蚀性能会因测试方法和暴露条件的不同而有很大的不同. 常用的测试方法包括盐雾(95%湿度/5%盐,始终潮湿), 酸性盐雾, 防腐循环腐蚀(干湿循环用0.04%硫酸铵和0.05%盐)、电化学阻抗谱和盐浸泡. 大多数专家认为,加速测试并不总是能很好地表明涂层metal在现实世界中的表现.

另外需要注意的是metal类型.g.、钢、铝、镀锌)、表面预处理及洁净度. 如果metal表面没有正确清洁和准备, 涂层将缺乏足够的附着力,导致过早失效.

此外, 所使用颜料的涂层类型会影响适当的缓蚀剂颜料的选择. 考虑因素包括涂层是否溶剂型, 水传播的, 粉, 风干或烘烤, 如果薄膜是交联的或热塑性的.

对基材腐蚀有深远影响的其他配方因素包括涂层的疏水性程度. 表面和体积疏水性可以通过使用特殊设计/结构颜料的表面改性剂以及添加疏水添加剂来增加,疏水添加剂可以最大限度地减少涂层的水分渗透,从而降低腐蚀速率.

接触角描绘
图5

根据澳门买球的经验,具有高接触角和体积疏水性的涂层在加速测试(如盐雾或冷凝湿度)后也会提供出色的保留附着力.

一张显示双组分聚酯聚氨酯的照片
图6

双组份聚酯聚氨酯,具有155度接触角和优异的体积疏水性,由澳门买球排行App实验室配制, 有限责任公司

缓蚀颜料供应商的样本包括:

使用抗菌涂料保持无Bug,第2部分

之前的文章标题是 抗菌涂料保持无虫 描述了 抗菌 (AM)涂层以及 我代理. 本文将以涂料添加剂和技术方法的形式提供AM涂料技术的更新,以杀死微生物或最大限度地减少其在涂层表面的生长.

根据大观研究报告, 年复合增长率(CAGR)预计为13.2021 - 2028年增长1%,全球市场规模为8.10亿美元. 主要市场范围包括:

  • 医疗
  • 采暖、空调及通风(暖通)
  • 食品加工卫生设施
  • 修复霉菌

抗菌材料可以起到杀死或抑制细菌生长的作用, 病毒, 涂层表面有真菌和藻类. 可以通过使用防止微生物繁殖或生长的抗菌技术来控制微生物, 为医院和食品工业提供卫生表面,并保持漆膜的完整性.

本文将重点介绍抗菌材料和AM漆膜的设计方法. AM制剂用于涂料的应用包括以下微生物分类:

  • 真菌
  • 霉菌(真菌的形式)
  • 细菌
  • 藻类
  • 病毒
AM剂在漆膜中随时间的释放

涂料中使用的大多数杀菌剂都是迁移的,因为当它们暴露在潮湿环境中时,会将活性成分释放到涂料表面. AM改性漆膜的寿命取决于生物杀菌剂的释放速率,因为活性成分的浓度随着时间的推移而降低.AM添加剂在漆膜中的效果取决于浓度, 树脂系统, 光泽, 聚氯乙烯, 涂层表面结构及其所暴露的环境. AM剂的选择取决于AM涂料体系中所期望的功能. 除了, 在选择AM之前, 仔细检查MSD和TDS的安全性, 在加入涂料之前的环境可接受性和兼容性.

AM代理的例子

  • 模具/真菌
  • 细菌
    • 5-thiadiazine-2-thione Tetrahydro-3 5-dimethyl-2h-1 3
    • 氧化锌/ 1, 2-benzuisothiazol-3————(2 h)
    • 锌羟基吡啶硫酮
    • 银沸石
    • 碳基材料(石墨烯、碳纳米管等.)
  • 藻类-许多对霉菌和真菌有效的AM剂也能有效地控制藻类的生长
  • 病毒
    • 银沸石,银化合物和银纳米颗粒
    •  而且 铜合金
    • 碳基材料(石墨烯、碳纳米管等.)

AM剂在涂料中的作用?

  • metal和metal化合物及metal纳米颗粒

使用metal等  (和许多 铜合金 ), 锌 在各种形式的涂料中都可以成为有效的抗菌添加剂. 银的抗菌作用有几种机制. 其中一个例子就是银离子与酶中的巯基反应导致细胞死亡. 铜破坏细胞的机制包括在细胞中产生过氧化氢,过量的铜也可以与蛋白质结合,导致蛋白质分解成无功能的部分. 吡硫锌/2-丙基丁基氨基甲酸酯既可作为防腐剂,也可作为杀菌剂. 美国环保署监督抗菌剂和材料的监管,并确定铜合金杀死超过99.如果定期清洁,两小时内就能清除9%的致病细菌. 铜和铜合金是独特的固体材料类别,因为在美国没有其他固体接触表面得到许可.S. 来宣传人类健康. 相应的, EPA已经授予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颗粒, mes涂层的银和金, 也显示出抗病毒药物的前景. 铜纳米粒子 对大肠杆菌、真菌和细菌有抗菌活性.

  • 季铵化合物

一些例子包括二甲基loctadecyl(3-三甲氧基硅丙基) 氯化铵、烷基二甲基苄基氯化铵和二癸基二甲基氯化铵. 一些硅烷形成a 针状的表面 3-(三羟硅基)丙基二甲基氯化铵结合到表面的结构,当微生物接触表面尖刺时,通过破坏它们的外膜来破坏微生物.

  • 碳基材料(CBMs)

石墨烯材料(GM) 如 石墨烯氧化物还原氧化石墨烯(rGO)和 碳纳米结构(CNSs) 如富勒烯和 碳纳米管(CNTs). 的re is not total agreement on how these materials function as 我代理 (细菌); however, 独特的物理化学特性,如颗粒大小, CBMs的形貌和表面结构特性提供了纳米刀具, 氧化应激和包裹/捕获微生物.

  • AM智能水凝胶

水凝胶是由交联亲水聚合物组成的三维网络,它们对pH值和温度等环境刺激的变化有响应,从而导致微生物的破坏.

  • 阳离子聚合物                        

阳离子聚合物 被定义为聚合物或AM主链上带正电荷的聚合物. 它们在AM涂料中有有效的使用效果,并且具有独特的事实,即它们具有杀死接触微生物的能力. 与传统的生物活性材料不同, 适当的阳离子聚合物和功能化分子可以有效而不释放AM化学品. 这些化学品目前用于生物医学应用,包括 、吡啶盐和 . 许多具有阳离子盐功能的材料具有广泛的抗菌活性.

  • 自清洁表面
self-cleaning-表面

有三种类型 自清洁表面、超疏水、光催化和超亲水. 超疏水 表面 (contact angle > 150 degrees are water-shedding 而且 thus repel dirt. 由于许多超疏水涂料具有较低的水滚脱角(ROA), 这种特性还提供了自清洁特性. SH涂层的表面结构特点是针状微结构加上提供低表面张力的成分. 这种表面结构在减少微生物附着在表面的能力方面也有功效, 从而赋予抗菌活性. 光催化 表面暴露在光线下会降解表面沉积物. Superhydrophilic 涂层 表面 (contact angle < 10 degrees) enable dirt 而且 water to easily slide off the surface.

最终的想法

AM涂料技术的未来将包括将最大限度地提高其有效性和寿命的技术组合. 这可能包括AM代理的合并 自洁涂料,加上 缓释AM纳米材料 它们被吸收或吸附在高表面积的粒子上. 智能AM材料 它们会对pH值波动和/或温度等环境刺激做出反应,并且具有可以破坏责任细胞膜的表面结构.

卷材涂层卓越技术

的 卷材涂料 工艺(见图1)提供了一种方法,快速应用各种油漆在一个统一, 控制, 连续和高质量的时尚,线速度从100到700英尺每分钟,油漆固化在15-45秒内,达到390至480°F的峰值metal温度,这取决于油漆和metal厚度. 在卷材涂布过程中, metal线圈首先展开, 清洗和预处理, 一层或多层油漆被涂在一个连续的平面上, 热固化, 冷却和重卷运输. 在制造商,然后它被切割成所需的尺寸,形成它的成品形状.

因为metal首先被涂上漆,然后形成一个零件, 卷材涂料通常被称为预涂漆. 预涂漆是指在制造之前对metal进行涂漆的过程,而不是对成型的物品进行涂漆.  涂覆的产品不仅必须能够迅速固化, 它还必须灵活和耐压力斑驳,因为涂层线圈可以重达数吨.

初级线圈涂层metal衬底包括:

    • 冷轧钢和热轧钢
    • 镀锌钢(镀锌钢-热浸和电镀锌)
    • Galfan(~95%锌和5%铝涂层钢)
    • 铝锌合金镀层(43.5%锌,55%铝.5%硅涂层钢)

与大多数其他应用方法相比, 从涂料使用的角度来看,线圈涂层几乎100%有效. 而不是喷涂涂层, 线圈涂层产品提供均匀的薄膜厚度,而不是较厚的薄膜边缘, 拐角和弯道是喷涂涂料的典型特征.

线圈涂层的好处:

  • 始终如一的质量
  • 高速
  • 效率接近100%,因此成本更低
  • 高质量的
  • 较低的环境影响
  • metal种类广泛
  • 多种涂料类型可供选择
  • 灵活性
图一-典型线圈涂装线
图一-典型线圈涂装线

表面涂层采用反向滚涂,其中涂涂辊沿带材的反向移动,从而提供更光滑的薄膜,缺陷更少. 引物 而靠背一般采用直接滚涂的方式. 一些生产线还使用挤出机或通过具有软化点的固体块涂料来应用卷材涂料,以便在加热时能够顺利应用.

卷材涂料物理类型包括溶剂型、水性、粉状和固体块状涂料.

示意图1 -典型外表面的油漆层

I型线圈涂层基板示意图

表一-线圈涂层选择的概要

线圈涂层选择的简介

卷材涂料的全球市场总规模在3美元范围内.50亿美元(美元) 聚酯涂料 占总数的60%以上. 卷材行业中使用的涂料固化类型包括热固化, 红外, 诱导紫外光固化. 总的来说,绝大多数卷材涂料是使用燃气烤箱固化的. 因此,本文的其余部分将集中讨论热固化卷材涂料.

卷材底漆和衬底通常比喷涂液或喷涂液要薄得多 粉末涂料 或电泳涂料. 涂底漆干膜厚度通常在4-6微米范围内, 而面漆通常用于提供18-20微米的干膜厚度.

特殊考虑时,制定线圈涂料包括调整树脂技术, 交联, 溶剂系统, 催化剂表面修饰符 而且 润滑剂 以适应适当的固化,流动和平整,并尽量减少表面缺陷. 一旦治愈, 卷材涂料可以提供出色的处理, 物理, 化学和环境特性. 表二详细说明了聚酯卷涂料中使用的典型材料.

表二-用于典型聚酯卷面漆的原材料(树脂固体)(1).2:1.0颜料:粘合剂,杜邦R960钛白粉)

卷材涂料原料

总之, 卷材涂层技术的增长速度比传统应用技术更快,预计每年将以超过5%的速度增长,这是由于节省成本等各种好处, 多功能性, 环境, 性能和质量问题.

辐射固化涂料-在快速固化技术的终极

辐射固化涂料提供了一种高速光固化工艺,与更传统的固化工艺相比具有许多优点. 多种优势包括 高速, 更低的能源需求, 少或不含voc, 生产空间减少, 减少污垢收集, 高品质的表面处理, 快速加工以及一些UV光技术的即时开关也加快了生产和节能. 电子和紫外线 可治愈的 自20世纪60年代以来,涂料已经存在,并基于聚合反应,包括自由基和阳离子引发的链式生长聚合. As the majority of 涂料 for UV cure 涂层 utilize free radical polymerization (>90% of market), 这篇文章将主要集中在自由基聚合引发的a 的光 (图. 1):

UV固化聚合-辐射固化涂料

UV/EB固化涂料中使用的不饱和度类型见表一, 到目前为止最大的类型是 丙烯酸酯.

表一- UV/EB固化中使用的不饱和度类型

的光 主要考虑光引发剂吸收曲线的两种不同特性. 第一个, 是PI和秒吸收的光的最大波长(λ Max), 这种吸收的强度(摩尔消光系数). 的光 开发用于固化着色膜通常有更高的摩尔消光系数在较长的波长之间300 nm至450 nm比固化清晰的配方. 使治疗和效率最大化, PI的吸光度必须与灯的光输出相匹配,因为不同的灯有不同的光谱输出(见表一). 在较厚的涂层中,波长较长的光对增强固化也很重要. 新的PI还使着色涂料的配方成为可能,除了透明涂料. 一般的固化考虑受颜色的影响, 聚氯乙烯, 颜料粒径和膜厚如图所示. 2:

影响治疗行为的因素-辐射治疗
图2 - UV固化注意事项. 图片:汽巴-嘉基文学

自由基主要有两种类型 光引发剂,I型和II型. I型光引发剂 在辐照下发生裂解形成两个自由基. 正常情况下,这些自由基中只有一个具有活性,从而引发聚合. 1-羟基环己基苯酮是一种广泛使用的I型PI. II型光引发剂 在辐照下形成激发态并从供体分子(增效剂)中提取一个原子或电子. 供体分子反过来引发聚合. 广泛使用的II型光引发剂的一个示例是 苯甲酮. 三级  通常用作与二苯甲酮反应的增效剂, 同时也抑制了氧对聚合的抑制作用. 丙烯酸叔胺 当涉及气味和可萃取物时,使用化合物. Oxygen can also inhibit cure especially in thin films; to counteract oxygen inhibition, 涂料可以使用胺增效剂, 在氮气气氛下固化, 加入蜡, 引发剂浓度高, 更强的紫外线, 和/或表面活性引发剂.

其他决定UV固化配方性能的关键成分包括UV固化单体和低聚物. 图3说明了典型的 单体 与性能特征一起使用.

单体-辐射固化涂料

表二世. 一般性能与单体

一般性能相对于单体辐射固化涂料
图3. 典型单体及性能特征

有几种紫外光可固化 低聚物 类型,以及取决于所需的性能类型,请参阅图. 4列出了一些常见的寡聚物类型以及性能特征的概述.

电子束固化涂料可用于丙烯酸酯功能性涂料的固化. 由于所使用的能量(150 - 300 keV)比UV固化高得多, 光引发剂不是必需的. EB固化比UV固化的另一个优点是颜料不会对固化产生不利影响. 所使用的载体系统基本上与用于UV固化(丙烯酸酯)和用于UV阳离子固化的载体相同. EB固化的缺点包括资本设备成本高,固化必须在惰性环境中进行. 涂层树脂一旦辐照形成自由基阳离子和二次电子,激发态CR*可均裂形成自由基并引发聚合.

辐射固化涂料
低聚物型。辐射固化涂料
图4 - UV固化寡聚物类型/特征

除100%固体液体UV涂料外,其他UV类型还包括水性UV和粉末UV. 水性UV固化剂 与传统的UV固化相比,不需要活性稀释剂来控制粘度. 也, 而不是传统的UV固化配方, 涂层的粘度与聚合物的分子量无关 树脂 并适用于喷涂粘度, 固体是通过加水而不是低粘度反应单体来调节的. 除了, 因为需要固化的双键比较少, 收缩率较低,因此可以提高附着力. 主要缺点是在UV固化之前需要通过约80°C的烤箱去除水分. 在粉末UV固化涂料中,该部分是静电喷涂的. 建议使用自动枪而不是手动枪,以确保平衡, 使用一致的薄膜厚度. 接下来,应用的涂层在对流、红外或烤箱中烘烤,使粉末熔化和流动. 对于传统的粉末涂层来说,这一步的温度要低得多,时间也更短(175-280°F几秒钟,而不是320-390°F 5- 20分钟). 一旦粉末融化就会流出, 零件进入紫外线固化室,在几秒钟内固化涂层,而不是几分钟, 与传统的热粉一样.

阳离子UV固化涂料具有以下优点:

  • 低收缩
  • 优异的附着力
  • 不受氧气抑制
  • 暗疗允许高水平的转换
  • 改善物理性能

阳离子固化涂料的典型光引发剂通常是强酸的离子盐,例如 碘鎓 而且 锍盐 六氟锑酸和六氟磷酸. 一旦暴露在200 - 360nm的适当辐照范围内,强勃朗斯特酸就会被激活,它是反应物上环氧乙烷官能团均聚的催化剂. 通常使用环脂肪族环氧树脂,因为它们比芳香族环氧树脂反应更快

反应性增加-辐射固化涂料

四氟五苯硼酸盐阴离子在上述基团中速度最快(亲核性最低). 添加光敏剂等 thioxanthones苯甲酮 蒽烯可以增强光谱响应到中可见光范围,提高反应效率. 从车辆的角度来看, 阳离子UV固化涂料使用环脂肪族环氧树脂,因为它们比使用基于BPA的芳香族环氧树脂反应更快. 络合阳离子的盐 也可以用作混合自由基-阳离子聚合的光引发剂. 混合自由基-阳离子涂料的使用 脂环族的环氧树脂 除了反应物等 乙烯基醚苯乙烯和4-烷氧基苯乙烯. 在阳离子固化中,水分作为链转移剂, 在50% R以上,固化速度急剧下降.H. 阳离子光引发剂活化后,聚合反应由热驱动. 这说明了一个高转化率,特别是在存在热颠簸.

任何关于UV-LED固化涂料的讨论都是疏忽的,至少没有对UV-LED灯泡以及每种类型的特性进行简要概述. 如表三所示.

UV LED灯泡的类型。辐射固化涂料
表三- UV-LED灯泡的种类及其特性

UV固化涂料的最后一个考虑因素是它们通常在视线范围内. 换句话说, 对于复杂的三维曲面, 哪里没有光亮, 涂层不会固化. 也, 大多数UV固化技术使用聚焦光在二维表面上提供最佳的均匀固化. 与传统的UV固化技术相比,LED固化具有多种优势,例如低热. 这是理想的固化热敏性基材. 除了, LED提供无臭氧环境, 能源效率, 超长的灯泡寿命和稳定的光谱输出意味着稳定的质量.

聚酯树脂基础

大多数用于涂料应用的聚酯树脂分子量相对较低,是无定形的, 线性的或分支的,必须交联形成有用的薄膜. 作为一个班级, 热固性聚源物体参数 一般提供比热固性丙烯酸更好的metal附着力和抗冲击性, 但是TSA提供了更好的抗水解和耐风化的涂层. 聚酯主链中酯键的存在使它们更容易水解, 适当选择对酯基连接提供空间位阻的主链单体(例如 核计划组 提供更好的抗水解性和耐候性.

过量反应物公式。聚酯树脂基本原理

本文只考虑有时被称为无油聚酯的饱和聚酯. 聚酯涂料是建筑的很大一部分, 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, 高固体低VOC粉末涂料. Linear聚酯 占卷材涂层应用树脂的很大一部分. 固化时用三聚氰胺或封堵异氰酸酯可提供优异的柔韧性, 耐化学性和光稳定性. 聚酯的形成是由 不断的聚合 一种至少有两个羧基的醇和一种至少有两个羧基的羧酸. 聚酯通常含有二醇的混合物, 三醇和二元酸与过量的多元醇形成端羟基聚酯,与三聚氰胺或异氰酸酯预聚物反应形成涂膜. 如果使用过量的二元酸, 聚酯以羧基端部与环氧树脂反应, 三聚氰胺或2-羟基烷基酰胺. 历史上聚酯合成被称为 缩聚反应 一个醇基和一个羧基反应生成水. 其他聚酯合成途径包括酯与醇的反应, 酸酐与醇的反应,最后是内酯的开环聚合. 当二醇(DD)与二酸(CC)反应在等量的摩尔量 分子量 逐步构建,更易于控制. 过量的反应物末端会有该反应物的基团. 例如:

一般分子会有末端羟基. Branched polyes源物体参数 are made from mixtures of monomer that contain one or more 单体 哪一个 have a functionality F > 2. 作为单体的比例 F(功能) > 2 增加, 平均分子量增加,必须控制反应以避免凝胶化. 广泛的聚酯被用于商业用途,常规聚酯固化 三聚氰胺 or 异氰酸酯 预聚物的数量平均分子量在2000到6000之间.

图1 -聚酯合成过程中分子量的增加:

聚酯树脂的基本原理

图2 -常见羟基功能单体如下:

常见羟基功能单体分子式。聚酯树脂基础

图3 -常见二酸单体:

普通二酸单体分子式。聚酯树脂基本原理

表一多元醇对聚合物性能的影响:

聚合物作用表。聚酯树脂基本原理
酸的作用表-聚酯树脂的基本原理

表二:酸性功能单体对聚合物性能的影响:

如表一和表二所示, 适当选择共反应物单体可以提供一系列的性能特性,以提供一系列的性能属性如

  • 水解稳定性 (核计划组, Sebacic, 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)

通过适当选择单体的共混物,再加上聚合物结构的选择,以满足膜的性能性能,可以实现所需的性能.

聚合物设计考虑因素图。聚酯树脂基本原理

最后, 聚酯的结构可以用一个或多个反应性基团进行修饰,例如形成聚氨酯, 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, 请浏览 www.ulprospector.com.

资源:

  • 有机涂料,科学技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • 探勘者

抗菌涂料保持无虫

包括埃及在内的古代文明, 中国和印度利用了利用铜的metal或metal化合物, 用银和锌来对抗微生物引起的疾病, 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. 自从非典的到来, 以及最近的COVID - 19, 越来越多的人认识和使用抗菌材料,包括 抗菌涂料 阻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.预计2019年将达到20亿美元,调整后的年增长率为10.4%至2026年.

抗菌 (AM以油漆添加剂形式存在的各种剂,要么杀死微生物,要么阻止它们生长. 涂料中的抗菌添加剂可以作为涂料防腐剂,也可以作为固化膜中的抗菌剂. 根据抗菌添加剂的选择,这些材料可以起到杀死或对抗细菌生长的作用, 病毒, 涂层表面有真菌和藻类. 可以通过使用防止微生物繁殖或生长的抗菌技术来控制微生物, 为医院和食品工业提供卫生表面,并保持漆膜的完整性.

本文将重点介绍在固化膜中提供抗菌功能的抗菌添加剂和方法. 在涂料中使用AM剂杀灭或防止以下微生物生长的应用,包括:

  • 真菌
  • 细菌
  • 藻类
  • 病毒

涂料中使用的大多数杀菌剂都是迁移的,因为当它们暴露在潮湿环境中时,会将活性成分释放到涂料表面. AM改性漆膜的寿命取决于生物杀菌剂的释放速率,因为活性成分的浓度随着时间的推移而降低.

涂料中AM剂随时间释放的描述-学习如何使用抗菌涂料保持无Bug

AM添加剂在固化涂料中的有效性不仅取决于浓度, 树脂系统, 光泽, 聚氯乙烯, 涂层表面结构及其所暴露的环境.

使用metal等  (和许多 铜合金 ), 锌 在各种形式的涂料中都可以是有效的抗菌添加剂. 银的抗菌作用有几种机制. 其中一个例子就是银离子与酶中的巯基反应导致细胞死亡. 铜破坏细胞的机制包括在细胞中产生过氧化氢, 过量的铜也可以与蛋白质结合,导致蛋白质分解成无功能的部分. 吡啶硫锌/2-丙基丁基氨基甲酸酯既是防腐剂又是杀菌剂. 美国环保署监督抗菌剂和材料的监管,并确定铜合金杀死超过99.如果定期清洁,两小时内就能清除9%的致病细菌. 铜和铜合金是独特的固体材料类别,因为在美国没有其他固体接触表面得到许可.S. 来宣传人类健康. 相应的, EPA已经授予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颗粒, mes涂层的银和金也显示出作为抗病毒药物的前景. 铜纳米颗粒h已证明对大肠杆菌、真菌和细菌具有抗菌活性.

使用某些 季铵硅烷 当化合物与固体表面结合时,还能提供抗菌性能. 一些例子包括二甲基四烷基(3-三甲氧基硅丙基)氯化铵、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 针状表面 3-(三羟硅基)丙基二甲基氯化铵与表面结合形成的结构,当微生物接触表面尖刺时,通过破坏它们的外膜来破坏微生物.

化学气相沉积 二氧化钛 在紫外线下有光催化活性. 它的自清洁特性是由于其强大的氧化能力,导致抗菌, 抗病毒和抗真菌活性.

超疏水表面 接触角通常在150度或更大的范围内吗. 表面结构的特点是针状微结构加上提供低表面张力的组件. 这种表面结构还具有降低微生物粘附在表面的能力从而赋予抗菌活性的功效.

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资源:

  • 有机涂料,科学技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
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  • C & 在新闻
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  • 全球市场洞察

智能涂料-智能选择

有很多定义 聪明的涂料但它们都有一个共同的特点,那就是能够感知环境,并与环境互动. 智能涂料在传统保护和装饰性能的基础上,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倍的复合增长率扩张.在2017年至2025年期间达到8%,到2024年销售额达到10亿美元.

智能涂料中的外部刺激

智能涂料中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

这些涂层性能可以通过使用新型特种添加剂来获得, 颜料和/或聚合物.

Icephobic涂料 既可以抵抗附着性较差的表面上的冰的形成,也可以促进表面上已形成的冰的释放. 防冰涂料应用于飞机工业、风力涡轮机和电力线路. 有两种类型的冰形成是有问题的.

  • 雾凇冰,通常被称为霜
  • 眩光冰, 更常被称为釉冰, 形成一层连续的液态水并在表面结冰. 强光冰对电线和飞机尤其危险.

一种防冰涂层既可以用于雾凇冰,也可以用于眩光冰,但不能同时用于二者. 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. 超疏水涂层的低表面极性和表面结构使其表面的疏冰性低于基于接触角的预期. 图1说明了.

图1 -了解更多关于智能涂料的知识

一些研究表明,弹性聚氨酯涂料提供较少的冰附着力比涂料类似的结构,但更多的玻璃性质. 理论是,聚氨酯弹性体涂层的表面诱导了固体冰与表面有悬挂链的轻交联聚氨酯或硅树脂弹性体结构之间的滑移.

其他方法利用某些表面的凝固点降低或在低表面张力涂层中添加油. 最后, 有些涂层利用添加剂来增加形成冰核所需的过冷度.

自我修复涂料

所有涂层在使用寿命期间都容易被刮伤和磨损. 抓伤和擦伤不仅对外观有不良影响, 但进一步减少有效寿命的事件,涂层应用于可氧化的metal表面.

安星弼等.Al研究了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦涂层被划伤, 含有催化液体聚合材料的微型或纳米胶囊.g. 干燥油,二环戊二烯)被释放到划痕中. 图2展示了基于胶囊或纤维的自我修复技术. 一旦胶囊破裂, 聚合发生填补空隙和功能,以减少水分进入,从而提高耐腐蚀性和涂层的外观. 分布在环氧树脂基体中的热塑性聚(e-己内酯)纤维是自修复技术的一个例子,它可以在受热时恢复薄膜的完整性.

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

环境感应涂料

能够对环境的变化做出反应, 这些涂料有多种用途. 例如,一些水性室内涂料含有一种染料,由于暴露在室内光线下或在干燥过程中pH值的变化而改变颜色. 干燥后,从粉红色或紫色的颜色变化有助于表示 足够的覆盖率 在类似颜色的底毛上.

含有pH敏感染料和荧光分子的涂料也用于 检测腐蚀. 另一种方法是在环氧涂料中使用罗丹明b基掺杂剂来检测钢和铝的腐蚀,因为它对pH值的降低和铁的存在都有反应+++ 离子.

智能涂料的另一个快速增长的领域是使用经过改性的涂料来抵抗病毒或细菌在表面的定植. 大多数表面含有微量的营养物质,如糖, 能使微生物生长繁殖的油或磷.


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抗菌涂料

抗菌涂料在包括医院在内的多种应用中具有实用价值, 厨房, 公共浴室, 交通(出租车, 超级汽车, 飞机)以及扶手和门把手. 已成功使用的添加剂包括在各种粘结剂中含有银的材料,或吸收到多孔表面以实现缓慢释放和提高寿命. 季铵盐也具有抗菌活性, 季铵盐对病毒和真菌更有效. 铜也提供一些抗菌活性以及有机抗菌,如三氯生.

表1 -其他智能涂料应用概述

涂层类型主要刺激智能响应
太阳能反射使用掺杂混合metal氧化物反射IR EnergyLight颜色和深色阳光提供较冷的表面,节省空调成本
压电颜料在受到压力时会产生电流(Pb-Zr-Titanate)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在受到机械应力时产生磁场
热变色随温度液晶和亮色染料改变颜色温度反映指定范围内的温度变化
电致变色的一种接触电流就会变色的聚合物电解质电流颜色变化,美观诉求,指示剂
疏水/亲水表面修饰加上调整表面张力水分调节水接触角以排斥(疏水)或吸引水分(亲水)

有关增强疏水性的材料选择的额外信息, 请浏览 www.ulprospector.com (EU).

  • 有机涂料,科学技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • PCI杂志
  • 科学指引
  • 形状记忆辅助自修复涂层,2013,材料科学,罗和马瑟
  • 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, 2017-2025年预测
  • 安圣弼,李敏旭,亚历山大. 亚林,山姆. 尹, 抗腐蚀外源性自愈研究进展:基于微胶囊的系统与基于核-壳血管网络的系统的比较, 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

用于几乎所有美学和功能应用的漆膜首先必须提供所需基材的附着力. 相应的, 在配制为预期应用提供可接受的附着力的涂层时,必须考虑多种因素. 关键考虑因素及其如何影响粘附性包括:

  1. 表面润湿
  2. 机械效应和内应力
  3. 表面化学和粘结强度
  4. 色素沉着
  5. 附着力评价

1. 表面润湿 -之间的关系 表面润湿 而附着性是设计涂层时首先要考虑的因素,以优化附着性. 如果处于液态的涂层没有自发地扩散到基材表面, 然后,与基材表面形成机械和化学键的机会有限.

如果液体的表面张力(力/单位长度或达因/厘米)低于待涂覆固体的表面自由能,液体就会在材料表面自发扩散. 例如, 下面的图像提供了一个可视化的不同程度的润湿特性的液体滴应用到表面是湿的.

图1 -不同程度的基材润湿图像

基材润湿程度图像-提供完美涂层附着力指南

因此,在表1中,当 液体表面张力(低水位体系域))的值低于 固体表面张力时,固体就会发生润湿. 差异越大, 液体湿润并在固体表面扩散的机会就越大. 与大多数有机溶剂相比,由于水的表面张力相对较高,水性涂料在表面上的扩散更加困难.

相应的, 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 低水位体系域 < 风场, wetting occurs.

表1 -液体表面张力(低水位体系域)和固体临界表面张力(风场)(达因/厘米)@ 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 -涂层要应用的基材的轮廓也会影响附着力. 光滑的表面更难以涂层粘附,因为表面积更低,并提供更少的面积供涂层与基材互锁. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层很难浸湿并穿透表面裂缝. 这在下面图2中列出的图表中进行了说明.

图2涂层与基材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

草图B中的微观表面轮廓将提供比草图A中更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基材互锁. 表面C有不易被涂层穿透的口袋和孔隙, 导致气穴,可以捕获水分和可溶性离子,导致水泡和腐蚀(如果基材是可氧化的metal),因此长期附着力差,最终膜失效.

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和微观渗透(毛细管作用). 附着力也会受到不利的影响 强调 由于涂层干燥或固化而发生的收缩. 随着时间的推移,环境的影响,如暴露在湿气中, 光, 热, 污染物和热循环最终也会降低粘附性.

3. 表面化学和粘结强度  除了表面张力和承印物的表面轮廓, 可用的基材官能团可提供与涂层组分的共价键和氢键的位点,以进一步增强与基材的粘结强度.

表2 -粘结力

附着力表-提供完美涂层附着力指南

如表2所示,与表面结合强度最高的为 共价键, 例如所述的双功能三烷氧基硅烷偶联剂在涂层与metal表面之间的反应.

大多数 metal 表面涂上一层薄薄的油以减缓氧化速度. 油还降低了表面能量,因此更难以湿润. 出于这个原因, metal表面,例如钢, 镀锌钢和铝-通常在油漆之前清洗以去除油脂,然后预处理形成, 例如, 磷酸锌或磷酸铁处理过的表面. 磷酸基通过增强涂层的附着力 氢键 metal表面的聚合物反应位点.

图3锌预处理metal表面氢键实例.磷酸

氢键配方-提供完美涂层附着力的指南

活性组 在聚合物脊骨上或通过添加含环氧树脂的双或多功能黏附促进剂, 氨基或硅烷官能团可以进一步反应与适当的预处理 metal 表面形成共价键,在metal和涂层之间提供额外的粘合强度.

为 玻璃或二氧化硅 丰富的表面, 偶联剂,如氨基硅烷,还可通过与含有环氧基的树脂主链反应,使偶联剂的烷氧基功能硅烷部分粘结到 硅 表面形成硅氧烷.

塑料 是否更难湿化,因为它们具有较低的表面自由能,可能会因脱模剂的存在而进一步降低. 通过紫外线照射增加聚烯烃的表面自由能,可以提高聚烯烃的附着力, 一旦光敏剂被应用, 或者火焰处理产生羟基, 羧基和酮基.

塑料表面的这些官能团提供了更高的表面能,以改善涂层上聚合物官能团的润湿性以及氢键位点. 其他提高对热塑性塑料附着力的方法是在涂料中加入适当的溶剂,以溶解塑料表面,并使涂层在塑料-涂层界面上混合.

4. 色素沉着 底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响涂料基材的附着力, 还有它能在表面附着多久. 大多数底漆的配方都低于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的附着力(底漆表面更粗糙,自由能更高)以及许多其他涂料性能(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指南

在颜料分散过程中,使用极性较强的颜料可使颜料更易润湿, 但可能会降低长期附着力,因为它们更容易在涂层-基底界面处发生水分迁移和脱粘. 平板状颜料和水溶性成分很少或没有的颜料也能延长寿命.

方法A和B -提供完美涂层附着力的指南

5. 附着力评价 有多种方法可以确定和量化有机涂料对基材的附着力. 两种最常见的测定粘附性的方法包括 ASTM D3359(交叉舱口胶带粘合)和 ASTM D4541(拉脱附着力). ASTM D3359描述了两种方法来确定交叉舱口胶带粘附:方法A是一个简单的X, 方法B是格子图案. Method A is used in the field 而且 for films > 5 mils, 而方法B用于实验室测定. 评级如下图所示:

分类是通过专用胶带拆除的交叉舱口的面积,包括:

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

ASTM D4541(拉脱附着力利用一种设备来测量粘在涂层表面的小车的拉离强度. 该装置以磅/平方英寸为单位确定剥离涂层所需的力. 这不仅量化了剥离涂层所需的力, 还有失效类型(粘性或粘性), 涂层失效的原因和位置(面漆到底漆, 底漆到基材等.).

PosiTest AT-A -提供完美涂层附着力的指南
PosiTest AT-A自动黏附测试仪(来源:DeFelsko)

来源:

化学涂料咨询来源