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木塑复合材料和中密度纤维板静电喷涂强化技术

Atman Fozdar1, 罗纳德·Lewarchik1”, Raviteja Kommineni1, Vijay Mannari2 ; 腾讯五分彩官网有限责任公司1, 密歇根, 美国; 东密歇根大学2, 密歇根, 美国

摘要

随着粉末涂料配方的最新进展, 很有可能形成粉末 适用于对温度敏感的表面,并使用红外或紫外固化在低温下固化的涂层. 然而, 粉末和液体涂料的静电应用仍然是一个挑战 使非传统基材(多孔基材,如MDF)具有可接受的附着力, 刨花板, 修剪 板和非多孔基板如木塑复合材料, 塑料复合材料, glass, 陶瓷等.) 并达到良好的输送效率. 这些基材表面处理不充分和/或不均匀 在应用之前,会导致表面不均匀, 膜层缺陷多,转移效率差.

腾讯五分彩官网的研究导致了快速干燥导电粘附促进剂(CAP’s)的开发 提高了粉末和液体涂层对非导电基板(如MDF)的附着力, 刨花板, 调整董事会, 木塑复合材料, 纤维增强复合材料, 腹肌, 聚碳酸酯, 改性聚苯醚GTXTM, SMC Polyolefinics等.; while at the same time improving transfer efficiency by dissipating static 负责. 的 腾讯五分彩官网的CAP技术快速干燥的能力允许在连续/输送生产中应用 其次是粉末和液体涂料的应用和固化. 在这个过程中使用CAP 无需预热, 等离子体处理和化学蚀刻塑料衬底 提高薄膜的外观和使用效率. 可UV固化以及低温LTC 粉末和液体涂层现在可以均匀应用,甚至在凹槽区域/法拉第笼区域. 这项正在申请专利的技术利用了新型导电材料与聚合物粘合 促进剂,同时提高柔韧性和界面附着力以及抗静电性能.

传统的提高表面导电性的处理方法是利用季铵盐分散(QAS)使被涂层的基材导电, 而湿敏的QAS导电处理具有水敏性和迁移性. 最后,QAS技术不能增强附着力和柔韧性.

介绍

在最近的聚合物组成的修改, 木塑件不仅用于建筑行业 户外装饰板还可用于汽车、家具、围栏、景观用材、操场设备等. 在那里 使用WPCs有几个优点,例如:

  • 使用再造物料
  • 比木制品的维护费用低
  • 比塑料复合材料具有更高的热稳定性
  • 比木材的尺寸稳定性更高
  • 低吸湿性
  • 更好的切削加工性能等.
图1:全球木材pc市场概况及年增长率.7

其中一个问题, 大多数WPC制造商和消费者所面临的问题是, 木塑板涂层的“可着色性”. 由于使用的聚丙烯和/或PVC或大多数塑料的表面能较低, 大多数传统涂料对木材没有很好的附着力, 在极端高温/低温循环下,短时间后会导致分层.

在这个工作范围内, 粉末涂料被认为是最适合木塑复合材料的环保涂料,原因有以下几个方面:

  • 不挥发性有机化合物的仪器
  • 更高的传输效率(高达90-95%),
  • 可重复使用
  • 优异的涂膜性能(坚韧、耐用、坚硬、耐划伤)
  • 减少工艺时间和能量需求
  • 一步精加工.

然而,粉末涂层塑料和复合材料存在一定的挑战. 例如,

  • 静电喷涂粉末涂料在非导电木塑板上的应用, MDF, 刨花板和塑料复合材料
  • 粉末涂料在低表面能木塑板上的附着力
  • 由于粉末涂层的热偏转温度低,选择合适的粉末化学成分,使其在低温下固化.

粉末涂料在中密度纤维板上的应用也在此研究范围内, 因为粉末喷涂中密度纤维板时,采用传统的方法如预热中密度纤维板,会产生与外观和成膜有关的多重问题,

  • 脂肪边缘,
  • 边缘开裂,
  • 销孔,
  • 外观和膜厚不均匀,
  • 能够在隐蔽的区域或视线以外的区域涂漆

下面介绍克服上述挑战的方法.

表面电阻率

图2列出了导电材料的表面电阻率分类.

表面电阻率分类的量化:

防静电

  • 衰减率(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)

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、IEC 60079-0导电

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

EMI / RFI屏蔽

  • 屏蔽效能(衰减分贝)
  • 标准:ASTM D4935
  1. 用于粉末涂料的成功应用(外观均匀, 薄膜的形成和沉积 粉末颗粒在基板上以及在没有直接视线的凹洞区域 应用)在WPC和塑料基板上, 基底的表面电阻率要求小于108

欧姆/方(来自腾讯五分彩官网之前发表在《腾讯五分彩》,20171). 因此,将它 在导电、静态耗散范围,如图2所示.

在腾讯五分彩官网的研究范围内, 腾讯五分彩官网评估了不同类型的导电剂,如季铵盐 化合物(QAS), 炭黑, 石墨烯以及导电纳米粒子(功能化和/或非 功能化).

确定最合适的导电剂, 腾讯五分彩官网配制了一种DOE,并在不同的负载下用不同的导电剂涂覆了不同的多孔和非多孔的非导电衬底. 其表面电阻率见表1.

表1:不同类型的导电剂在不同载荷下涂层基板的表面电阻率.

Additional comments: * indicates proprietary material; Surface resistivity (Ohm/Sq) was measured using Monroe Electronics Model 272A和EDTM RC2175用于导电系统,按 ASTM D257.

表1中列出的表面电阻率结果差异很小,甚至没有差异 所有基质上的变化都非常接近.

除了传导性, 使用QAS有几个缺点, 因为它们是潮湿的, 过程和温度相关. 它们的迁移特性不能保证皮毛有足够的附着力 衬底或柔韧性.

用于导电炭黑, 为了得到足够低的表面电阻率,需要显著的高负载 可实现粉末涂料均匀成膜. 高负载导电炭黑 颜料还会导致“蜡笔”效果,对机械性能产生不利影响.

表1中的结果也证实,如果腾讯五分彩官网将导电剂的负载增加到某一点,那么表面电阻率的下降并不一定是实质性的或线性的. 因此,需要找到每种底物i的最佳用量.e. 多孔(如MDF)和无孔(聚碳酸酯, PC / 腹肌, glass和木塑复合材料,多孔性相对较低).

粉末涂料对塑料的附着力:

涂料和油墨工业面临的一个主要问题是液体和粉末涂料的附着力 WPC和塑料复合材料. 传统的处理方法有火焰处理、电晕处理等 放电, 气体等离子体, 紫外线照射或化学氧化可用于氧化的表面 增强附着力的基材. 氧化表面会增加表面能的极性贡献 并产生更多的极性位点成键而不显著改变色散贡献. 的 涂层最好在处理后不久应用,因为氧化会产生短期的自由基物种和 是部分可逆的吗. “辐射”技术的一个主要困难是实现均匀的表面 报道没有对, 哪个引入了断链,并可能导致内部的内聚失效 基片表面.

交联机理包括几种不同的酸官能团形成n -酰基脲的反应, 氨基酯与环氧化反应以及烷氧基硅烷的水解.

根据基板类型选择粉末涂层

并不是所有的wpc和塑料基板都能承受传统的160-200℃的高温固化 粉末涂料. 大多数塑料在如此高的温度下会软化、降解甚至熔化. 它会安全 在基板热偏转温度以下进行粉末涂料的喷涂和固化.

热偏转温度是聚合物在高温下承受给定负载能力的一种测量.

表2:不同塑料和可使用粉末涂料类型的热变形温度

CAP及粉末涂料的应用

将CAPs应用于木塑复合材料上, PC / 腹肌和MDF在10-14微米干膜厚度使用 高压喷雾枪在20 psi的空气压力喷嘴. 它们在环境温度下干燥/固化8-10 分钟.

紫外光固化光滑, 白色环氧粉末涂料,低温固化成黑色, 采用静电喷枪在涂有CAP涂层的基材上喷涂纹理环氧粉末涂料.

UV固化粉末涂料熔化固化规程:

UV固化粉先在120o℃下熔化3-4分钟,然后用中压h泡的传送带UV烘箱固化. 低温发黑、有纹理的环氧粉末涂料在130o℃固化8分钟

图3:未涂层和涂层的PC / 腹肌
图4:未涂层和涂层的木塑复合材料
图5:未涂布和涂布的弧形瓷砖

此外,还进行了Positest拉离附着力测试,以确定界面附着力. 多个 用20mm的胶粘剂进行了粘结试验,确定了涂层失效与涂层的界面 发生故障的力/区域.

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:ASTM D4541 Positest AT-A拉离附着力试验
图6:粉末涂料在木塑复合材料上的粘结失效
图7:涂层的MDF (左) 和塑复合 (右) 经过交叉拉拔和粘合试验. 图7显示了MDF和WPC基体内聚失效. 未观察到粘连失效.

结论

  • 电容保证了负电荷粉末粒子在静电作用下的充分消散 喷涂设备以及促进界面附着力.
  • 在无孔衬底上,薄膜厚度较低时,CAPs工作效率更高. 在多孔 由于某些材料被多孔吸收,需要较高的薄膜厚度的衬底 底物.
  • CAPs与多孔衬底形成化学和机械结合,导致高拉离 与PC / 腹肌复合材料等无孔基板相比,结合强度更高.
  • CAPs使粉末涂料成功应用于各种WPCs、塑料复合材料、 中密度纤维板,装饰板,混凝土和瓷砖,陶瓷(均匀,成膜,涂层能力 凹陷区域等),无膜缺陷,如脂肪边缘销孔,水泡,边缘裂纹等.
  • CAPs可以显著提高液体或粉末涂料在塑料上的转移效率 具有复杂几何形状的复合材料.

未来的发展方向

  • 减少干膜厚度(DFT)用于更薄的薄膜应用(3-6微米).
  • 通过改变反应物质的组成来增加交联密度.
  • 将干燥到触摸的时间从8分钟减少到3-4分钟.
  • 涂层WPC和MDF材料的加速风化和热循环电阻 (循环暴露于极热及极冷环境).

参考文献

  1. Fozdar一.Mannari V. “用于非传统基材粉末涂料的低VOC静态耗散涂料的开发.欧洲涂料杂志,2017年4月.
  2. 卡洛斯·L.阿尔梅达P. 导电聚合物:合成、性能和应用(聚合物科学与技术).
  3. Cudazzo M / R. Knofe. 低导电性基材粉末喷涂:非金属工件和部件的新型粉末喷涂工艺,”1998年1月.
  4. 高年代.,朱镕基X.P和Jesse (Jingxu) Zhu. 2016年9月《塑料构件粉末涂料.
  5. Schwarb R.来说米. 热敏性基材的紫外光固化粉末涂料.涂料Tech, 2010年7月.
  6. Zeren S, Huguenard S. 紫外光固化粉末涂料:中密度纤维板的白色厚面漆配方.国际表面涂料B部分:涂料交易87号. 2(2004年6月).
  7. 2017年“全球木塑复合市场”锡安市场调研.

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

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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glass,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glass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 粒子 less than < 100nm in size) have viscosities closer to that of 水. pH has a major impact on the viscosity of 胶体二氧化硅 和 form gels at a pH < 7 和 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: (左) Uncoated polycarbonate/腹肌 composite; (右) polycarbonate/腹肌 coated with UV curable 粉末涂料.

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 / 腹肌、glass、木塑复合材料,多孔性较差).

无花果ure 3: (左) Uncoated 木-plastic composite (WPC); (右) 木-plastic composite coated with UV curable 粉末涂料.
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: (左) Uncoated curved porcelain tile; (右) curved porcelain tile coated with low temperature cure 粉末涂料 with texture finish.
表1:Surfaceresistivityofcoated底物usingdifferenttypesof导电率agentatvariousloadings.
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 / 腹肌和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glass, 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

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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.
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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-异氰酸酯技术 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.


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异氰酸酯-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 + 聚碳酸酯 -> 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-环氧树脂

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:

表面上:疏水涂层的研制突破性性能

涂覆的表面可以赋予广泛的亲和力与水,从 亲水 (水的) 疏水 (水排斥) 超疏水 (超疏水性). 这些表面特性是通过适当的组合而获得的 表面形态 在微观和/或纳米级别,结合低 表面能材料.

超疏水性和荷叶

自然界中超疏水性的一个主要例子是荷叶. 荷叶的微观结构包括高度为10 - 20微米、宽度为10 - 15微米的小突起或尖状乳突,它们具有第二疏水蜡层. 结构表面与低能量蜡的结合提供了表面的超疏水性. 要充分解释和量化疏水性,就必须明确两者之间的关系 接触角 和 疏水/亲水 曲面的性质.

荷叶上的水滴, 以及尖刺表面的疏水性-在勘探者知识中心了解疏水性涂层的制定.
亲水接触角, 疏水和超疏水涂层表面-了解在勘探者知识中心制定疏水涂层.
图3 -亲水性、疏水性和超疏水性涂层表面的接触角

接触角为150°或更多的被称为超疏水,这意味着只有两到三个完美的水滴表面与表面接触. 因为表面接触面积小于0.6%,这提供了自我清洁的效果. 将荷叶拒水特性引入涂层表面的结果具有深远的性能影响,包括以下几点:

  • 自洁 —落在超疏水/疏水表面的污染物会随着水滴滚落而被去除.
  • 〇提高了防潮性能 提高耐泡性和保持光泽
  • 〇提高耐腐蚀性 降低水分渗透减少甚至消除水和可溶性盐渗透到金属基板,大大减缓腐蚀的开始.
  • 延长涂层和基材的使用寿命 增加涂层的耐候性和对可溶性盐和湿气的渗透能力对涂层的寿命有积极的影响.
由腾讯五分彩官网开发的超疏水涂层系统-了解在勘探者知识中心制定疏水涂层.
图4 - 5,由腾讯五分彩官网开发的超疏水涂层系统的盐雾喷涂在冷轧钢板上,无划痕蠕变或表面起泡

表面张力的作用

We have discussed the role that 表面形态 plays in imparting 疏水ity; the other  critical component for 疏水ity is surface能源.

  • 表面张力 液体的弹性趋势是否可能使它们获得最小的表面积.
  • 表面张力 沿直线测量,而 表面能 是沿着面积测量的吗.

表面张力的组成主要有色散的和极性的, 氢键和酸碱贡献. 一般来说,表面能较低的材料具有较高的疏水性. 表1和表3列出了几种聚合物类型和改性剂的表面自由能, 分别, 用于涂料, 表2给出了涂料中常用溶剂的表面张力.

聚合物表面自由能mN / m
Polyhexafluoropropylene12.4
聚四氟乙烯19.1
PDMS19.8
石蜡烃蜡26.0
Polychlorotrifluoroethylene30.9
聚乙烯32.4
聚醋酸乙烯酯36.5
有机glass40.2
聚苯乙烯40.6
Polyvinyldene氯41.5
聚酯43 – 45
聚乙烯terephthalate45.5
环氧树脂polyamide46.2

表1 -聚合物表面自由能

溶剂表面张力达因/厘米
72.8
甲苯28.4
异丙醇23.0
正丁醇24.8
丙酮25.2
甲基丙基甲酮26.6
甲基戊酮26.1
点醋酸28.5

表2 -溶剂的表面张力

材料标识临界表面张力mN / m
Heneicosafluoro-dodecyltrichloro硅烷6-7  
Heptadecafluorohexyl --修剪ethoxy硅烷12.0
PDMS19.8
Octadecyltrichloro硅烷20-24
Nonafluorohexyl-修剪ethoxy硅烷23

表3 -潜在表面改性剂的表面自由能

当两种不同的液体材料被应用到固体表面时, 表面张力较低的液体将在固体表面流动或湿出, 例如聚乙烯, 比具有较高表面张力的液体更容易. 例如,水(表面张力72.8达因/厘米)会形成比甲苯更高的接触角(表面张力28.4达因/厘米).

到目前为止, 腾讯五分彩官网已经定义了影响疏水性的因素, 或者缺乏, 包括接触角, 表面结构, 以及为什么大多数有机溶剂比水更容易湿润表面,因为它们的表面张力更低. 下一节将集中讨论如何使涂层系统具有更大的疏水性, 尤其是从表面的角度来看.

最大化的表面疏水性

为了最大限度地提高涂料的表面疏水性,应采用 表面能 应该尽可能的低. 低表面能,加上适当结构的表面,最大限度地提高疏水性.

表面能 单位与表面张力相同(单位长度的力或达因/厘米). 一个高表面张力的液体,如水,将有最大的疏水性,因此有较差的润湿性(高接触角)涂层表面有一个低表面能.  如表二所示, 表面能 根据接触到水的表面的性质会有很大的变化吗.

例如,富含聚二甲基硅氧烷的涂层表面(表面能19.8 mN / m)的表面会比聚苯乙烯(40.6 mN / m). 在一般条款, 提供最大的疏水性, 材料最疏水的部分应该定位在表面.

另一个例子, 如果用有机功能的三甲氧基硅烷进行表面改性, 甲氧基硅烷基团应该被设计成定位在表面. 涂层表面的全氟基团和脂肪族基团比酯或醇基团具有更大的疏水性. 酯和醇基团在性质上更具极性,因此更容易吸收表面沉积的水. 例如,从最低到最高的表面张力:

表面张力标尺-在勘探者知识中心了解疏水性涂料的配方.

通过适当设计的涂层提供增加的疏水性,可以提供额外的属性,如自清洁, 提高耐蚀性和防潮性,延长涂层和基材的使用寿命.

硅烷技术的最新进展使硅烷可用于水性系统,以改善疏水性. 相应的, 树脂的选择, 压延机, 还可以选择增透剂颜料和不透明颜料,以最大化疏水性.

其次, 使用纳米颗粒的配方必须经过定制,以提供适当的接受度,而不是作为临时添加来实现所需的性能.

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来源

优异的涂料性能与有机硅烷成分

硅烷 是1857年由德国化学家海因里希·Buff和弗里德里希·维勒在盐酸作用于硅化铝的产物中首次发现和鉴定的.1 从那时起,硅烷化学已被证明是一个通用的手段,以提高性能的有机基涂料, 或者提供硅氧烷改性涂料系统,具有其他技术难以实现的各种性能特性.


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取决于正确的选择 活性硅烷,可以产生各种改进的性能属性,包括:

  • 风化
  • 附着力
  • 硬度
  • 灵活性
  • 抗湿性
  • 不稳定
  • 交联密度
  • 耐蚀性

硅烷和硅氧烷结构:

硅烷和硅氧烷结构-在UL勘探者知识中心了解涂层配方中的有机硅烷成分.

在有水的情况下, 三烷氧基硅烷可以水解作为反应的第一步,释放出甲醇(对于三甲氧基硅烷)或乙醇(对于三乙氧基硅烷),并自缩合形成硅氧烷或与颜料上可用的醇基反应, 提供硅氧烷键的聚合物或底物.

单烷氧基水解形成硅醇基-在UL探勘者知识中心了解涂层配方中的有机硅烷成分.
一个烷氧基水解形成一个硅醇基

硅烷 在许多应用中被用于:

  • 提高附着力 到无机或有机表面-硅烷, 当加入颜料时, 能否增强对无机表面(包括金属和glass)的附着力
  • 耦合剂 -硅烷用于有机聚合物与无机材料(包括颜料和填料)的耦合
  • 交联剂 -选择性有机官能团烷氧基硅烷可以与有机聚合物反应,为聚合物的主链提供一个三烷氧基. 反过来, 然后硅烷与水分反应交联,形成三维硅氧烷交联结构.
  • 分散剂, 用于增加无机颜料的疏水性,改善其流动特性及在有机聚合物和溶剂中分散的能力.
  • 提高疏水性 选择性反应性硅烷可以进行改性,以提供极好的疏水性(在本文的后续章节中详细讨论)
  • 水分清道夫 -对水分敏感的配方, 三个烷氧基硅烷可以通过与水分反应生成醇分子来清除水.
  • 金属表面预处理 -用于各种金属表面预处理的专用水性硅烷.g. 赢创的 王朝兰SIVO产品集团)

硅烷 含有至少一个碳硅键(CH3 - Si -)被称为有机硅烷. 无功 硅烷 这个术语是用来定义含有三烷氧基和含有反应性成分的烷基(R)的化合物吗.

三甲氧基功能烷基硅烷-在UL勘探者知识中心了解涂料配方中的有机硅烷.

Trialkoxysilyl 基团可以直接或间接地在水存在的情况下与羟基发生反应. 如表1所示, 另一有机官能团(R)可以通过与涂层中的另一个反应位点的交联反应参与.

关于与表面的反应和相互作用, 有许多复杂性和因变量. 例如, 三烷氧基与水分水解形成硅醇基(R - Si- OH)的速率, 哪一种自缩合或交联反过来与硅醇基团与底物羟基的反应竞争. 这些相互竞争的反应可以根据水分水平、pH值和反向反应的速率而有所不同. 因为水解是可逆的. 三烷氧基硅基水解生成硅醇及其后续反应 自凝固 形成硅氧交联(- Si - O - Si -)可以通过使用适当的锡催化剂,如二月桂酸二丁基锡来加速.

另一方面,最好的促进催化剂 co-condensation 介于树脂和硅酮中间体之间的是钛酸盐基催化剂,如钛酸四异丙酯.

除了那些需要反应性硅烷聚合成树脂骨架的应用, 表一所示的大多数反应都能在环境条件下发生.

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-triethoxy硅烷表面与- oh结合并自交联形成- Si - O - Si -涂料的 glass以及Al、Zr、Sn、Ti、Ni的氧化物
环氧树脂氨基功能3-glycidyloxypropyl 修剪ethoxy硅烷表面与- oh结合并自交联形成- Si - O - Si -涂料 用于glass以及Al、Zr、Sn、Ti、Ni的氧化物
Meth-acrylate丙烯酸树脂聚合3-methacryloxypropyl修剪ethoxy硅烷与另一种硅烷自交联形成- Si- O - Si-并在表面形成- oh湿固化树脂 提高附着力,物理及环境表现
N/AN/AN-octyltriethoxy硅烷形式- 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-修剪ethoxy硅烷形式- 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-triethoxy硅烷表面与- oh结合并自交联形成- Si - O - Si涂料的 金属及无机氧化物,也可以保湿
硅烷SIVO溶胶-凝胶法无VOC水性表面处理 适用于各种金属和表面

表一:三烷基氧有机官能团硅烷的反应及其应用

活性硅烷在许多应用中都能有效地改善涂层性能, 包括:

  • 颜料润湿
  • 改善疏水性,增加接触角
  • 在许多金属和无机表面增强附着力
  • 差动材料间的偶联剂
  • 清除水分,提高稳定性
  • 交联改善物理和环境性能

各种硅氧基反应性三甲氧基 硅烷预聚物 也可与 官能团 包括丙烯酸酯、异氰酸酯、氨基、羟基、环氧和乙烯基. 这使得各种各样的机会来提高交联密度, 附着力, 耐气候性, 抗湿性, 疏水性和耐化学性.

资源

  1. 维基百科: 硅烷
  2. UL探勘者
  3. 赢创,ACS产品介绍
  4. 有机涂料,科学与技术,3rd 版

让你的油漆触电:导电涂料和神奇材料.

导电粒子 在涂料中的应用近年来有了巨大的飞跃. 革命性的材料 碳纳米管 (碳纳米管), 石墨烯 强度比钢高200倍,导电性比铜好. 这种独特的力量组合, 导电性和耐高温性有望赋予涂料独特的性能,挑战人们的想象. 本文将讨论和对比导电材料,重点是导电纳米材料及其在涂料应用中的潜在优势.


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其他更常用的导电颗粒包括导电炭黑, 石墨, 季铵盐, 铜, 铝, 银及银杂制品. 除了导电粒子, 有一些导电聚合物可以提供导电涂料,这可能在以后的文章中讨论. 涂层的表面电阻率几乎与相对湿度无关. 图1展示了石墨烯的结构, 石墨烯是一种二维结构,可以被认为是单壁碳纳米管的片状形式.

石墨烯的扫描探针图像显示碳原子的六边形二维排列-在勘探者知识中心了解更多关于导电涂层的信息.
图1 -石墨烯的扫描探针图像显示碳原子的二维六边形排列
电导率= S/cm或S/ m表面电阻率= Ω/(欧姆每平方)表面电阻= ΩVolume电阻率= Ω x cmVolume (bulk)电阻率=(电阻率x长度x宽度)/高度
体积电阻率是定义厚度的薄片电阻率的一种测量方法
表面电阻率是表征导电涂层最常用的方法. ASTM D257是测量表面电阻率最广泛使用的标准.
渗透理论:随着导电材料在涂层中的浓度增加, 电导率将达到一个点,电导率将突然增加,一旦达到临界浓度.

表1 -导电材料的常用术语

对于流过表面的电流, 表面电阻率 (欧姆/平方)可以定义为单位长度电压降的比值, 每单位宽度的表面电流.

防静电 指的是材料抑制摩擦电充电的特性. 抗静电涂层的表面电阻率至少为1 × 109,但小于1 × 1012.

静态耗散 涂料:

  • 1 × 10的表面电阻率5 欧姆/平方. or
  • 体积电阻率为1 × 10但小于1 × 1012 欧姆/平方. 表面电阻率或
  • 1 X 1011 ohm-cm体积电阻率.

导电 涂层的表面电阻率小于10欧姆/平方.,或体积电阻率小于104 ohm-cm.

总重量为2%的导电颗粒的漆膜ASTM D257表面电阻率欧姆/平方注意事项
季铵盐~ 1013水敏性向地表迁移
导电炭黑~ 1010(防静电)Color
石墨烯~ 107(静态耗散)ColorDispersibilty
碳纳米管(碳纳米管)< 103(导电)ColorDispersibility

表2 -带有导电添加剂的薄膜

石墨烯、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的图像. 了解该技术如何应用于导电涂料配方.
图2 -石墨烯、SWNCNT、MWCNT的图像

要从石墨烯和碳纳米管中获得最佳导电性,对于水或溶剂应用来说,一个重要的方面是确保 分散 是最优和稳定的. 如果石墨烯和/或碳纳米管未有效分散, 这些粒子将不能充分分离而形成粒子束. 这些材料倾向于自我联结并形成集群, 哪些又不能提供足够的连接来支持电流的最佳传导.

为了克服这个问题,在许多情况下采用了非常规的分散方法. 声波降解法 这种方法能解开纳米粒子吗, 从而提供连接以支持当前(渗透).

众所周知,石墨烯和碳纳米管的团聚对其纳米组成的渗透阈值和电导率有重大影响. 导电材料之间的界面对导电也有深远的影响. 的 渗流阈值 该组合物中导电纳米材料浓度的阈值是由绝缘体突然转变为导体吗. 导电材料的纵横比(宽:高)对渗透阈值也有重要贡献(较低的纵横比有利于导电)。.

石墨烯之所以具有导电性,尤其是碳纳米管的导电性,是因为碳纳米管具有广泛的网状结构2 键和它们的PI键的堆积.

石墨烯可描述为单层厚度的石墨. 石墨也导电和可用的不同纯度,以及非晶或结晶形式.

石墨烯和碳纳米管等纳米粒子导电能力如此之强的另一个原因是它们非常小. 随着粒子尺寸的减小, 表面积与体积的比值急剧增加. 更大的表面积产生更大的粒子相互作用和更高的吸引力. 例如, 超过100纳米的表面积通常会削弱纳米颗粒增强性能的优势.

渗流阈值和颗粒结构对表面电阻率的影响. 在勘探者知识中心了解这如何影响导电涂料的配方.
图3 -渗流阈值和颗粒结构对表面电阻率的影响
纳米粒子和团聚-了解他们如何影响在勘探者知识中心的导电涂料的配方.
图4 -纳米颗粒和团聚

在涂料中正确使用导电纳米粒子可以获得多种有益的性能. 稳定分散的纳米粒子是优化这些材料的全部好处必不可少的. 其次, 使用纳米颗粒的配方必须经过定制以提供适当的接受度, 而不是作为一个drop-in来实现想要的属性.

材料电阻Ohm-M
石墨1 X 10-5
黄铜0.9 X 10-7
0.98 X 10-7
1.6 X 10-8
2.8 X 10-8
1.7 X 10-8
5.5 X 10-8

除了它们的电学特性, 石墨烯, 石墨和碳纳米管在高温下具有良好的稳定性. 此外, 由于其独特的分子结构, 当适当的分散, 它们还能提高机械性能. 据报道,CNTs在空气中的温度稳定性为750℃, 石墨烯和石墨超过600°C.

下一代导电材料在未来涂料中的应用将包括:

  • 防止电子放电的涂料
  • 通信设备
  • 消费电子产品
  • 计算机设备
  • 灵活的电气设备
  • 需要耐高温和提高机械性能的电子应用.

总之, 正确配方的涂料利用导电颗粒,特别是导电纳米颗粒,可以达到迄今为止无法通过其他方法获得的性能属性.

参考文献和进一步阅读:

阴极电泳漆:通向卓越产品表面处理性能之路

全球 electrocoat 市场预计将从3美元增长.从2016年的80亿美元到3亿美元.到2021年将达到800亿美元,年均复合增长率为4.在2016年至2021年期间,这一比例为34%. 由于汽车和家电等最终用途行业对电涂层的需求,这个市场正在见证温和的增长1.

电泳涂漆 是一种利用电流将漆槽中的有机涂层沉积到零件或组装产品上的工艺吗. 由于其穿透凹槽的能力,因此可以覆盖复杂的部件和具有特定性能要求的组装产品, 在世界范围内,电镀被广泛应用于包括汽车在内的各种行业, 设备, 海洋和农业. Electrocoat,特别是 阴极electrocoat, 与阳极电泳涂层或其他更传统的涂层方法相比,是否有显著的耐蚀性改善.

阴极电泳涂层有多种技术类型,最值得注意的是 环氧树脂阴极 和 丙烯酸阴极.

  • 丙烯酸阴极涂料有望成为电涂料市场增长最快的产品. 阴极丙烯酸e-coat 通常用于需要UV耐用性和对铁基板的腐蚀保护的应用中. 它也被用于需要浅色的应用.
  • 阴极丙烯酸e-coat 可提供多种光泽和颜色,以提供外部风化和腐蚀保护. 丙烯酸阴极涂料用作农具的一层漆面漆, 花园设备, 家电和外部暖通空调.

电泳的应用包括四个步骤:

  1. 预处理2: 部件清洗完毕后, 对金属表面进行预处理,以备电镀之用.
  2. Electrocoat应用程序:带正电的阴极涂料是用直流电从阴极涂料槽中沉积在导电衬底上的. 带正电的油漆沉积在带负电的阴极上,在那里发生还原.
  3. 冲洗后:清洗部件以回收未沉积的固体油漆.
  4. :烤漆是为了热交联油漆和挥发水以及任何残留的有机溶剂.

在步骤2中, 涂料颗粒沉积在导电基板的表面上以形成绝缘膜.  随着漆膜厚度的增加,漆膜表面的电导率具有绝缘作用,漆膜沉积速率随时间的增加而减小. 在这一点上,沉积的膜有很少的水和溶剂存在,所以水后冲洗(步骤3)不会对沉积的膜有负面影响. 然后将被涂覆的基材烘烤,以消除水分和剩余的挥发性物质,并将聚合膜交联.

阴极电泳-在勘探者知识中心了解更多关于阴极电泳涂层的知识
图一:阴极电沉积

如图一所示, 在阴极电沉积, 带正电荷的油漆被吸引到带负电荷的阴极上,在那里发生还原, 导致氢气的释放. 在阳极上,氧化过程伴随着氧的释放. 沉积的漆膜在一次或多次水冲洗后,合并成相对不溶性的漆膜, 沉积的漆膜进入烤炉,使阴极漆膜交联.

的 阴极电泳的优缺点 包括:

  • 优良的耐腐蚀性,即使在较低的膜厚度
  • 提供优异的抗双金属腐蚀性能(当不同金属接触时)
  • 经常更换颜色是不实际的
阴极电泳沉积的例子-在勘探者知识中心了解更多
阴极电泳沉积中的电子流-在勘探者知识中心了解更多信息.

许多阳离子环氧电泳树脂都是由环氧树脂组成的 双酚A基环氧树脂 由被低分子量的酸(如甲酸)中和的胺基组成, 醋酸或乳酸. 因为镀液的pH值略低于7, 浴槽部件由不锈钢或其他耐腐蚀材料组成,以防止生锈的形成.

最常见的交联剂是堵塞的 异氰酸酯,因此,一旦涂层被烘烤,封闭的异氰酸酯被激活并与可用的反应 羟基 和胺组. 典型的电镀槽的其他组成部分包括颜料, 填料颜料, 水, 溶剂和低水平的改性树脂等 可塑剂 和 剂效果流修饰符 和 催化剂.

汽车涂层系统的横截面-在勘探者知识中心了解更多.
汽车涂装系统的横截面

 

使用涂层是因为它提供了优越的腐蚀保护,因为它涂层的表面无法达到传统的方法. 膜厚均匀,无凹陷、跑边、边珠等缺陷. 电泳涂层也非常具有成本效益,因为它提供了接近100%的材料利用率,良好的能源效率和相对较低的成本每平方英尺应用涂层.

Throwpower 电镀层能否渗透到“难以触及”的区域, 例如一个中空金属物体的内部. 依赖于外加电压, 浴固体, 导电率, 沉积时间, 熔体温度, 溶剂的水平, 和适当的罐内搅拌, 沉积时间, 可优化抛掷力和涂层外观.

简单的浸涂涂层不能有效地覆盖复杂形状零件的内部, 就像在烘焙过程中一样, 水/溶剂在零件的内部部分有洗涤作用,这阻止了充分的膜构建. 此时,电镀的物体从浴槽中取出, 大部分的水和溶剂被从电泳层中挤出,所以在烘烤过程中,与简单的浸涂涂层相比,洗涤效果是最小的.

电泳漆的膜结构是自限性的,当膜的厚度接近其最大值时,膜变得更加绝缘. 更高的电压和更长的浸泡时间将允许更高的膜构建,直到达到最大可能的膜构建, 通常是1.0 mil和1.2毫升.

电压通常在225伏到400伏之间. 如果电压过高,就会出现薄膜 破裂 涂于外表面的涂层的比例. 这叫做 破裂的电压. 在足够高的电压下, 电流会穿透胶片, 导致膜下产生气体(阴极为氢,阳极为氧).

影响膜形成的其他因素包括浴温度和电导率. 浸泡时间一般在2-3分钟左右.

综上所述,由于阳离子电泳涂层对复杂形状提供了良好的防腐保护,因此预计其增长速度将比传统的产品整理工艺更快, 低挥发性有机含量,最后丙烯酸阳离子电泳也提供了抵抗紫外线的经验应用.

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Ron Lewarchik,文章作者 & 腾讯五分彩官网总裁

作为一个特约作家, 罗恩在涂料工业中撰写与配方有关的文章. 他还担任勘探者材料搜索引擎的顾问, 就数据库内的优化和组织材料相关问题提供建议.

沉淀:影响颜料沉淀和稳定性的因素

介绍 -颜料分散过程的第一步是颜料的润湿和分离. 然而,如果颜料分散不稳定, 絮凝1 (图. 1、2)会有结果. 絮凝是颜料颗粒相互吸引形成松散的聚集体的结果,这些聚集体可以在温和的剪切下重新分散.

当颜料颗粒相互强烈吸引时,粘结剂或 聚集 粒子的概率. 团聚体 (由树脂或润湿剂包裹的化学结合的颜料聚集物)不能轻易地再分散. 絮凝 在油漆上应用低剪切能逆转吗. 絮凝 会对颜色的显现、光泽和遮盖有不利影响吗.

无花果. 3:原色颗粒与絮凝、凝聚的关系 MDPI.com

获得颜料稳定的两个主要机制是 空间 和 负责. 负责排斥, 带有同种电荷的粒子表面相互排斥(更适用于水性系统, 无花果. 4)而在溶剂型涂料中,空间稳定是更常见的机理. 5). 适当稳定的颜料分散剂可以防止絮凝和结块.

无花果. 4:电荷斥力稳定机制 陶氏涂料.com
无花果. 5:空间稳定机制 Inkline.gr

颜料在水性介质中的分散原理与无机溶剂介质相同:即, 合适的润湿, 颜料分散与稳定. 然而, 水的表面张力和高极性使它在润湿低极性颜料时更成问题. 在许多情况下, 水与颜料表面强烈地相互作用, 使颜料表面的分散剂不稳定. 确保颜料分散均匀稳定(消除颜料) 絮凝 除一种颜料外的其他颜料). 第三, 使用适当的润湿剂/表面活性剂有助于改善极性和 表面张力 色素之间的关系 色素不稳定.

氧化铁等无机颜料, 二氧化钛, 碳酸钙, 氧化锌, 和二氧化硅, 碳酸钙、硫酸钡和许多其它填料颜料具有极极性的表面. 然而,仅用水通常不能充分湿润颜料表面. 因此,他们需要一个 表面活性剂 湿润和稳定分散.

也有许多颜料厂家供应 表面处理颜料 帮助颜料稳定. 许多厂家通过添加一层无机氧化物来改善颜料的润湿性,来修改有机颜料的表面以增加极性.

颜料稳定化的讨论不可能不考虑其作用 色素沉淀 随着时间的推移.  这些因素都影响颜料的沉降程度和抗硬沉降性:

  • 颜料分散的质量
  • 颜料颗粒大小
  • 吸油
  • 形状
  • 分布
  • 色素密度
  • 油漆粘度

要更全面地讨论这些参数对颜料的硬沉降和稳定性的影响,需要几篇文章来充分描述.  然而, 图6给出了颜料和颜料参数与颜料沉降的简化关系.

无花果. 6:参数与沉降的关系

最后, 使用适当的触变性有助于建立足够的粘度和网络结构,防止颜料硬沉淀. 合适的触变性可以通过几种不同的机制提高耐硬沉降的能力.

  • 通过增加低剪切粘度来提高抗硬沉降能力
  • 与颜料形成联结,以降低沉降颜料层的有效密度.

然而, 必须确定触变剂和分散剂之间有可接受的相容性. 触变性通常用于促进软沉降,包括用季铵盐化合物处理的粘土,以提供更高的有机亲和性的溶媒涂层. 凹凸棒石粘土可用于水性和溶剂型涂料, 由于针状粘土颗粒相结合,粘度增加,在剪切下容易分解. 其他聚合物增稠剂可以有效地增加粘度和促进易于再分散的软沉降, 如:

  • 细粒二氧化硅
  • 蓖麻油衍生物
  • 基本的磺酸钙
  • 胶态硅酸铝

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Ron Lewarchik,文章作者 & 腾讯五分彩官网总裁

作为一个特约作家, 罗恩在涂料工业中撰写与配方有关的文章. 他还担任勘探者材料搜索引擎的顾问, 就数据库内的优化和组织材料相关问题提供建议.

克服漆膜缺陷:原因及补救措施

漆膜缺陷可能在应用过程中或应用后立即出现,或在涂层固化后变得更加明显. 而对于膜缺陷的命名还没有标准的约定, 本文将把薄膜缺陷分为上述两类.

爬行,手工艺,裂纹-各种各样的油漆缺陷可以发生在应用或固化后. 在这里了解原因和解决方案.
银纹的例子.
版权: paylessimages / 123RF库存照片

漆膜缺陷原因

最大数量的油漆缺陷是来自 污垢 粒子1嵌在油漆里. 大多数其他油漆缺陷是由以下原因造成的:

  • 缺乏清洁
  • 表面处理
  • 应用程序错误
  • 对细节的关注

表面张力

许多涂层缺陷都与表面张力问题有关. 表面张力 是液体的弹性倾向使其获得最少吗 表面积 可能的. 当液体界面处的力与液体内部的力不同时,就会发生这种现象, 这是由于分子在表面受力分布不均匀造成的. 表面张力的常用单位是达因/厘米2 (力/单位面积).

例如,涂层的表面张力可能高于基板 去湿,爬行,打孔,度假  透印.

同样,油漆表面张力的差异也会导致 成坑 or 鱼眼.

表1:油漆溶剂的表面张力

溶剂表面张力达因/厘米
72.8
甲苯28.4
异丙醇23.0
正丁醇24.8
丙酮25.2
甲基丙基甲酮26.6
甲基戊酮26.1
点醋酸28.5

 

表2:用于减少表面缺陷的聚合物的液体表面张力

聚合物mj / m2
保利(dimethylsiloxane)22.6
保利nButyl丙烯酸酯33.7
保利nButyl丙烯酸甲酯31.2

 

高极性分子(e.g. 水)比极性较小的材料具有更高的表面张力(见表1和2)。. 表面缺陷 通常可以通过使用少量表面张力低的添加剂,如聚二甲基硅氧烷(DMS)来减少或消除。, 聚丙烯酸丁酯或聚2-乙基丙烯酸己酯. 这些添加剂倾向于迁移到地面,以帮助流动和平整.

表3:可能在应用过程中或应用后不久出现的缺陷

           缺陷外观               原因         补救措施
爬行膜厚不均,脱湿应用于表面张力较低的基材上的高表面张力涂料. 例如,钢的表面有油的油漆
  • 对金属或塑料表面进行适当的清洁
陨石坑/鱼的眼睛涂层表面小而圆的凹陷低表面张力污染物的小颗粒.g. 油、润滑脂、硅油、蜡)或嵌入涂层的基材
  • 适当的喷淋室空气过滤及污染物清除.
  • 表面润湿剂的添加,如DMS和/或具有低glass化转变(Tg)的聚丙烯酸酯.
细裂纹,裂纹涂层上形成小裂纹. 这种情况可能发生在复盖层上,或如果涂料应用于溶剂敏感塑料在塑料上应用涂料,涂料中含有强溶剂,能溶解底层涂料层或塑料基板
  • 使用不会使塑料开裂或开裂的溶剂.
  • 用合适的溶剂测试基材的耐斑点性.
灰尘、污染涂层表面的小凸起缺陷
  • 表面未仔细清洁.
  • 喷漆间和/或过滤间不干净.
  • 喷淋间压力过低.
  • 不合适的工作服.
  • 油漆过滤不足
  • 确保涂装环境的清洁
失去光泽,脸红低光泽度或白色雾区当基材温度低于露点时,由于溶剂蒸发的冷却作用,潮湿的油漆会凝结. 原因:

  • 不合适的还原剂
  • 烘箱内空气流通不良
  • 薄膜厚度过高或过低
  • 适当的湿度控制

 

斑点状阴影金属涂料外观不均匀
  • 脏喷枪喷嘴
  • 不正确的空气压力
  • 不正确的减速机
  • 错误的喷雾技术
  • 不正确的喷雾粘度
  • 使用合适的粘度杯获得喷雾粘度.
  • 定期清洁和保养喷枪.
  • 在应用过程中,保持喷枪与基体平行,并保持喷枪与基体之间的正确距离.
  • 遵循技术数据表的指示.
可怜的藏·油漆覆盖不均
  • 非均匀衬底表面
  • 涂料覆盖不均匀或不充分,掩盖了基材的颜色
  • 均匀和充分的涂料应用,以获得适当的隐藏.
运行和凹陷滴和凹陷
  • 油漆在垂直表面上涂得太厚或太湿,重力克服了油漆向下流动的阻力(粘度).
  • 温度过低,使溶剂适当挥发(溶剂生漆), 或湿度过高(水性漆).
  • 用适当的增稠剂调整油漆的低剪切粘度.
  • 根据环境条件使用适当的减速剂和粘度调节剂.
  • 调整喷枪,涂抹更薄的湿涂层. 如果是水性涂料,请在湿度较低的环境中施工.
跳过/假期不完整的油漆覆盖
  • 油漆涂得太薄
  • 基材表面张力低的微小区域, 造成影片流量和覆盖面不足.
  • 适当的油漆应用和确保表面清洁.
分段,带油漆外观不均匀的条纹.g. 不同的颜色)油漆不均匀的应用程序
  • 使用合适的粘度杯获得喷雾粘度.
  • 定期清洁和保养喷枪.
  • 在应用程序, 保持喷枪与基板平行并保持正确的距离
透印通过涂层突出被涂层基板的表面. 指纹等缺陷, 基板上的砂划痕和水斑点在涂层表面变得清晰可见在具有较低表面张力的基材上喷涂具有较高表面张力的涂层. e.g. 基材表面的指纹或硅油.
  • 确保基材彻底清洁,没有低表面张力油和指纹.
起皱,起重,短吻鳄在涂大衣的时候, 现有的漆膜会枯萎, wrinkles or swells; may also occur during drying.新油漆中的溶剂使底漆面漆膨胀.
  • 允许底漆有足够的固化时间
  • 确保新漆与底漆兼容
  • 正确使用新油漆(不要太湿).

 

表4:修复后更明显的缺陷

缺陷外观原因补救措施
滞留空气类似于溶剂爆裂或气泡油漆水平低时,油漆泵抽气. 在双组分聚氨酯中,存在的水分与异氰酸酯反应产生一氧化碳2 一代.
  • 适当注意涂装线的状况.
  • 确保使用聚氨酯级溶剂和适当的喷雾枪通过干燥剂过滤空气.
  • 涂料中水分清除剂的添加.
巴纳德的细胞固化漆膜表面的六角形图案.由于表面张力差,颜料偏析产生的对流模式调整配方以克服水浸和表面张力差
水泡在烤炉固化过程中,薄膜表面附近的气泡不会穿透表面.薄膜表面的粘度增加到一个很高的水平, 降低挥发性溶剂的浓度.
  • 适当的烘箱分期使溶剂缓慢释放.
  • 在酸催化系统中,使用酸盐来减缓固化并使溶剂释放.
  • 在烘烤前增加闪光时间.
  • 使用蒸发速度慢的溶剂.
  • 喷涂时,应涂上更薄的涂层以形成膜,而不是涂上更薄的涂层.
  • 对水性涂料, 使用脱水烘烤低于沸点的水, 接着是第二次烘烤固化.
橙皮类似于橘子表面轮廓的粗糙表面高粘度或在不利于正常流动和流平的条件下使用的油漆.
  • 根据技术参数表,使用正确的降黏剂将涂料调到合适的粘度.
  • 适用于适当的流体输送速度和雾化空气压力.
溶剂的流行在烤箱固化过程中,薄膜表面破裂的气泡不会流出来薄膜表面的粘度增加到一个很高的水平, 降低挥发性溶剂的浓度. 当溶剂挥发时,气泡会破开表面.
  • 适当的烘箱分期使溶剂缓慢释放.
  • 在酸催化系统中,使用酸盐来减缓固化并使溶剂释放.
  • 在烘烤前增加闪光时间.
  • 使用蒸发速度慢的溶剂.
  • 喷涂时,应涂上更薄的涂层以形成膜,而不是涂上更薄的涂层.
  • 对水性涂料, 先用低于沸点的脱水烘烤,然后再用高于沸点的二次烘烤来固化.
  • 最后,低Tg树脂的使用随着干膜厚度的减小而减小.

 

搜索 探勘者 用于制定补救措施以克服漆膜缺陷:

缺陷解决材料
爬行和衬底湿润
环形山和鱼眼
  • PDMS
  • polyalkyl丙烯酸酯
运行和凹陷
透印
滞留空气
溶剂的流行,水泡三聚氰胺固化系统:

 

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Ron Lewarchik,文章作者 & 腾讯五分彩官网总裁

作为一个特约作家, 罗恩在涂料工业中撰写与配方有关的文章. 他还担任勘探者材料搜索引擎的顾问, 就数据库内的优化和组织材料相关问题提供建议.

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