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环境固化环氧树脂和固化剂的化学

一种常见的环境固化双组分涂料化学反应涉及一种 环氧树脂 和一个 胺类功能树脂 (硬化剂). 由于其坚韧的附着力和耐湿性, 交联环氧树脂用于各种表面,包括metal和混凝土, 环氧双组分组合物可用于各种应用,包括外部和内部应用的底漆.

环氧基团与胺类硬化剂的反应性

如表二所示, 环氧基在室温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的反应速率而言, 表一列出了几种环氧基团与胺类硬化剂的一般结构-反应性关系.

表一环氧与胺类硬化剂官能团反应率的一般比较

胺反应 Primary > Secondary > 三级
胺反应 反应速率随着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基环氧树脂
环氧树脂反应性Terminal epoxy groups > internal epoxy groups

表II -环氧树脂与胺的反应实例

环氧树脂与氨基官能的反应-在勘探者知识中心了解航空航天外部涂料.
氨基官能环氧树脂的反应

有了合适的催化剂, 脂肪族环氧树脂 即使在室温下也能与羧基发生反应吗. 环脂肪族环氧基系统. 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.

当制定化学计量反应时, 从等价物的角度讨论反应物是可取的.

环氧-多胺混合比的计算

例如, 按环氧树脂每100件中固化剂的重量计算化学计量部分: 

phr =胺硬化剂Eq. Wt. X 100 /环氧树脂配方. Wt. 的树脂

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

phr = 10000/400 = 25.0

因此,25.0份胺类固化剂固化100份环氧树脂时,胺类固化剂与环氧树脂化学计量比为1:1.

环氧树脂

根据下面的图表,大多数 环氧树脂 都是通过反应产生的 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. 分子量和环氧当量重量由环氧氯丙烷EPC:BPA的比例控制. 双酚F (BPF)基环氧树脂比bpa基环氧树脂具有更强的柔韧性. 氢化双酚a基环氧树脂提供了改善的外部风化,因为吸收紫外线的芳香基团是不存在的. 其他环氧树脂类型包括 epoxy-novolac (EN)和 环氧酚醛 (EP). 环氧-novolac (EN)树脂具有更高的功能(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. 环氧酚醛化合物也因其耐化学腐蚀和优异的耐腐蚀性而闻名.

双酚A (BPA)与过量的环氧氯丙烷反应生成环氧树脂的示意图
BPA图表

其他硬化剂

除了用于固化环氧功能树脂的胺类功能硬化剂外, 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 环氧胺双组分体系的另一个重要因素是什么. 适宜的氢受体溶剂如 叔丁基酯 能延长锅的使用寿命. 大多数酮和酯(TBA除外)应该避免,因为它们在室温下与伯胺形成酮胺,这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, 这减少了存在的环氧官能团的数量,并导致含有环氧树脂和一次醇溶剂的a部分交联密度降低.

加速器

叔胺 像治疗加速器一样,与水,一些酒精和一些弱酸,如酚. 例如, 2,4,6-[三(二甲氨基甲基)]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勘探者搜索引擎提供了一些胺硬化剂和环氧树脂,用于制定双组分和其他类型的环氧涂料.

进一步阅读和资料来源:

提供初始和持久的涂层附着力指南

原文发布时间:2011年11月. 29, 2019
更新12月. 12, 2022

几乎所有美学和功能应用的漆膜首先必须提供与所需基板的附着力. 其次是长期耐用性, 在涂层的使用寿命内,涂层必须继续提供顽强的附着力. 相应的, 在制定为预期应用提供可接受附着力的涂料时,必须考虑多方面的考虑. 关键考虑因素以及它们如何影响附着力包括:

  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. 表面化学和结合强度
  5. 色素沉着
  6. 初步和加速试验后的附着力评价

1. 表面润湿

两者之间的关系 表面润湿 而附着力是设计涂层时要考虑的首要因素,以优化附着力. 如果处于液体状态的涂层没有自发地扩散到基板表面, 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)低于被涂固体的表面自由能,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一滴液体被应用到表面的湿.

图1 -不同程度的衬底润湿图像

基材润湿程度的图像-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(低水位体系域)比的低 固体表面张力(风场),那么固体就会发生润湿. 差异越大, 液体湿润和扩散到固体表面的机会就越大. 因此,要提高润湿性作为获得附着力的第一步,要么 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在表面扩散,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, 提高粉末涂料和水性涂料的润湿性, 通常使用有机共溶剂(水性)和/或适当的润湿剂(水性和粉末). 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指南

2. 机械粘附和内应力

被涂涂料的基材的外形也会影响附着力. 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,涂层与基板互锁. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层很难润湿并穿透表面缝隙. 下面的图2中列出了这一点.

图2涂层与基板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比草图A提供更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基板互锁. C表面有不易被涂层穿透的口袋和气孔, 导致气孔,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metal),从而长期附着力差,最终膜失效.

总之, 从机械粘附的角度来看, 低表面张力和低粘度的液体涂层有助于更好地润湿和微观渗透(毛细作用). 附着力也会受到 强调 这是由于涂层干燥或固化时的收缩造成的. 随着时间的推移,环境影响,比如暴露在潮湿环境中, 光, 热, 污染物和热循环也会最终降低附着力.

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漆到底漆, 机制如 界面混合 在应用和/或固化过程中有助于促进间膜粘附, 第二种能进一步增强间膜附着力的机理是 剩余活性官能团 在多涂层体系的一层上反应形成 共价键 与另一涂层官能团的官能团相对应. 其他提高基材附着力和或间膜附着力的方法包括 添加黏附促进剂 (参见下面列出的参考资料)和/或 氢键 到相邻的表面. 债券强度 共价键 数量级比氢键强,因此从寿命的角度更倾向于保持长期的薄膜完整性吗.

债券的优点

4. 表面化学与基体结合强度

此外还有基材的表面张力和表面轮廓, 可用的基片官能团可为涂层组分的共价键和氢键提供位点,以进一步增强与基片的粘结强度.

表2 -粘接力

胶粘剂粘接力表-提供完美涂层附着力指南

如表2所示,与表面的最高结合强度由 共价键, 例如,所述双官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 表面有一层薄薄的油,以减缓氧化速率. 油还降低了表面能量,因此更难以润湿. 因为这个原因, metal表面,例如钢, 镀锌钢和铝-通常在涂装前清洗去油,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表面到聚合物上的反应位点.

图3氢键到经锌预处理的metal表面的例子.磷酸

氢键公式-提供完美涂层附着力指南

活性组 在聚合物背骨或通过添加二或多功能附着力促进剂含有环氧树脂, 氨基或硅烷官能偶联基团可进一步与适当的预处理反应 metal 表面形成共价键,在metal和涂层之间提供附加的粘合强度.

为 玻璃或二氧化硅丰富的 表面, 偶联剂如氨基硅烷也可用于增强附着力,通过与含有环氧基团的树脂主链反应,偶联剂的烷氧基功能硅烷部分与 硅 表面形成硅氧烷.

塑料 是否较难润湿,因为它们的表面自由能较低,可能会因脱模剂的存在而进一步降低. 通过紫外线照射可提高聚烯烃的表面自由能,从而提高聚烯烃的附着力, 一旦使用光敏剂, 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和氢键位点. 提高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,并使涂层在塑料-涂层界面混合.

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, 还要看它能在表面粘多久. 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C聚氯乙烯,以最大化面漆附着力(更粗糙的底漆表面和更高的自由能)以及许多其他涂层性能(图4)。.

在颜料分散过程中,使用极性较强的颜料可使其更易润湿, 但可能会降低长期粘附性,因为它们更容易在涂层-基材界面处发生水分迁移和脱粘. 片状颜料和水溶性成分极低或无水溶性成分的颜料也能提高寿命.

6. 附着力评价

方法A和B -提供完美涂层附着力指南

有多种方法可以确定和量化有机涂层与基板的附着力. 两种最常用的测定粘着力的方法包括 ASTM D3359(交叉胶粘带)和 拉脱附着力). ASTM D3359描述了两种方法来确定交叉口胶带的粘附性:方法A是一个简单的X, 其中方法B是一个格子图案. Method A is used in the field 而且 for films > 5mils, 而B方法则用于实验室测定.

ASTM D3359等级是通过特殊粘接胶带移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%)

拉脱附着力利用一种装置来测量粘在涂层表面的小车的拉力强度. 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量, 还有失效类型(粘性或粘性), 如何以及在哪一层涂层失效(面漆到底漆?, 底漆到衬底等.).

PosiTest AT-A -提供完美涂层附着力指南
PosiTest AT-A自动附着力测试仪(来源:DeFelsko)

来源:

  1. metal表面处理-成功性能的关键Ron Lewarchik, 2016年11月4日
  2. 获得优异的涂层附着力Jochum Beetsma, 2014年6月13日
  3. 活性硅烷增强涂层性能的研究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,科学与技术,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 & 科技AJ·金洛克,查普曼 & 大厅
  11. CSCScientific.com
  12. ASTM标准
  13. www.defelsko.com

防腐蚀配方

腐蚀是metal通过电化学和/或化学过程降解的过程. metal渴望处于最热力学稳定的状态, 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.如氧化铁、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种类
  2. 色素水平与选择
  3. 防腐蚀颜料
  4. 服务环境考虑和新的创新

1. metal种类

根据EMF系列, 铝和锌比铁更有活性,在接触氧气和水时氧化得更快. 然而, 未涂覆的锌和铝的氧化物在metal表面形成紧密的结合层,降低了下层metal的腐蚀速率. 而当碳钢生锈时, 腐蚀产物是氧化铁,它松散地附着在表面,容易更快地氧化.

在EMF系列中(下图3),Zn比Fe更活跃. 当富锌底漆涂在钢上时, 或者是镀锌钢, 锌会优先氧化钢,从而防止下层钢氧化. 在这个场景中, 锌是钢的阳极(更容易氧化),因此保护钢不氧化. 因此, 钢因阴极缓蚀而不受腐蚀, 还有富锌底漆提供的屏障.

标准电动势系列表
图3

2. 色素的考虑

体系的聚氯乙烯(颜料体积浓度)定义为体系中固体颗粒在成膜后的体积百分比, 当所有挥发性成分如溶剂和水蒸发时. 底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响最初的涂层附着力, 还有它在服役期间的寿命. 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C聚氯乙烯,以最大化面漆附着力(更粗糙的底漆表面和更高的自由能)以及许多其他涂层性能(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重要的考虑因素,不仅控制着机械性能, 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), 耐腐蚀底漆的配方是不同的聚氯乙烯和含有多种惰性颜料.

在颜料分散过程中,使用极性较强的颜料可使其更易润湿, 但可能会降低长期粘附性,因为它们更容易在涂层-基材界面处发生水分迁移和脱粘. 片状颜料和水溶性成分极低或无水溶性成分的颜料也能提高寿命.

颜料粒径, 形状和结构可以影响水分和氧气的渗透性,并最终影响耐腐蚀性. 带有血小板状颗粒的颜料可以降低渗透性, 特别是当它们与涂层表面平行排列时. 云母,云母 铁的氧化物 而且 metal薄片 有一些这样的颜料的例子吗. 这些淡黄色的颜料提供了一个更加痛苦的路径水, 可溶盐和氧气到达metal表面. 其他有助于抗腐蚀的颜料包括平板铝硅酸盐和 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和增强耐蚀性. C防腐蚀颜料 影响腐蚀速率的两个主要机制,阴极和阳极缓蚀. 阴极抑制 通过阻碍阴极的电子流动来抑制腐蚀,而 阳极抑制 通过阻碍阳极的电子流动来抑制腐蚀.

在选择一种缓蚀颜料时,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试验方法. 缓蚀剂或钝化颜料促进阳极区域上屏障层的形成, 从而钝化表面. 为了有效,这些颜料有最小的溶解度. 如果溶解度太高, 颜料会很快从涂层中滤出, 缩短颜料用于抑制腐蚀的时间. 如果涂层较开(e.g., 风干乳胶), 渗透水较高, 从而使缓蚀颜料消耗得更快. 为了正常工作,涂层必须允许一些水的扩散来溶解色素. 因此,当色素溶解时,在潮湿的条件下可能会形成水疱. 众所周知,高Tg(玻璃化转变温度)和高交联密度的粘合剂可以提高抗水疱性.

绝大多数的缓蚀颜料都是由metal离子(阳离子)组合而成的 引领 or  而阴离子,比如从  (磷酸和聚磷酸), 铬酸 而且 硼酸. 虽然铬酸盐和铅, 含有钝化颜料的, 是否能有效抑制腐蚀, 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值的色素可能对酸催化体系的固化产生有害影响. 相反,低pH值的色素可能会对水性系统的稳定性产生不利影响.

4. 服务环境、考虑因素和新创新

根据测试方法和暴露条件的不同,涂层的相对耐蚀性可能会有很大的变化. 常用的测试方法包括盐雾(95%湿度/5%盐,始终潮湿), 酸性盐雾, 耐磨循环腐蚀(干、湿循环用0.04%硫酸铵和0.05%盐),电化学阻抗谱和盐浸泡. 大多数专家一致认为,加速测试并不总是能很好地反映涂层metal在现实世界中的表现.

另外需要考虑的是metal类型(例如.g.(钢,铝,镀锌),表面的预处理和清洁度. 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,并导致过早失效.

此外, 涂料的类型,其中的颜料将使用影响适当的缓蚀剂颜料的选择. 需要考虑的因素包括涂层是否是溶剂型的, 水传播的, 粉, 风干或烘烤, 而如果薄膜会交联或热塑性.

对基体腐蚀有深远影响的其他配方因素包括涂层的疏水性程度. 可通过使用特殊设计/结构颜料的表面改性剂以及添加疏水添加剂来提高表面和体积的疏水性,疏水添加剂可减少涂层的水分渗透,从而降低腐蚀速率.

接触角描述
图5

根据十大彩票平台的经验,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)后也能提供良好的附着力.

双组分聚氨酯的照片
图6

双组分聚酯聚氨酯具有155度接触角和优良的体积疏水性,在十大靠谱彩票平台实验室配制, 有限责任公司

防腐颜料供应商的样本包括:

用抗菌涂料保持无虫状态第二部分

上一篇文章的标题是 用抗菌涂料保持无虫 描述了 抗菌 (AM)涂料 我代理. 这篇文章将以涂料添加剂和技术方法的形式提供AM涂料技术的最新进展,这些技术可以杀死微生物或减少它们在涂层表面的生长.

根据Gr而且 View Research的报告, 年复合增长率(CAGR)预计为13.2021 - 2028年1%,全球市场规模为8.2020年10亿美元. 主要市场范围包括:

  • 医疗
  • 供暖、空调和通风(HVAC)
  • 食品加工和卫生设施
  • 修复霉菌

抗菌材料可以杀死或对抗细菌的生长, 病毒, 涂层表面有真菌和藻类. 微生物的控制可以通过使用防止微生物繁殖或生长的抗菌技术来实现, 为医院和食品工业提供卫生表面,并保持漆膜的完整性.

本文将重点介绍抗微生物材料和设计AM漆膜的方法. AM剂在涂料中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剂随时间在漆膜中释放

涂料中使用的大多数杀菌剂都是迁移性的,因为它们在接触到水分时,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, 涂料的表面结构及其暴露的环境. AM剂的选择取决于AM涂料体系中所需的功能. 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相容性.

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剂在涂料中的作用是什么?

  • metal和metal化合物及metal纳米颗粒

metal的使用如  (和许多 铜合金 ), 锌 在各种形式的涂料中都可以作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中产生过氧化氢或过量的铜也可以与蛋白质结合,导致蛋白质分解成非功能部分. 吡硫锌/2-丙基丁基氨基甲酸酯既作为防腐剂,又作为杀菌剂. 美国环境保护署负责监管抗菌剂和材料的使用,并确定铜合金杀死的细菌超过99种.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面得到许可.S. 对人类健康进行宣传. 相应的, EPA已授予355种不同铜合金成分的抗菌注册地位. metal纳米粒子, 包括PVP和多糖包覆银纳米颗粒, mes涂层的银和金, 作为抗病毒药物的前景如何. 铜纳米粒子 证明了对大肠杆菌、真菌和细菌的抗菌活性.

  • 季铵盐化合物

一些例子包括二甲基甲氧基(3-三甲氧基硅基丙基) 氯化铵烷基二甲基苄基氯化铵和二癸基二甲氯化铵. 有些硅烷形成a 针状的表面 结构是由3-(三羟硅基)丙基二甲基氯化铵与表面结合,当微生物接触表面尖刺时,通过破坏其外膜来摧毁微生物.

  • 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, 独特的理化特性,如粒径, CBMs的形貌和表面结构特性提供了纳米knonives, 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性聚合物组成的三维网络,它们对环境刺激的变化(如pH值和温度)有反应,从而导致微生物的破坏.

  • 阳离子聚合物                        

阳离子聚合物 被定义为带有电正电荷的聚合物或AM骨架. 它们在AM涂料中有使用效果,并且是独特的,因为它们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在不释放AM化学物质的情况下有效. 这类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

有三类 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. 由于许多超疏水涂层具有较低的水滚离角(ROA), 该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与提供低表面张力的成分相结合. 这种表面结构在降低微生物粘附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其效率和寿命最大化的技术组合. 这可能包括AM代理的合并 自洁涂料,加上 缓释AM纳米材料 它们被高表面积的粒子吸收. 智能AM材料 它们对环境刺激有反应,如pH值和/或温度的波动,以及具有可以破坏责任细胞膜的表面结构.

卷材涂装的卓越技术

的 卷材涂料 工艺(见图1)提供了一种方法,可以快速地将各种涂料均匀地涂在一起, 控制, 连续和高质量的时尚线速度变化从100到700英尺每分钟,涂料固化在15-45秒,以达到390至480°F的峰值metal温度取决于涂料和metal厚度. 在线圈涂覆过程中, 首先解开metal线圈, 清洗和预处理, 一层或多层油漆被涂在一个连续的平板上, 热固化, 冷却并重新缠绕运输. 在制造者那里,它被切割成所需的大小,形成最终的形状.

因为metal首先被涂上颜料,然后形成一个零件, 卷材涂料常被称为预涂涂料. 预涂是指在制造前对metal进行涂漆的过程,而不是对成型的物品进行涂漆.  涂覆的产品不仅要能快速固化, 它还必须是灵活的和抵抗压力斑驳,因为涂层线圈可以重达数吨.

初级线圈涂层metal衬底包括:

    • 冷轧和热轧钢
    • 镀锌钢(镀锌钢-热浸和电镀锌)
    • Galfan(~95%锌和5%铝镀层钢)
    • 铝锌合金镀层(43.5%的锌,55%的铝.5%涂硅钢

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%的效率. 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, 更典型的喷涂涂料的拐角和弯处.

卷涂的好处:

  • 始终如一的质量
  • 高速
  • 几乎100%的效率,因此更低的成本
  • 高质量的
  • 较低的环境影响
  • metal种类繁多
  • 可供选择的涂料种类繁多
  • 灵活性
图一-典型的卷涂线
图一-典型的卷涂线

面涂采用反辊涂覆,其中涂覆辊沿带材的相反方向移动,从而提供更光滑的薄膜,缺陷更少. 引物 底材通常采用直接辊涂的方式. 有些生产线还使用挤出机或通过带软化点的固体块涂线圈涂料,以便在加热时能顺利涂上.

卷材涂料物理类型包括溶剂型、水性、粉末状和实心块状涂料.

示意图1 -在典型的外部表面涂上一层涂料

原理图I -线圈涂层衬底

表I -线圈涂层选项简介

线圈涂层选项简介

卷材涂料的全球市场规模在3美元左右.50亿美元 聚酯涂料 占总数的60%以上. 卷材工业中采用的涂料固化类型包括热固化, 红外, 感应紫外线固化. 总的来说,绝大多数线圈涂料是使用燃气烤炉固化的. 因此,本文的其余部分将重点讨论热固化卷材涂料.

线圈底漆和衬底通常比喷塑液体或衬底薄得多 粉末涂料 或电泳涂料. 涂上的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.

制定卷材涂料时的特别考虑包括树脂技术的调整, 交联, 溶剂系统, 催化剂表面修饰符 而且 润滑剂 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, 线圈涂料可以提供良好的处理, 物理, 化学和环境性质. 表二详细介绍了用于聚酯卷涂料的典型材料.

表II -用于典型聚酯卷面漆的原料(树脂固体)(1.2:1.颜料:粘结剂,杜邦R960二氧化钛)

卷材涂料原料

总之, 线圈涂层技术比传统应用技术发展得更快,由于包括节约成本在内的各种好处,预计每年的增长率将超过5%, 多功能性, 环境, 性能和质量问题.

辐射固化涂料-快速固化技术的极致

辐射固化涂料提供了高速光固化过程,与传统的固化过程相比具有许多优点. 多重优势包括 高速, 较低的能源需求, 少或不含voc, 生产空间减少, 减少污垢收集, 高质量的表面处理, 快速处理以及一些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 油漆饰面自20世纪60年代就已经存在,是基于聚合反应,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), 这篇文章将主要关注由自由基引发的聚合 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I - UV/EB固化中使用的不饱和类型

的光 主要考虑光引发剂吸收曲线的两种不同特性. 第一个, PI和秒吸收的光的最大波长(λ Max)是多少, 吸收强度(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到450 nm比固化透明配方. 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I)。. 波长较长的光对于提高较厚涂层的固化效果也是必不可少的. 除了透明涂料外,新的PI还使着色涂料的配方成为可能. 一般固化时应注意颜色的影响, 聚氯乙烯, 颜料粒度和膜厚如图所示. 2:

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

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 在照射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种具有反应性,从而引发聚合. 1-羟基环己基苯基酮是一种应用广泛的I型PI. II型光引发剂 在照射下形成激发态并从供体分子(增效剂)中提取原子或电子. 供体分子反过来启动聚合. 广泛使用的II型光引发剂的一个例子是 苯甲酮. 三级  通常用作增效剂,因为它们与二苯甲酮反应, 还可以延缓氧对聚合的抑制作用. 丙烯酸叔胺 当涉及气味和可提取物时,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.

决定UV固化配方性能的其他关键成分包括UV固化单体和低聚物. 图3说明了典型的 单体 与性能特性一起使用.

单体。辐射固化涂料

表二世. 一般性能vs单体

相对于单体辐射固化涂料的一般性能
图3. 典型单体及其性能特征

有一些紫外线可以固化 低聚物 根据所需要的性能类型,也可提供类型,请参阅图. 4中列出了一些常见的低聚物类型,并概述了其性能特征.

电子束固化涂料可用于丙烯酸酯功能涂料的固化. 由于所使用的能量比UV固化要高得多(150 - 300 keV), 光引发剂不是必需的. EB固化比UV固化的其他优点是颜料不会对固化产生不利影响. 所用的载具系统基本上与用于UV固化(丙烯酸酯)和用于UV阳离子固化的载具相同. 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一个自由基阳离子和一个二次电子,激发态CR*可均裂形成自由基并引发聚合.

辐射固化涂料
低聚物类型。辐射固化涂料
图4 - UV固化齐聚物类型/特性

除了100%固体液体紫外线涂料,其他类型的紫外线包括水性紫外线和粉末紫外线. 水性紫外线固化剂 与传统UV固化相比,不需要活性稀释剂来控制粘度,有什么优点. 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 并为喷雾应用粘度, 通过加水而不是加入低粘度反应性单体来调节固体. 除了, 因为需要治疗的双键比较少, 收缩率较低,因此可以提高附着力. 主要的缺点是,在UV固化之前,水需要通过大约80°C的烤箱除去. 在粉末UV固化涂料中,部分是静电喷涂的. 建议使用自动枪,而不是手动使用,以确保均匀, 采用一致的薄膜厚度. 接下来,应用的涂层在对流,红外或烤箱中烘烤,使粉末融化和流动. 对于传统的粉末涂层来说,这一步需要更低的温度和更短的时间(175-280°F几秒钟,而不是320-390°F 5- 20分钟). 一旦粉末融化流动, 零件进入紫外线固化室,固化涂层只需几秒钟而不是几分钟, 与传统热粉一样.

阳离子UV固化涂料具有以下优点:

  • 低收缩
  • 优异的附着力
  • 不受氧的抑制
  • 黑暗治疗允许高水平的转换
  • 改进的物理性能

阳离子固化涂料的典型光引发剂通常是强酸的离子盐,如 碘鎓 而且 锍盐 六氟锑和六氟磷酸. 一旦暴露在200 - 360nm的适当辐照范围内,强Bronsted酸被激活,它作为催化剂在反应物上的氧烷官能团均聚. 通常使用环脂肪族环氧化合物,因为它们比芳香族环氧化合物反应更快

反应性增加-辐射固化涂层

四氟苯硼酸盐阴离子在上述基团中反应最快(亲核性最低). 添加光敏剂等 thioxanthones苯甲酮 蒽能将光谱响应增强到中可见能范围,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双酚a的芳香环氧树脂反应更快. 络合阳离子的盐 也可以用作自由基-阳离子杂化聚合的光引发剂. 复合自由基-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. 在激活阳离子光引发剂后,聚合反应是热驱动的. 这就产生了很高的转化率,特别是在存在热冲击的情况下.

任何关于UV-LED固化涂料的讨论都是一种疏忽,除非至少对UV-LED灯泡以及每种类型的特性有一个简短的概述. 如表三所示.

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

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, 哪里没有阳光照耀, 这种涂层不会固化. 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,如产生的热量低. 这是固化热敏性基材的理想选择. 除了, LED提供无臭氧环境, 能源效率, 超长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, 线性的或分枝的,必须交联才能形成有用的薄膜. 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, 然而TSA提供了更好的抗水解和耐风化的涂层. 在聚酯的骨架中酯键的存在使它们更容易水解, 正确选择对酯基连接提供空间位阻的主链单体(例如 核计划组 提高耐水解性和耐候性.

过剩反应物配方。聚酯树脂的基本原理

本文只考虑饱和聚酯,有时称为无油聚酯. 聚酯涂料是建筑的很大一部分, 汽车和航空航天市场,因为它们可以被设计为提供优秀的性能,包括机械, 影响, UV, 和耐化学药品用于水性, 高固体低VOC和粉末涂料. Linear聚酯 占很大一部分的树脂用于线圈涂层的应用. 当用三聚氰胺或封闭的异氰酸酯固化时,可提供极好的灵活性, 耐化学性和光稳定性. 聚酯的形成是通过 不断的聚合 由至少有两个羟基的醇和至少有两个羧基的羧酸组成的. 大多数聚酯含有二元醇的混合物, 三醇和二元酸与过量的多元醇形成端羟基聚酯,用于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, 聚酯是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 当一个醇基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, 酸酐和醇的反应,最后是内酯的开环聚合. 当二醇(DD)与二酸酐(CC)反应在相等的摩尔量时 分子量 逐步建立,更容易控制. 过量的反应物会有该反应物的末端基团. 例如:

一般的分子末端会有羟基. 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, 数量平均分子量增加,必须控制反应以避免凝胶化. 广泛的聚酯用于商业用途,传统聚酯固化 三聚氰胺 or 异氰酸酯 预聚体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:

普通羟基功能单体的配方。聚酯树脂的基本原理

图3 -常见的二酸单体:

普通二酸单体的配方。聚酯树脂的基本原理

表I多元醇对聚合物性能的影响:

聚合物的作用表。聚酯树脂的基本原理
酸的作用表。聚酯树脂的基本原理

表II -酸性功能单体对聚合物配比的影响:

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,癸二酸,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)

通过适当选择混合单体,再选择聚合物结构,以满足膜的性能特性,可以实现所需的性能.

聚合物设计注意事项图。聚酯树脂的基本原理

最后, 聚酯的结构可以用一个或多个反应基团进行修饰,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, 请浏览 www.ulprospector.com.

资源:

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

用抗菌涂料保持无虫

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, 人们对抗菌材料的认识和使用正在增加,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.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涂料添加剂的作用是杀死微生物或阻止其生长. 涂料中的抗菌添加剂可作为涂料防腐剂或在固化膜中作为抗菌剂. 根据抗菌添加剂的选择,这些材料可以杀死或对抗细菌的生长, 病毒, 涂层表面有真菌和藻类. 微生物的控制可以通过使用防止微生物繁殖或生长的抗菌技术来实现, 为医院和食品工业提供卫生表面,并保护漆膜的完整性.

本文将重点讨论抗菌添加剂和在固化膜中提供抗菌功能的方法. AM剂在涂料中用于杀灭或防止下列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性的,因为它们在接触到水分时,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虫

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, 涂料的表面结构及其暴露的环境.

metal的使用如  (和许多 铜合金 ), 锌 在各种形式的涂料中都可作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中产生过氧化氢, 过量的铜还会与蛋白质结合,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作为防腐剂,又作为杀菌剂. 美国环境保护署负责监管抗菌剂和材料的使用,并确定铜合金杀死的细菌超过99种.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面得到许可.S. 对人类健康进行宣传. 相应的, EPA已授予355种不同铜合金成分的抗菌注册地位.

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,还提供抗菌性能. 一些例子包括二甲基甲氧基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵烷基二甲基苄基氯化铵和二癸基二甲氯化铵.

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 在紫外线照射下有光催化活性吗. 它的自清洁性能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 那些接触角通常在150度或更大的范围内吗. 表面结构的特点是针状微结构与提供低表面张力的组件相结合. 这种表面结构也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,科学与技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • 探勘者
  • PCI杂志
  • C & 在新闻
  • 先进材料科学与技术“,
  • 维基百科
  • 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. 智能涂料为传统的保护和装饰性能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,全球智能涂料市场的年复合增长率将达到29.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属性:

  • 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获得, 颜料和/或聚合物.

Icephobic涂料 要么在附着力差的表面上抵抗冰的形成,要么促进表面上已形成的冰的释放. 防冰涂料在飞机工业、风力涡轮机和电力线路中都有应用. 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, 更常见的叫法是釉冰, 它形成了一层连续的液态水,在表面结冰. 耀眼的冰在电线和飞机上尤其危险.

一种防冰涂层可以被配制成既适用于雾凇冰也适用于眩光冰,但不能同时适用于两者. 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. 超疏水涂层的低表面极性和表面结构使其表面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信息

一些研究表明,与结构相似但性质更玻璃化的涂料相比,弹性聚氨酯涂料提供更少的冰附着力. 理论是,聚氨酯弹性体涂层的表面诱导固体冰与表面有悬浮链的轻交联聚氨酯或硅酮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程度.

自我修复涂料

所有的涂层在使用寿命中都容易划伤和磨损. 划伤和磨损不仅对外观有不利影响, 但进一步减少有效寿命的情况下,涂层是应用在可氧化metal表面.

安星弼,等.Al研究了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦涂层被刮伤, 含有催化液体聚合材料的微胶囊或纳米胶囊.g. 干燥油,二环戊二烯)被释放到划痕处. 图2展示了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦胶囊破裂, 聚合发生在填充空隙和功能减少水分进入,从而提高耐腐蚀性和涂层的外观. 以分布在环氧基体中的热塑性聚(e-己内酯)为基础的纤维是自修复技术的一个例子,当暴露在热中时可恢复薄膜的完整性.

图2-基于胶囊或纤维的自愈涂层

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, 这些涂料具有多种用途. 例如,一些水性室内油漆含有一种染料,由于暴露在室内光线下或在干燥过程中pH值的变化,这种染料会改变颜色. 干燥后,颜色的变化,例如从粉红色或紫色,有助于表示 足够的覆盖率 在同样颜色的内毛上.

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基的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发展领域是使用经过改性的涂料,以抵抗病毒或细菌在表面的寄生. 大多数表面含有少量的营养物质,如糖, 有助于微生物生长和繁殖的油或磷.


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抗菌涂料

抗菌涂料有多种用途,包括医院, 厨房, 公共浴室, 交通(出租车, 超级汽车, 在扶手和门把手上. 已经成功使用的添加剂包括在各种粘合剂中含有银的材料,或吸收到多孔表面以实现缓释和提高使用寿命. 季铵盐也具有抗菌活性, 季铵盐对病毒和真菌有较好的抑制作用. 铜也提供一些抗菌活性以及有机抗菌物质,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
太阳能反射反射红外能量,浅色和深色使用掺杂混合metal氧化物阳光提供更凉爽的表面,节省空调成本
压电颜料在受到压力时产生电流(pb - zr -钛酸盐)振动当受到机械应力时产生电压
压磁多晶材料在受到应力时产生磁场振动在受到机械应力时产生磁场
热变色变色响应温度液晶和亮色染料温度表示在指定范围内的温度变化
电致变色的聚合物电解质,当暴露在电流中会改变颜色电流颜色变化,美观,指示
疏水/亲水表面修饰加上调节表面张力水分调节水的接触角度以击退(疏水)或吸引水分(亲水)

有关增强疏水性的材料选择的其他信息, 请浏览 www.ulprospector.com (EU).

  • 有机涂料,科学与技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • PCI杂志
  • 科学指引
  • 形状记忆辅助自愈合涂层,2013,材料科学
  • 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, 基于微胶囊的体外自愈系统与基于核壳血管网络的体外自愈系统研究进展, 化学工程学报, 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指南

几乎所有美学和功能应用的漆膜首先必须提供与所需基板的附着力. 相应的, 在制定为预期应用提供可接受附着力的涂料时,必须考虑多方面的考虑. 关键考虑因素以及它们如何影响附着力包括:

  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. 附着力评价

1. 表面润湿 -双方的关系 表面润湿 而附着力是设计涂层时要考虑的首要因素,以优化附着力. 如果处于液体状态的涂层没有自发地扩散到基板表面, 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)低于被涂固体的表面自由能,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一滴液体被应用到表面的湿.

图1 -不同程度的衬底润湿图像

基材润湿程度的图像-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(低水位体系域)的成本比 固体表面张力(风场),那么固体就会发生润湿. 差异越大, 液体湿润和扩散到固体表面的机会就越大. 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, 提高水性涂料的润湿性, 通常使用有机共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指南

2. 机械粘附和内应力 涂层所要涂的基材的外形也会影响附着力. 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,涂层与基板互锁. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层很难润湿并穿透表面缝隙. 下面的图2中列出了这一点.

图2涂层与基板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比草图A提供更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基板互锁. C表面有不易被涂层穿透的口袋和气孔, 导致气孔,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metal),从而长期附着力差,最终膜失效.

总之, 从机械粘附的角度来看, 低表面张力和低粘度的液体涂层有助于更好地润湿和微观渗透(毛细作用). 附着力也会受到 强调 这是由于涂层干燥或固化时的收缩造成的. 随着时间的推移,环境影响,比如暴露在潮湿环境中, 光, 热, 污染物和热循环也会最终降低附着力.

3. 表面化学和结合强度  此外还有基材的表面张力和表面轮廓, 可用的基片官能团可为涂层组分的共价键和氢键提供位点,以进一步增强与基片的粘结强度.

表2 -粘接力

胶粘剂粘接力表-提供完美涂层附着力指南

如表2所示,与表面的最高结合强度由 共价键, 例如,所述双官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 表面有一层薄薄的油,以减缓氧化速率. 油还降低了表面能量,因此更难以润湿. 因为这个原因, metal表面,例如钢, 镀锌钢和铝-通常在涂装前清洗去油,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表面到聚合物上的反应位点.

图3氢键到经锌预处理的metal表面的例子.磷酸

氢键公式-提供完美涂层附着力指南

活性组 在聚合物背骨或通过添加二或多功能附着力促进剂含有环氧树脂, 氨基或硅烷官能偶联基团可进一步与适当的预处理反应 metal 表面形成共价键,在metal和涂层之间提供附加的粘合强度.

为 玻璃或二氧化硅 丰富的表面, 偶联剂如氨基硅烷也可用于增强附着力,通过与含有环氧基团的树脂主链反应,偶联剂的烷氧基功能硅烷部分与 硅 表面形成硅氧烷.

塑料 是否较难润湿,因为它们的表面自由能较低,可能会因脱模剂的存在而进一步降低. 通过紫外线照射可提高聚烯烃的表面自由能,从而提高聚烯烃的附着力, 一旦使用光敏剂, 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和氢键位点. 提高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,并使涂层在塑料-涂层界面混合.

4. 色素沉着 底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响涂层基材的附着力, 还要看它能在表面粘多久. 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C聚氯乙烯,以最大化面漆附着力(更粗糙的底漆表面和更高的自由能)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

在颜料分散过程中,使用极性较强的颜料可使其更易润湿, 但可能会降低长期粘附性,因为它们更容易在涂层-基材界面发生水分迁移和脱粘. 平板状颜料和水溶性成分非常低或没有水溶性成分的颜料也能延长寿命.

方法A和B -提供完美涂层附着力指南

5. 附着力评价 有多种方法可以确定和量化有机涂层与基板的附着力. 两种最常用的测定粘着力的方法包括 ASTM D3359(交叉胶粘带)和 拉脱附着力). ASTM D3359描述了两种方法来确定交叉口胶带的粘附性:方法A是一个简单的X, 其中方法B是一个格子图案. Method A is used in the field 而且 for films > 5 mils, 而B方法则用于实验室测定. 评分如下:

分类是按交叉舱口的区域被专门的粘合胶带去除,包括:

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

拉脱附着力利用一种装置来测量粘在涂层表面的小车的拉力强度. 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量, 还有失效类型(粘性或粘性), 如何以及在哪一层涂层失效(面漆到底漆?, 底漆到衬底等.).

PosiTest AT-A -提供完美涂层附着力指南
PosiTest AT-A自动附着力测试仪(来源:DeFelsko)

来源:

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