水性硅酸盐涂料:最环保的涂料

硅酸盐涂层是碱金属硅酸盐 它们是由沙子和碱等自然物质制成的. 碱金属硅酸盐 是由二氧化硅(SiO2)和由锂、钠或钾组成的碳酸盐,以产生硅酸盐(SiO)2/Na2O). 根据配方的不同,这些卓越的涂料可以有多种好处,包括:

  • 没有石油的基础
  • 出色的耐久性
  • 抗紫外线
  • 耐酸雨
  • 硬度高
  • 特殊的耐磨性
  • 杰出的硬度
  • 不易燃的
  • 粘附于多种基质
  • 高湿度和透气性(可能是一个优点或缺点)
  • 化学上与矿物表面结合
  • 耐热性(大多数硅酸盐基涂料的软化点为~ 1200f)
  • 金属耐热漆(硅酸盐与铜混合), 镍, 铬或不锈钢粉末)
  • 良好的化学和物理性能
  • 零VOC

研究涂层材料

你知道勘探者公司给你提供了数千种油漆和涂料材料的技术数据吗, 以及要求样品和联系全球供应商的机会?

现在创建你的免费帐户!


硅酸盐基涂料的类型

硅酸盐基涂料的类型包括 硅酸盐,silicate-organic乳液 最后 sol-silicate.

硅酸盐基涂料的化学结构. 在勘探者知识中心了解更多.

可溶性硅酸盐 包括元素周期表中1A组的元素(Li, Na和K). 由于硅酸盐是以碱金属氧化物和二氧化硅为基础的,所以它们的溶液是碱性的. 随着硅与碱金属摩尔质量比的增大,硅与碱金属的摩尔质量比增大 pH 降低:

硅与碱摩尔重量比图. 了解更多水性硅酸盐涂料在勘探者知识中心.

相应的, 当碱金属硅酸盐与有机乳剂混合时, 对于大多数有机基乳剂来说,使用更高比例的硅和碱金属来获得最佳的稳定性和可操作的pH值为8 - 10是很重要的.

粘度 硅酸钠溶液的浓度、密度和钠与硅的比例是一个函数. 更高或更低的比率增加粘度,最小粘度达到2.0重量比.

从结构的角度来看, 水性硅酸盐是一种具有多种分子结构的玻璃,其中阴离子是单体, 二聚体, 三聚, 支链, 和环结构, 以及其他三维网络. 碱金属的阳离子(锂+, Na+ 和K+)与阴离子(Si - O -)结合,形成复杂的碱硅酸盐.

硅酸盐化学结构图-在勘探者知识中心了解水性硅酸盐涂层.

碱硅酸盐溶液中有两种平衡,其中包括 酸碱平衡:

硅酸盐酸碱平衡的化学分子式. 在勘探者知识中心了解水性硅酸盐涂料.

以及 冷凝polymerization-depolymerization平衡:

硅酸盐缩聚解聚平衡的化学公式-在探勘者知识中心了解水性硅酸盐涂料.

不可逆反应也发生在像Ca这样的多价阳离子上++ 也可能包括Mg++Fe或Mn.

碱金属氧化物与二氧化硅的比例对涂层性能有显著影响,如下表所示:

较高的比率(高SiO2 低纳科3, e.g. 3.75比1)给予:较低的比率(低SiO2 高纳科3, e.g. 2比1)给予:
低粘度更高的比重
干燥速度快更大的溶解度
固化速度快高pH值
增加了对低温的敏感性更容易受到水的影响
涂层耐化学性高更高的粘性和约束力

市售硅酸盐的产量通常为1.5或更高. 涂料的基础上 硅酸钠 可以使用和需要催化剂吗 环境治,但容易受到 粉化. 水玻璃溶液可与溶解的钙离子、铝离子等多价离子发生反应或固化+++ 和mg++形成不溶性硅酸盐.

  • 钾硅酸盐 是否自固化,但反应缓慢.
  • 锂硅酸盐 具有较低的水溶性,用于减少水溶性副产物和 粉化.
    • 开花呈白色, 粉状沉积物材料(石头)表面上的粉状沉积物, 混凝土, 砖和灰浆)是由富含矿物质的水通过毛细作用渗透到地表而形成的. 风化通常由石膏、盐或方解石组成.

矿物质碳酸钙(e.g. 方解石)与可溶硅酸盐反应性低, 而沉淀的碳酸钙具有很高的反应活性. 硅酸钠的粘度非常高,然而 胶体二氧化硅 (stabilized silica particles less than < 100nm in size) have viscosities closer to that of water. pH has a major impact on the viscosity of 胶体二氧化硅 and form gels at a pH < 7 and a Sol when a pH is >7. 液态的硅酸钠和硅酸钾也可以与各种酸性或重金属化合物反应生成固体, 不溶的键或膜.

用酸性材料中和碱硅酸盐.g.(如硫酸铝)使二氧化硅聚合并形成凝胶. 这在发生胶凝作用的表面上产生键或膜. 可用于这种方式的化学凝结剂包括:矿物质和有机酸, 二氧化碳(CO2)气体, 和酸盐,如碳酸氢钠和磷酸一钠.

Silicate-emulsion油漆 由低水平的有机聚合乳液(~5%)与碱硅酸盐组成. 在硅化反应完成之前,乳液有助于增强耐水性, 这可能需要几个星期. 高浓度的有机乳剂一般是不相容的.

硅酸盐乳胶漆的典型成分包括:

  • 有机添加剂,比如兼容的表面活性剂
  • 少量合适的聚结溶剂
  • 增稠剂(e.g. 羟乙基纤维素(HEC),稳定剂和改性剂
  • 在较高pH值下稳定的乳剂,包括:
    • 聚合物的水溶液分散剂,如:
      • 丁苯
      • 聚苯乙烯
      • 氯丁橡胶
      • 聚氯乙烯
      • 聚醋酸乙烯酯
      • 丙烯腈共聚物
      • 丙烯酸聚合物和共聚物
    • 无机粘结剂,如硅酸钾和填料颜料
    • 无机耐碱颜料

由于硅酸盐涂料一般不灵活, 它们可以通过加入1 - 5%的甘油或其他多元醇的重量而变得柔韧. 山梨醇含量高达30%, 如果硅酸盐溶液被稀释,以避免过度增稠.

橡胶格也可用作增塑剂. 掺入细粉粘土和类似的填料可在一定程度上改善弹性. 硅酸盐乳胶漆也可以配制成用于铝的涂料, 镀锌钢, 钢, 石头, 砖, 混凝土, 以及之前使用乳胶漆的表面.

Sol-silicate油漆 是硅溶胶和硅酸钾的结合吗. 有机粘结剂以10%或更低的百分比加入. 而不是其他硅酸盐涂料, 溶胶-硅酸盐涂料通过物理和化学结合结合到非矿物基板. 二氧化硅溶胶是溶解二氧化硅的稀溶液,pH值为酸性.

来源和进一步阅读:

显著提高转移效率

最初发表在 欧洲涂料学报11 - 2018

在非导电基片和复杂几何形状上进行静电喷涂的增强型技术. 通过自我Fozdar, 罗纳德·Lewarchik, 腾讯五分彩官网有限责任公司, 美国, 和Vijay Mannari, 东密歇根大学, 美国.

轻型汽车是塑料和聚合物复合材料的重要市场, 一个在过去五十年里显著增长的国家. 在其他原因, 这是因为它比金属的同类产品便宜, 能够塑造复杂的几何图形, 减少体重, 由于减轻了重量,燃油经济性也有所提高. 各种塑料和复合材料用于汽车内饰, 外壳, 电气系统, 动力总成和发动机组件. 其复杂的几何形状和基材的非导电性意味着涂层不能使用静电喷涂, 传统的喷涂方法有哪些限制. 传统的液体涂层喷涂方法会导致传输效率的显著损失(根据基材的几何形状,大约损失40- 60%)。, 所以这里有一个明显的市场机会.

粉末涂料被认为是最适合和环保的塑料涂料,因为, 例如:

  • 无有害挥发性有机化合物(VOCs)
  • 更高的一次传递效率(高达90- 95%),
  • 可重复使用/回收.
  • 优异的涂膜性能(坚韧、耐用、坚硬、耐划伤)
  • 降低工艺时间和能量要求.
  • 一步法加工制程.
  • 然而,粉末涂料塑料和复合材料也带来了一些挑战,如:
  • 使用静电喷涂在非对称材料上喷涂粉末涂料

导电塑料和复合材料.
ą将粉末涂料粘附在表面能低的塑料上.
ą选择合适的在低温下固化的粉末化学

由于塑料和复合材料的热变形温度低.

腾讯五分彩官网已经开发了一种方法来克服这些挑战.
CAPs的使用消除了预热和等离子体处理的需要 和化学蚀刻塑料基板同时改善了这两种薄膜 外观及使用效率.

结果概览

  • 一种适用于连续/输送生产线的新型导电粘附促进剂(CAP)技术, 干的很快.
  • UV固化和低温固化(LTC)粉末和液体涂层现在可以均匀地应用在塑料复合材料的凹面/法拉第笼区域.
  • 在无孔衬底上,薄膜厚度较低时,CAPs工作效率更高.
  • CAPs可以显著提高液体或粉末涂层应用于复杂几何形状的塑料复合材料的转移效率.
图1:导电材料的表面电阻率分类.

表面电阻率是关键

图1 根据表面电阻率对导电材料进行分类. 用于粉末涂料在塑料基体上的成功应用, 衬底的表面电阻率必须小于108欧姆/方(来自腾讯五分彩官网之前发表在 欧洲涂料日报》 20171). 这将其置于导电、静态耗散范围内 图1. (腾讯五分彩官网将成功的应用程序定义为统一的外观, 粉末颗粒在基片上以及在应用时没有直接视线的凹处形成薄膜和沉积.)

表面电阻率分类的量化:

Anti-static
衰减速率(秒衰减),在12%的相对湿度下,5000到50伏
标准:MIL PRF 8705d, NFPA 56A

静态耗散(ESD)
表面电阻率(欧姆/平方)
表面电阻(欧姆)
标准:ASTM D257, ESD STM11.11日,IEC 60079 - 0

导电
体积电阻率(Ohm-cm)
表面电阻率(欧姆/平方)
标准:ASTM D257

EMI / RFI屏蔽
屏蔽效能(衰减分贝)
标准:ASTM D4935

图2: (Left) Uncoated polycarbonate/ABS composite; (Right) polycarbonate/ABS coated with UV curable powder 涂层.

腾讯五分彩官网评估了不同类型的导电剂,如四分之一 三元铵化合物(QAS),炭黑,石墨烯和也 导电纳米粒子. 确定最合适的电导率 在此基础上,腾讯五分彩官网进行了配方试验设计,并涂布了各种涂料 多孔和非多孔、非导电的基材不同 不同载荷下的导电剂. 它们的表面电阻率为 给出了 表1 & 图5 & 6. 这些结果显示很少或没有 差异,因为在所有基质上的变化都非常小.

使用QAS除了具有导电性外,还有几个缺点 是的,因为它们依赖于湿度、工艺和温度. 它们的迁移性质并不能保证足够的灵活性或适应性 面漆到基板的锡. 对于导电炭黑,效果显著 高负载要求得到足够低的表面电阻率,以便 粉末涂层形成一层均匀的薄膜,它们会使我的皮肤变坏 薄膜的力学性能.

表1 还表明,如果腾讯五分彩官网加载导电剂超过某一点,那么表面电阻率的下降不一定是实质性的或线性的. 腾讯五分彩官网需要找到多孔衬底(如MDF)和非多孔衬底(如MDF)的最佳用量.g. 聚碳酸酯、PC/ABS、玻璃、木塑复合材料,多孔性较差).

Figure 3: (Left) Uncoated 木-plastic composite (WPC); (Right) 木-plastic composite coated with UV curable powder 涂层.
图4:木塑复合材料粉末涂层在Positest拉拔粘接试验后的粘结破坏.
图5:地表电阻率对数(欧姆/平方)Vs. 导电性剂在总配方固体中的比重.

塑料粘接涂料

涂料和油墨行业面临着液体和粉末涂料与塑料的粘附性的挑战, 尤其是热塑性烯烃. 传统的方法,如火焰处理, 电晕放电, 气体等离子体, UV曝光和化学氧化可用于氧化基材表面,以促进附着力. 氧化表面增加了表面能的极性贡献,并产生更多的极性位点为键合,而不改变弥散贡献显著. 涂层最好在处理后不久应用,因为氧化会产生短寿命的自由基,并且是部分可逆的. “辐射”技术的一个主要困难是在不过度处理的情况下实现均匀的表面覆盖, 哪一种会导致断链并导致基材表面的内聚破坏.

改性聚合物附着力促进剂中卤素的含量决定了其与各种涂料体系的相容性. 一旦聚合物附着力促进剂与导电纳米颗粒分散, 它通过分散作用与塑料和复合基材结合,并粘附在其上. 卤化材料和接枝官能团增加了CAP的极性,从而促进了其与基板和粉/液面漆的界面附着力.

图6:地表电阻率对数(Ohm/Square) vs. 导电纳米颗粒在总配方固体上的装载百分比.
图7: (Left) Uncoated curved porcelain tile; (Right) curved porcelain tile coated with low temperature cure powder 涂层 with texture finish.
表1:Surfaceresistivityofcoatedsubstrateusingdifferenttypesofconductivityagentatvariousloadings.
表2:可使用的不同塑料和粉末涂料类型的热变形温度.

基质类型非常重要

并不是所有的塑料基材都能承受传统粉末涂料的高温固化, 160-200 °C. 大多数塑料在如此高的温度下会软化、降解甚至熔化. 在基板的热偏转温度以下应用和固化粉末涂层是安全的. 热挠曲温度是聚合物在高温下承受给定负载能力的一种测量.

方法

CAPs应用于PC/ABS和MDF,木塑复合材料上 弯曲瓷砖10-14 μm干膜厚度使用HVLP 喷枪在20 psi的空气压力下. 他们干/治愈 在环境温度下放置3-5分钟.

可UV固化的光滑、白色环氧粉末涂料(图2 & 3)和低温固化织构黑色杂化(环氧/聚酯)粉末涂料(图7)用静电喷枪在涂有CAP的基底上进行喷涂. UV固化粉先在120°C下熔化3-4分钟,然后用中压h泡的传送带UV烘箱固化, 低温固化粉在130°C固化5分钟.

进行Positest拉拔粘附试验以确定界面粘附力. 用20mm的粘连试验机进行了多次粘附试验,以确定涂层失效的界面和发生失效的力/面积. 用Positector B100/ B200测量了CAP和固化粉末涂层的干膜厚度, 超声波薄膜测厚仪(表3, 图4 & 8).

腾讯五分彩官网现在在哪里?

  • CAPs确保静电喷涂设备施加的负电荷粉末颗粒充分消散,并促进界面粘附.
  • 在无孔衬底上,薄膜厚度较低时,CAPs工作效率更高. 在多孔衬底上可能需要更高的薄膜厚度,因为一些材料会被多孔衬底吸收.
  • CAPs使粉末涂层成功应用于各种塑料复合材料(均匀性, 膜的形成, 能够覆盖凹槽区域, 等.).
  • 在复杂几何形状的塑料复合材料上,CAPs可以显著提高液体或粉末涂层的转移效率.
图8:Positest拉离附着力试验的图示, ASTM D4541 -粉末涂层内的粘结失效, 无界面粘结失效.
表3:ASTM D4541 Positest AT-A拉离附着力试验.

问阿特曼·福兹达3个问题

你如何定义“传统”和“非传统”基板?
目前的静电应用技术只允许金属基板(其本身具有导电性,需要接地以消散静电)成功进行粉末喷涂. 导电性附着力促进剂(CAP)技术使粉末涂料能够成功应用于非导电性或非传统基材,如玻璃, 陶瓷, 塑料, 复合材料, 木, 女警官等. 通过使基材表面导电和提高粉末涂层与基材之间的界面附着力, 用传统的季铵盐和其他方法是不可能做到的.

除了轻型车辆的应用,还有什么其他的塑料涂层应用是可行的呢?
汽车中使用的塑料复合材料只是CAP技术的一个例子. 几乎, 任何塑料基板或复合材料(用于家电), 建设, 医疗或工业领域)可以承受120°C(粉末的熔化温度)的粉末涂层. 腾讯五分彩官网认为木塑复合材料市场和再生塑料具有巨大的潜力,具有更高的首次转移效率和零VOC的高效涂料应用.

在这项技术商业化之前,最重要的挑战是什么?
腾讯五分彩官网正在优化多孔基质(如MDF)的配方. 此外,零VOC水性版CAP需要8-10分钟的干燥/固化时间. 腾讯五分彩官网正在评估其他聚合物,以减少干燥/固化时间,从而可以在连续/输送环境中使用,以提高生产率.

参考文献

[1] Fozdar.Mannari V. “低VOC静态耗散涂料的开发,用于非传统基材的粉末涂料.欧洲涂料杂志,2017年4月.

精选照片:来源:德米特里·佩罗夫-股票.adobe.com

没有光和热? 没有问题-与固化剂的环境固化涂料

环境养护 根据定义,依赖于环境环境中可用的条件,如适度的温度, 自然光线, 水分和空气. 从使用赭石为基础的洞穴颜料40,比早期埃及人使用的大约4,由色素组成的, wax and eggs; humans have been searching for and developing new chemistries and ingredients to provide improved performance of 涂料 applied at ambient conditions.

墙上的油漆样本-在勘探者知识中心了解固化剂如何提高环境固化涂料的性能.
版权: archidea / 123RF库存照片

由天然色素和 干燥油从亚麻籽, 罂粟籽, 核桃和红花, 在5世纪到10世纪之间,印度和中国的画家首先使用了环境固化交联颜料.

适当使用固化剂(单组分或两种类型)可改善:

  • 抗化学腐蚀
  • 抗湿性
  • 附着力
  • 硬度
  • 耐蚀性
  • 耐气候性

本文将只涉及环境固化剂的一般考虑,重点是较新的化学或化学很少使用. 就像以前的勘探者文章中提到的 常规环氧双组分(2K)涂料,双组分涂料 polyol-isocyanate技术 最后 湿固化硅烷功能交联剂和偶联剂, 这里不讨论这些技术.


寻找交联剂?

探勘者® 允许您搜索数百种材料的技术数据. 快速而轻松地找到你需要的东西.

现在创建你的免费帐户!


Isocyanate-free聚氨酯化学

根据加州公共卫生部门的说法,接触异氰酸酯会导致哮喘. 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. 在过去的几年中,不利用异氰酸酯交联剂形成聚氨酯的异自由技术已经出现,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,提高喷罐寿命,快速固化和早期硬度. 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+聚碳酸酯的聚氨酯

Chemical reaction: Hexamethoxy methyl melamine + Polycarbonate -> Polyurethane

2. 聚碳酸酯+聚胺基聚氨酯

Chemical reaction: polycarbonate + Polyamine -> Polyurethane

3. 聚氨基甲酸酯+聚甲醛

Chemical reaction: Polycarbamate + Polyaldehyde -> Polyurethane

在室温下,反应1和反应2中聚氨酯的形成缓慢, 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.

Ketimine-Epoxy

提供稳定的环氧胺单组分涂料的方法之一是利用a 受阻胺交联剂. 伯胺与酮反应生成酮胺. 氯胺酮不容易与环氧基发生反应. 在有水的情况下, 氯胺酮释放游离胺和酮,这是氯胺酮生成的逆反应. 通常使用甲基乙基酮,在环境条件下挥发很快, 然后胺与环氧树脂反应形成固化膜. A 水分清道夫 添加剂可在使用前消除与水的反应.

化学反应:常温固化,除湿剂

Ketimine-epoxy系统 在没有水的情况下是无限稳定的,因此可以允许一个组成系统.

不饱和基团的交联

  • 丙烯酸低聚物可用作交联剂,使多官能团胺通过 迈克尔加成反应. 由于反应速度快,可使用封闭胺(酮胺)。. 一旦氯胺酮在水分存在的情况下解冻, 它形成伯胺,加入到丙烯酸酯中,使伯胺和丙烯酸酯发生反应. 见下面的说明.
环境固化涂层中的化学反应-在勘探者知识中心了解更多信息
  • 丙烯酸低聚物也可以用 迈克尔加成反应 与乙酰乙酰化树脂及其烯胺类似物.
  • 乙烯聚合 -使用丙烯酸和/或甲基丙烯酸酯低聚物和适当的不饱和聚酯(使用烟熏酸和/或马来酸基团)的涂料可以在两组分体系中使用,并添加适当的自由基引发剂(如甲基乙基酮过氧化物)和促进剂(如环烷酸钴和二甲基苯胺).

在环境固化涂料中使用的其他常见交联反应

硬化剂交联官能团树脂交联 集团交联集团
PolyaziridineR-COOH(羧基)乙酰脲
硅烷 三乙氧基硅烷和脂肪族环氧树脂 双重自我治愈机制硅氧烷 & 环氧酯
碳化二亚胺 r n = C = N-RR-COOHn -尿素
异氰酸酯预聚物R-NCOR-OH(羟基)R-NH2(水与异氰酸酯反应生成氨基)聚氨酯脲
酰肼电阻-电容= OKetone

来源: