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减少加热和冷却成本的建筑涂料

以欣赏建筑涂料,减少供暖和制冷成本, 了解美国能源消费的基本原理是很重要的. 根据美国.S. 能源信息服务, 美国40%的能源消耗用于住宅和商业建筑的供暖和制冷. 对于房主来说,他们平均能源支出的25%是用于制冷. 考虑到这些事实,消费者欣赏任何有效的涂料配方可以提供.

传热机制

在考虑如何设计涂料以节省加热和冷却成本之前, 检查起来很有意义 传热 机制: 辐射,传导和对流.

辐射

如图1所示, 辐射 是以射线或波的形式在空间中发射和传播的光能:

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图1 -辐射光谱1

如图2所示,颜料可以吸收或反射 太阳红外能量 根据它们的颜色.  例如,如果颜料 吸收 红外(IR)能量(如传统的深色颜料), 腾讯五分彩官网看到涂层基板的热积聚. 如果颜料 反映了 在红外光线下(如白色和较浅的颜色),腾讯五分彩官网看到温度的升高较低.

为了说明, 在环境空气温度为20°C时,钢结构建筑的表面将保持在20°C左右, 而漆成黑色时,表面温度约为35°C.

 

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罗恩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.

金属表面处理-成功性能的关键

无论什么金属表面都需要涂漆, 成功的表现始于适当的清洁和 表面处理. 本文将集中讨论制造过程中确保成功所必需的基本问题 金属处理 以及合成涂层性能. 由于有数百种表面处理方法,腾讯五分彩官网将解决影响的主要因素 磷酸金属预处理 哪一种是使用最广泛的预处理化学. 磷化处理用于钢、锌和铝基体.

预处理过程 对于金属表面提供了多种好处,因为它是油漆分层系统的基础. 优质的金属处理工艺 提高附着力 在金属和涂料层之间提供更均匀的表面并提供更大的 耐蚀性 漆膜的切割少.

表I -典型的喷淋或浸淋磷酸盐预处理过程

处理步骤顺序目的化学物质潜在的问题(S)
1. 清洗(见 无花果我 & II)去除土壤, 轧机油, 润滑油和拉丝化合物, 金属氧化物的溶解, 沉淀硬水沉积物碱性清洗剂
  1. 不完全去除,合成油比天然油更难去除
  2. 污染的清洗过程,清洗化学品的消耗
  3. 温度过低
  4. 可怜的坦克维修
  5. 机械作用不足
  6. 改变时间、温度、压力(用于喷雾清洗机)或清洗机浓度
2. 水冲洗(年代)清除残留的清洁剂和沉淀物优质自来水和/或反渗透(R/O)水
  1. 从清洗过程中拖出对水敏感的沉积物
  2. 含有硬水的自来水可能会在金属表面沉积可溶于水的化合物
3. 护发素冲洗干净(见 图3)用于在金属表面形成适当的磷酸盐晶体胶体钛盐和添加剂Ti胶体的不稳定性:

  1. pH值过低或过高
  2. 高温
  3. 污染
  4. 水质差(水质太硬)
4. 磷酸步骤(见 图4)形成微晶涂层,提高涂料附着力和耐腐蚀性
  1. 磷酸和硝酸
  2. Zn Ni Mn Fe阳离子
  3. 氟化物,表面活性剂和促进剂
  1. 必须不断清除磷酸铁泥以进行适当控制吗
  2. 确保罐体过程的最佳再循环速率或喷雾过程的喷嘴压力
5. 冲洗阻止金属表面的化学反应水必须干净
6. 冲洗后填补预处理空洞Hexafluorozirconqic酸合理控制pH值、时间、温度、压力(喷雾)
7. 去离子的(D.I.冲洗(年代)清除任何残留的化学物质,并为涂层提供一个干净的表面D.I. 再循环冲洗,然后是D.我冲洗从之前的步骤中遗留下来的化学品和其他污染物. 必须确保D.I. 维持水质

 

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乳液聚合基础“,

本文将详细介绍 乳液聚合. 乳液聚合 是由固特异轮胎公司开发的 & 20世纪20年代的橡胶公司. 乳液-聚合过程的结果是 乳胶粒子, 哪一种是聚合物在水中的分散. 水性涂料的主要用途 乳液聚合物 是否是全球使用的最大类型的涂料技术,并预计将继续增长作为总涂料市场的百分比.

在乳液聚合中,单体首先分散在水相中. 引发自由基在水相中生成,并迁移到被单体分子膨胀的皂胶束中. 随着聚合的进行, 更多的单体迁移到胶束中,使聚合继续进行.

图1

因为在终止之前,胶束中只有一个自由基, 非常高的分子量是可能的.订货数量在1,000,000美元或以上. 与聚合物溶液, 乳胶的粘度取决于颗粒分散在(连续介质)中的介质的粘度。. 加入链转移剂以控制分子量. 所合成的乳液颗粒是一种 油水乳状液. 水相中的单体.

一种不太常用的乳剂技术叫做 逆乳液聚合 这个过程涉及到将单体的水溶液分散到非水相中.

乳液聚合可以用 批处理, 半连续过程 或连续的过程. 商业乳胶聚合物 都是使用 半连续的或连续的过程 而不是简单的批处理,因为简单的乳化批处理过程中产生的热量在大型反应容器中是不可控的. 在半连续间歇过程中, 单体和引发剂按一定比例和控制的速度加入,以便快速聚合发生. 在这个方法中, 单体浓度低, 也叫欠饥饿单体条件, 方便控制温度. 也常见的是使用 种子乳胶.

持续的过程, 反应系统被不断地注入, 且远离, 一个合适的反应器,其反应速率使在任何时刻进行反应的系统的总体积是恒定的.

 

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利用效果颜料设计无限涂料的可能性

Effect颜料,UL Prospector, Ronald Lewarchik, 2016年5月: 效果颜料 提供无限阵列的颜色和效果,使无限的设计可能性的涂料. 这些效果包括闪烁的灯光错觉, 金属反射, 干涉闪烁和颜色变化和光泽变化,视角度和光源.

它们被用于各种涂料中, 包括汽车行业, 纪念性和小型建筑以及其他工业和产品加工应用. 颜料可根据其反射光的能力大致分类:吸收, 金属和干扰.

传统的有机颜料和无机颜料分为 吸收颜料, 因为它们吸收照射到它们表面的特定波长的入射光. 颜色的感觉是由反射的可见光的剩余部分产生的,腾讯五分彩官网观察到的颜色.

例如,一个 喹吖酮红色颜料 反射产生红色的那部分光并吸收其余的光能量. 二氧化钛 反射所有的光,不吸收任何光,而 炭黑 吸收一切,不反射任何东西. 因为它们有吸收光线的能力, 吸收颜料不显示金属光泽或彩虹色,因此 一维 它们与光相互作用的能力.

金属颜料 由细小扁平的铝片组成, 青铜, 锌, 铜, 反光的银或其他金属,从而产生金属光泽. 这些颜料 两个维 or 金属颜料.

获得材料数据 干涉颜料由不同的层组成,例如 金属氧化物 放置在 云母,一种天然矿物质. 光碰到这些颜料的表面就会发生折射, 由颜料层反射和散射. 通过反射光线的叠加(或干涉), 创建一个改变的颜色数组, 在反射角度上看到的最强烈的颜色.

效应颜料在与光的相互作用方面是独特的,因为它们的几何形状通常是高纵横比(宽高比)的血小板。. 这取决于具体的技术, 可以创建各种各样的颜色和效果, 如干扰微光, 彩色旅行效果或金属反射.

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丙烯酸树脂的基本面

丙烯酸树脂基础,UL勘探者,Ronald Lewarchik, 2016年4月:

涂料使用 丙烯酸树脂 是涂料行业的领先聚合物技术吗. 从历史上看 醇酸 数十年来,饰面在涂料领域一直处于领先地位. 丙烯酸酯被用于建筑涂料, 用于原始设备制造的产品表面处理,包括汽车(OEM)和再加工, 以及专用涂料.

丙烯酸树脂主要以 丙烯酸酯异丁烯酸甲酯 单体和提供良好的耐候性, 耐水解, 表面光泽度和保色性. 由于它们的多功能性和性能, 丙烯酸涂料占所有涂料的25%以上,全球销售额接近250亿美元. 丙烯酸树脂可以是热塑性树脂或热固性树脂,在有机溶剂中使用, 水传播的, 粉末和辐射固化涂料

表I -非功能均聚物的Tg
表I -非功能均聚物的Tg

三大类液体涂料利用丙烯酸树脂包括 热塑性塑料,热固性和水性. 许多丙烯酸树脂还可能包括其他乙烯基单体,如 苯乙烯 or 醋酸乙烯酯 主要是为了降低成本. 丙烯酸单体的Tg低于类似的甲基丙烯酸酯单体(例如,比较丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸正丁酯的Tg,见表I和表II). 如表二所示, 可选择用于合成树脂的单体的玻璃化转变温度,以增强包括耐候性在内的多种性能, 抗湿性, 氧气渗透, 灵活反应, 治疗和硬度. 除了, 丙烯酸可以与各种单体功能化,以提高对金属的附着力, 或者与氨基体或异氰酸酯交联剂反应.

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表二Tg与物理性能的关系

热塑性丙烯酸聚合物 (TPA)一般具有优良的性能,包括外部耐久性. 从50年代到70年代,这种树脂广泛应用于汽车OEM和修补面漆中, 但它们的使用已经急剧减少,因为提供特性所必需的高分子量, 它们需要大量的有机溶剂,以使空气雾化喷雾应用. 因此,这些涂料适用于固体重量约20%. 热塑性树脂通常使用高水平的甲基丙烯酸甲酯 聚合物 脊柱提供优良的硬度和外观耐久性.

图一-聚MMA和聚MA的结构 
图一-聚MMA和聚MA的结构

热固性丙烯酸树脂(TSA) 设计的功能性单体是否在受热或受潮时能够自我反应, 或者用交联剂形成交联膜. 热固性树脂作为一个基团分子量较低,因此具有较高的应用固体. 一次交联, 作为一类,他们提供的薄膜具有优良的耐有机溶剂性, 当暴露在中等高温下时,不会像热塑性塑料那样明显软化.  具有官能团的丙烯酸单体的一个例子,可用于功能化丙烯酸聚合物,以提供诸如交联等性能, self-crosslinking, 改善附着力或颜料润湿情况见表三.

表三-功能丙烯酸类单体 
表三-功能丙烯酸类单体

能够功能化具有广泛活性基团的丙烯酸树脂提供了定制树脂骨架性能的能力,以提高在各种基材上的附着力, 改善颜料的润湿性和/或提供交联或自交联的能力. 其他 丙烯酸单体 是否也可向丙烯酸树脂中添加磺酸或磷酸功能.

能够功能化具有广泛活性基团的丙烯酸树脂提供了定制树脂骨架性能的能力,以提高在各种基材上的附着力, 改善颜料的润湿性和/或提供交联或自交联的能力. 其他 丙烯酸单体 是否也可向丙烯酸树脂中添加磺酸或磷酸功能.

氨基甲酸酯功能化丙烯酸酯也可以通过例如异氰酸酯功能化丙烯酸酯与羟丙基氨基甲酸酯反应而制成. 许多功能化丙烯酸树脂类的丙烯酸被用于汽车OEM和翻新清理涂层,以提供良好的抗磨损组合, 耐化学性和光稳定性.

 

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醇酸树脂工艺基础

掌握醇酸树脂工艺基础

尽管醇酸树脂不再是涂料中体积最大的树脂类型, 它们在涂料工业中仍发挥着重要作用, 不仅仅是因为它们的多样性, 但也因为它们使用了大量的可再生材料.

这个词 醇酸 是从酒精和酸中提取的吗.

醇酸树脂是由两种材料之间的缩合反应制备的 多元醇, 二羟酸脂肪酸. 所述脂肪酸部分来源于植物物质,因此是一种可再生资源. 醇酸酯的主要性能特征包括其提供改善表面润湿性的能力(来自基质和颜料的生物基脂肪酸部分)和较低的成本(也主要来自脂肪酸部分). 最广泛使用的 多元醇 其中包括甘油、季戊四醇和三甲基丙烷,而使用最广泛的 二羟酸 邻苯二甲酸酐和间苯二甲酸是吗.

醇酸图一更新

天然产生的油以甘油三酯的形式存在. 甘油三酸酯 甘油和脂肪酸有三酯吗. 甘油三酯可以是干性油,但很多不是. 干燥油与氧的反应性产生1,4 -二烯. 天然产生的油由混合甘油三酯和不同脂肪酸的混合物组成,作为甘油酯分子的一部分.

这些甘油酯分子中的一些是由比例较高的脂肪酸和大量的与二烯丙基亚甲基的非共轭不饱和脂肪酸组成,从而提高了干燥性能. 例如, 亚油酸 有一个活性的二烯丙基(-CH=CH - CH2 -CH=CH -), 而亚麻酸有两个活性亚甲基. 此外,为了提高干燥速度,醇酸树脂可以用乙烯基改性 甲苯 or 苯乙烯 以提高Tg,从而减少达到给定硬度所需的时间. 如果醇酸中的油量超过60%,则称为长油醇酸. 如果在40%到60%之间, 它被称为中油醇酸, 而小于40的则被认为是短油醇酸. 根据脂肪酸含量计算油长百分比的公式如下:

醇酸2

除油量外还有醇类和酸类功能成分的选择, 油的类型对干燥时间和性能有着深远的影响.

脂肪酸 被进一步归类为 干燥、半干燥和不干燥. 如果非共轭油的干燥指数高,则被认为是干性油, 计算如下, 大于70. 的数量越高亚麻 亚麻油酸 含量越高,干燥指数越高:醇酸3

尽管干燥速度随着亚麻酸百分比的增加而提高, 外墙白色涂料的黄变率也更大. 相应的, 用红花油和葵花籽油制成的醇酸树脂,由于亚麻酸含量较低,因此具有较好的抗黄变性能.

醇酸4醇酸5

此外,根据醇酸的油长和脂肪酸的种类对其进行分类, 醇酸树脂也被分为 氧化和non-oxidizing 类别. 通过复杂的多级自氧化机理氧化醇酸交联, 而非氧化性醇酸酯不交联,因此是热塑性的,除非其可用的羟基与氨基体交联(热固化)或 异氰酸酯 交联剂(环境治愈).

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UV-LED固化涂料提供了高速光固化过程

UV-LED固化涂料提供了高速光固化工艺,与传统的固化工艺相比有许多优点. 多个优势包括 高速, 较低的能量需求, 挥发性有机化合物少或不多, 更少的生产空间, 减少灰尘收集, 高质量的完成, 快速处理 以及一些UV光技术的瞬间开关,也加快了生产和节能. UV 可治愈的 油漆饰面自1960年代就存在了,是基于聚合反应的,包括自由基和阳离子引发的链生长聚合反应. As the majority of 涂料 for UV cure 涂层 utilize free radical 聚合物ization (>90% of market), 本文将主要关注由光引发剂引发的自由基聚合(图. 1):

图1牧师

UV/EB固化涂料中使用的不饱和类型如表I所示, 目前最大的种类是丙烯酸酯.

表一:用于UV/EB固化的不饱和度类型
表一:用于UV/EB固化的不饱和度类型

的光

主要考虑了两种不同性质的光引发剂的吸收曲线. 第一个, 是PI和第二个吸收光的最大波长(Lambda 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更长的波长在300 nm至450 nm之间比固化透明配方. 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(见表一). 长波长的光对于加强较厚涂层的固化也是必不可少的. 较新的PI也使色素涂层的配方成为可能,除了透明涂层. 一般固化考虑受颜色的影响, 聚氯乙烯, 颜料的粒径和膜厚如图所示. 2:

图2 - UV固化的考虑
图2 - UV固化的考虑. 图片: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活性,从而引发聚合反应. 1-羟基环己基苯基酮是一种广泛应用的I型PI. II型光引发剂在照射后形成激发态, 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. 二苯甲酮是被广泛使用的II型光引发剂的一个例子. 三级 当它们与二苯甲酮反应时,通常用作增效剂吗, 同时也延缓了氧对聚合的抑制作用. 当涉及气味和可提取物时,可以使用丙烯酸叔胺化合物. 氧气 can also inhibit cure especially in thin films; to counteract oxygen inhibition, 涂料可使用胺类增效剂, 在氮气气氛下固化, 添加蜡, 高引发剂浓度, 更强烈的紫外线, 和/或表面活性引发剂.

 

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汽车涂层失效案例专家证人

汽车涂层失效案例专家证人

挑战:

在一桩涉及一家大型全球涂料供应商的水性汽车翻新涂料生产线涂装故障的诉讼中,原告要求一名专家证人对涂装故障进行调查, 提供专家报告, 宣誓和提供庭审证词.

行动:

腾讯五分彩官网公司进行了广泛的研究和测试,以评估故障是如何发生的,并确定其可重复性. 一旦失败被证明,化学动力提供了彻底的专家证人的支持.

结果:

陪审团裁定被告犯有欺诈罪和对产品性能属性的虚假陈述罪,原告胜诉. 原告得到数百万美元的判决.

惰性颜料

惰性颜料:改善油漆性能的无形贡献者

惰性颜料几乎不吸光, 因此, 在固化的漆膜上, 从颜色的角度看不太突出. 惰性颜料的折射率与涂料中使用的载体的折射率相似, 所以它们提供的光散射很小. 然而, 与不透明颜料一起使用, 它们可以以更低的成本提供增强的不透明度. 惰性颜料也被称为填料或填料,因为它们通常成本较低,在漆膜中占有体积. 它们提供的其他有价值的功能包括改善机械性能, 流变学调整, 光泽调整, 以及增强的屏障保护.

影响涂料性能的惰性颜料的关键特性

  • 矿物学 -化学成分、晶体结构、莫氏硬度(图. I)
  • 物理特性 -亮度、折射率、pH值、惰性、吸油性、纯度和可溶性盐的存在
  • 粒子指标 -粒度、形状、粒度分布和长径比
图1矿物的莫氏硬度
图1矿物的莫氏硬度

每一个图我, 滑石是一种较好的填充颜料,可以改善底漆表面的砂光特性, 而一个  基于颜料的,如石英(SiO2)会增加室内建筑墙漆的硬度,从而提供更好的耐擦洗性.

的 化学成分 一种颜料也可以发挥巨大的作用,在决定整体影响的表现. 例如,外部的碳酸钙 乳胶 油漆在酸雨的作用下会降解, 产生二氧化碳和碳酸氢钙, 它是水溶性的. 这反过来又会导致漆膜多孔,碳酸氢钙会迁移到漆膜表面, 形成一种不溶的轻霜 碳酸钙.

颜料 当用于金属底漆时,pH值小于7会加剧腐蚀.  在色素中,酸性是有贡献的, 而钙, 钾, 钡, 钠提供了碱性. 如果一种色素含有 可溶性盐, 这些盐暴露在潮湿环境下会引起起泡.

 

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用太阳反射涂层来降温

太阳反射涂层-深度潜水

根据美国环境保护署的统计,美国每年大约花费400亿美元.S. 空调建筑. 的公司 太阳能反射颜料 在美国,油漆可以降低空调建筑的成本.S. 超过80亿美元.

图1:SolarReflective
图1:太阳能反射

暴露在阳光下时, 众所周知,浅色, 特别是白色的, 保持比深色表面更凉爽. 较深的颜色,尤其是黑色,会吸收红外光能量,导致基材变暖. 被吸收的光能的多少取决于颜色.

决定物体在外部环境中温度的其他因素, 除了颜色和 太阳能反射率, 包括它的发射率,对流和传导. 进一步说明, 图1表示环境温度为20°C时的情况, 白色物体将保持在20°C左右, 而黑色物体的钢结构涂层表面温度约为35°C.

然而,如果涂层的基材是木材,同样的黑色涂层的表面温度约为65°C, 塑料或隔离钢板. 关键的定义:

总太阳能反射率 -被表面反射的太阳辐射量,以百分数表示.

热发射率 -材料从自身散发热量的能力,或者更确切地说,散热的能力.

对流 -与基板上方空气的能量交换.

传导 -与表面下的基板层进行能量交换.

为了更好地理解为什么颜色在阳光下显示不同的加热/冷却特性的现象, 研究自然光谱是必要的. 太阳辐射以三种不同波长到达地球表面. 这些光包包括紫外光(UVA 280 - 315 nm), 及UVB 315 - 400 nm), 可见光(400nm - 700nm)和红外光(近红外和远红外)在700 - 2500nm之间. 人眼看到的光主要是光谱中可见的部分,从而产生颜色. 一些动物物种,如鸟类,可以看到光谱中紫外线部分的光.

太阳辐射光谱
无花果. 2太阳辐射光谱

图2显示了太阳辐射的自然光谱. 5%的光能是紫外光, 46%是可见光, 剩下的49%是红外光能. 颜料 能吸收或反射 太阳红外能量 resulting in 1) heat build-up of the coated substrate if the pigment 吸收 IR energy (for example conventional darker 颜料); or 2) little or no increase in temperature if the pigment 反映了 IR light (for example white 和 lighter colors).

太阳红外能量 (700 – 2,与室内空间中热物体发射的红外能量不同, 如加热器. 红外线能量发现在远红外线范围超过1200纳米.

 

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