智能涂料——智能选择

有很多定义 聪明的涂料然而,它们都有一个共同的特点,那就是能够感知环境并与之互动. 与传统的保护和装饰特性相比,智能涂料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美元的复合增长率扩张.到2024年,销售额将达到10亿美元.

智能涂料中的外部刺激

智能涂料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

这些性能可以通过使用新型的特种添加剂来获得, 颜料和/或聚合物.

Icephobic涂料 在冰的粘附性差的表面上抵抗冰的形成,或在表面上形成的冰的释放. 憎冰涂层在飞机工业、风力涡轮机和电力线上都有应用. 有两种冰的形成是有问题的.

  • 白霜冰,更俗称霜
  • 眩光冰, 更常见的说法是釉冰, 是什么形成了一层连续的液态水并在其表面冻结. 耀眼的冰对电线和飞机特别危险.

憎冰涂层既可以配制成雾凇冰也可以配制成眩光冰,但不能同时配制成两者. 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表面比预期的接触角更少的疏冰. 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,弹性聚氨酯涂层提供的冰的附着力比涂层的结构相似,但更多的玻璃性质. 理论是,PU弹性体涂层的表面在固体冰和轻微交联的PU或硅弹性体结构之间诱导滑移,在表面悬挂链.

其他方法利用在某些表面降低凝固点或在低表面张力涂层上添加油. 最后, 有些涂层利用添加剂来增加形成冰形核所需的过冷程度.

自我修复涂料

所有涂层在使用寿命期间都容易被刮擦和磨损. 抓挠和磨损不仅对外观有不良影响, 但是,如果涂层应用在可氧化的metal表面,则会进一步降低有效寿命.

Seongpil一个等.Al研究了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦涂层被刮伤, 含有催化液体可聚合材料的微胶囊或纳米胶囊.g. 干燥油,二环戊二烯)被释放到划痕中. 图2说明了基于胶囊或纤维的自愈技术. 一旦胶囊破裂, 聚合作用是填充空隙,减少水分的进入,从而提高涂层的耐蚀性和外观. 基于热塑性聚(e-己内酯)的纤维分布在环氧树脂基体中,是自愈合技术的一个例子,可以在暴露于热时恢复膜的完整性.

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

环境传感涂层

能够对环境的变化作出反应, 这些涂料具有多种用途. 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干燥过程中的pH值变化而改变颜色. 在干燥时,颜色的变化,例如粉红色或紫色,有助于表示 足够的覆盖率 底毛颜色相似.

含有pH敏感染料和荧光分子的涂料也被用于 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Fe的存在都有反应+++ 离子.

智能涂层的另一个快速增长的领域是使用经过修改的涂层,以抵抗病毒或细菌在表面的定植. 大多数表面都含有微量的营养物质,如糖, 使微生物生长和繁殖的油或磷.


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抗菌涂料

抗菌涂料具有多种用途,包括医院, 厨房, 公共浴室, 交通运输(出租车, 超级汽车, 在飞机上),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,或吸附在多孔表面上,以使银缓释和延长使用寿命. 季铵盐也具有抗菌活性, 季铵盐对病毒和真菌更有效. 铜还提供一些抗菌活性,以及有机抗菌,如三氯生.

表1 -其他智能涂层应用概述

涂层类型主要刺激智能响应
太阳能反射反射红外能量使用掺杂混合metal氧化物的浅色和深色阳光提供更凉爽的表面,节省空调成本
压电颜料在受力时产生电流(pb - zr -钛酸盐)振动当受到机械应力时产生电压
压磁多晶材料在受力时产生磁场振动当受到机械应力时,会产生磁场
热变色液晶和亮色染料随温度变化而变色温度显示指定范围内的温度变化情况
电致变色的聚合电解质,一接触电流就会变色电流色彩变化,审美情趣,指标
疏水/亲水表面改性与调整表面张力水分调节水接触角,击退(疏水)或吸引(亲水)

有关选择材料以增强疏水性的附加信息, 请导航到 www.ulprospector.com (EU).

  • 有机涂料,科学与技术,弗兰克·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,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, 和预测2017 - 2025
  • 安圣弼,李敏旭,亚历山大L. Yarin,山姆年代. 尹, 基于微胶囊和核壳血管网络的体外自愈系统的比较研究, 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

几乎所有美学和功能性应用的漆膜,首先必须对所需的基材提供附着力. 因此, 在为预期应用提供可接受的附着力时,必须考虑多种因素. 影响粘连的关键因素包括:

  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. 评价粘连

1. 表面润湿 -之间的关系 表面润湿 而附着力是设计涂料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不能自发地在基材表面上扩散, 这样,与基材表面形成机械和化学键的机会就有限了.

如果液体的表面张力(力/单位长度或达因/厘米)低于被涂敷固体的表面自由能,液体就会自发地在材料表面扩散. 例如, 下面的图像提供了一个可视化的不同程度的润湿性的液体滴上的表面是湿的.

图1 -不同程度的衬底润湿图像

基材润湿度图像-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(LST)比 固体表面张力(SST),则固体会发生润湿. 这个差异越大, 液体湿润并在固体表面扩散的机会越大. 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比较困难.

因此, 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 LST < SST, wetting occurs.

表1 -液体表面张力(LST)和固体临界表面张力(SST) (dynes/cm) @ 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 -被涂涂层的基材的外形也会影响附着力. 由于表面面积较低,且为涂层与基材联锁提供的面积较少,光滑的表面更难实现涂层的附着力. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层很难湿润和穿透表面缝隙. 这在图2中列出的图表中得到了说明.

图2涂层与基体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

图B中的微观表面轮廓将提供比图A更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基材联锁. C表面有不容易被涂层渗透的口袋和孔隙, 导致空气袋可以捕获水分和可溶离子,导致水泡和腐蚀(如果基材是可氧化的metal),因此长期附着不良,最终薄膜失效.

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性和微观渗透(毛细管作用). 附着力也会受到不利影响 强调 这是由于涂层干燥或固化时收缩的结果. 长期的环境影响,如暴露在潮湿环境中, 光, 热, 污染物和热循环也起到最终降解附着力的作用.

3. 表面化学和结合强度  除了表面张力和基材的表面轮廓外, 可用的基材官能团可为涂层组件的共价和氢键提供位点,以进一步增强与基材的粘接强度.

表2 -粘接力

粘接力表。提供完美涂层附着力的指南

如表2所示,与表面的结合强度最高的是 共价键, 例如提供的那些例如双官能团三烷氧基硅烷偶联剂在涂层和metal表面之间的反应.

大多数 metal 表面有一层薄薄的油,以减缓氧化速度. 油也降低了表面的能量,因此更难被弄湿. 因为这个原因, metal表面——例如钢, 镀锌钢和铝-通常在涂装前进行清洗,去除油,然后进行预处理, 例如, 经过磷酸锌或磷酸铁处理的表面. 磷酸基的作用是增强涂层通过的附着力 氢键 metal表面与聚合物上的反应位点的关系.

图3经锌预处理的metal表面氢键的例子.磷酸

氢键的配方-提供完美涂层附着力的指南

活性组 在聚合物的脊骨上或通过添加含环氧树脂的二聚或多功能附着力促进剂, 氨基或硅烷官能团可以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接强度.

为 玻璃或石英 丰富的表面, 偶联剂,如氨基硅烷,也可以通过与含有环氧基团的树脂骨架反应来增强附着力,偶联剂的烷氧基功能硅烷部分与所述偶联剂粘接 硅 形成硅氧烷的表面.

塑料 是否因为它们的表面自由能较低,而脱模剂的存在可能会进一步降低它们的表面自由能,所以更难湿化. 通过紫外辐照提高聚烯烃的表面自由能,可以提高其对聚烯烃的附着力, 一旦使用了光敏剂, 或者火焰处理产生羟基, 羧基和酮基.

塑料表面上的这些官能团提供了更高的表面能来改善润湿性,并为涂层上的聚合物官能团提供了氢键位点. 提高与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,并使涂料在塑料涂层界面上混合.

4. 色素沉着 -底漆中使用的颜料的等级和类型不仅影响涂层基材的附着力, 还要看它能附着在表面多久. 大多数底漆的配方为临界颜料体积浓度(CPVC)或略低于临界颜料体积浓度(CPVC),以最大限度地提高面漆附着力(底漆表面较粗糙,自由能较高)以及许多其他涂层性能(图4).

CPVC对涂层性能的影响表-提供完美涂层附着力的指南

使用极性更强的颜料可使颜料分散过程中更容易湿润, 但可能会降低长期的附着力,因为它们更容易在涂层-基板界面上的水分迁移和剥离. 平板颜料和具有极低或无水溶性成分的颜料也能延长寿命.

方法A和B - A提供完美涂层附着力的指南

5. 评价粘连 有多种方法来确定和量化有机涂层对基材的附着力. 两种最常用的测定粘附力的方法包括 ASTM D3359(交叉舱口胶带粘接)和 ASTM D4541(拉出附着力). ASTM D3359描述了两种方法来确定交叉舱口胶带的附着力:方法A是简单的X, 方法B是格子图. Method A is used in the field 和 for films > 5 mils, 而方法B用于实验室测定. 评级如下图所示:

按专用胶带拆除的交叉舱口面积进行分类,包括:

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

ASTM D4541(拉出附着力利用一种装置来测量粘在涂层表面的移动小车的拉离强度. 该装置确定了剥离涂层所需的力(单位为磅/平方英寸). 这不仅量化了拉离涂层所需的力的大小, 还有失败的类型(粘性或粘性), 涂层在哪一层失效(面漆到底漆), 底材等的底漆.).

PosiTest AT-A -提供完美涂层附着力的指南
PosiTest AT-A自动粘附测试仪(来源:deelsko)

来源:

通过流变学获得更好的性能

具有无故障性能的油漆和有故障的油漆之间的区别在很大程度上取决于 流变学 的油漆. 流变学 被定义为流动和变形的科学,并影响以下性质:

  • 转移 树脂和油漆
  • 颜料分散
  • 应用程序 (刷涂、辊涂、反涂或直涂、喷涂、圆盘涂和流涂)
  • 膜的形成 (流动、流平和膜聚结)
  • 贮存稳定性 (耐颜料硬沉降)

相反,粘度可以定义为流动阻力. 如果不考虑和理解粘度,关于流量和流平的讨论是没有意义的. 简单的说, 粘度 液体的流动阻力可以用可测量的数值来定义吗. 黏度表示为剪切应力与剪切速率的关系.

                       ϒ (剪切应力) = F(力)/ A(面积)

                       D(剪切速率)= V(速度)/ C (厚度)

剪切速率 表示为秒和 剪切应力 达因/厘米2
因此, 粘度 可以表示为剪应力/剪切速率:

                       η(粘度)  = ϒ (剪切应力) / D(剪切速率)

由此得出粘度的单位为达因/厘米/秒-1 或者达因秒/厘米or 风度. 流体分为:

  • 牛顿 (粘度与剪切速率的线性关系)
  • 触变性和假塑性 (随着剪切速率的增加,粘度降低)
  • Dilatent (随着剪切速率的增大,粘度增大)

表1. 粘度测量单位

粘度测量单位。了解更多关于油漆的流变性

图1. 单点粘度测量. 多点粘度测量

单点粘度图-了解更多关于油漆的流变性

如图1所示, 单点粘度测量不能提供必要的信息,以确定油漆是否牛顿, 扩展或触变. 因此, 为不同的油漆工艺设计合适的涂料, 有必要知道在一定剪切速率范围内的粘度特性. 多点粘度测定和流变性调整可以优化颜料分散, 树脂和油漆转移, 应用程序, 油漆流, 找平和存储稳定性.

各种流体的粘度特性

图片解释各种流体的粘度-了解更多关于油漆的流变性

图2. 各种油漆工艺对粘度和剪切速率的要求

显示粘度和剪切速率的图表-了解更多关于油漆的流变性

如图3和图4所示,涂层工艺如树脂和油漆的粘度要求 转移,颜料分散,应用,成膜和储存稳定性 取决于流变学吗. 例如, 在颜料的高速分散和应用性能方面, 一种程度的触变(剪切变薄)AIDS处理, 抗凹陷性和沉降性.

无花果. 3各种工艺粘度测定的类型

粘度类型-了解更多关于油漆的流变性

无花果. 4多种油漆工艺的流变特性

流变曲线图-了解更多有关油漆的流变特性

无花果. 5磨基配方的粘度要求

Millbase配方-了解更多关于油漆的流变性

多个 流变学/控制 可以使用 勘探者的搜索引擎 并可用于修改水性和溶剂型涂料,以调整应用性能和耐硬凝性. 在涂料配方中,有多种成分和变量影响流变学.

影响油漆流变性的问题包括:

  • 涂层成分
    • 粘合剂(溶液对乳胶或分散体)
    • 颜料
    • 填充颜料和填料
    • 颜料分散剂
    • 表面活性剂
    • 胺含量及种类(水性涂料)
    • pH值(水性)
    • 助溶剂
  • 流变特性定制
    • 流变改性和选择的标准
    • 流平剂
    • 表面活性剂
    • 其他添加剂

乳胶漆的粘度倾向于表现出过度的剪切稀释行为,并依赖于以上所列的多种组成因素. 对乳胶涂料, 当粘度在高剪切率调整适当的应用, 适当调平时,在低剪切速率下,粘度趋于较高. 这就是为什么乳胶漆的流平性往往比溶剂型涂料差的原因. 这在较高的光泽水平上是最明显的. 因此,为了消除这种现象, 联想增稠剂使用年代. 用简单的术语, 联想增稠剂 可以定义为含有多个疏水基团的水溶性聚合物吗.

一些常见的 thixatropes 他们的公司包括:

  • 有机粘土-在颜料分散步骤中添加
  • 氢化蓖麻蜡-冷却/加热激活时添加到研磨机的基础上
  • 聚酰胺-在冷却/热激活时添加到磨基上,或可在冷却/热激活时预激活并添加
  • 气相二氧化硅-在放气过程中添加

水性涂料的流变控制剂包括:

  • 纤维素制品
    • 羟乙基纤维素
    • 羧基功能纤维素
    • 甲基纤维素
  • 聚酰胺
  • 合成粘土
  • 硅胶

联想增稠剂 水性涂料的类型包括:

  • 疏水改性聚氧乙烯基聚氨酯
  • 疏水改性碱胀乳剂
  • 疏水改性羟乙基纤维素
  • HEURASE -疏水改性聚氧基氨基甲酸乙酯碱膨胀乳剂)

无花果. 6 ASTM D2801抗凹陷性-涂漆前(左图)和后(右图)添加流变改性剂的图像

抗下垂-了解更多关于油漆的流变性

图6. 用触控绳适当调整的油漆与修改前的左图对比,说明同一油漆的抗垂下性能的差异总之,流变性在提供颜料易于分散方面起着重要作用, 良好的流体传输, 可接受的应用性能和长期抗硬沉降能力. 有关流变材料的其他信息可以使用勘探者的搜索引擎的关键字,如流变学, 触变性, 流和增稠剂.

资源

探索者知识中心和搜索引擎

Wikepedia

有机涂料,科学和技术,第三版,威利,威克斯.al. 2007

有机涂料,科学和技术,第三版,威利,琼斯e.al. 2017

www.warnerblank.com

使用外部航空航天涂层飞行

航空航天涂料的外部应用要求一套苛刻的 性能属性 从功能和美学的角度提供可接受的性能. 在许多情况下,一架新的商用飞机的成本可能超过3亿美元,预计飞行时间为4次,持续几十年,每年工作时间在000小时或以上. 根据GMI, 到2024年,航空航天涂层市场规模预计将超过10亿美元.

在勘探者知识中心了解制定航空航天外部涂层的挑战.

  • 在120华氏度到- 70华氏度的快速温度变化下,能在几分钟内保持附着力和柔韧性
  • 耐液压油,包括Skydrol,柴油,润滑油和除冰液
  • 在高海拔地区暴露在强烈的紫外线下,可抵抗降解
  • 反复进行干热冷湿循环
  • 优异的耐腐蚀性,因为飞机经常在海洋和工业环境中操作
  • 高度的柔韧性和抗湍流所产生的应力, 振动和翅膀弯曲
  • 耐磨损和侵蚀,在亚超音速和超音速速度下从污垢和沙子上涂漆
  • 红外(IR)反射率(军事应用)
  • 低密度(节省重量)
  • Icephobic
  • 低的咖啡

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的 底物 机身和飞机蒙皮主要是AA 2024铝. AA 2024是铜和铝的合金. 铜提供了一个增加的强度与重量的关系, 然而,它也不利于耐蚀性. 减重是新飞机设计的巨大推动力,因为它相当于节省燃料, 速度和范围. 复合材料、metal纤维层合板和铝锂合金的应用越来越广泛.

大量的 清洁/预处理类型 (传统的六价铬基)提供了一层薄的保护层,以提高耐蚀性以及后续涂层的接受能力,因为它增加了表面张力和表面极性.

  • 有机涂料 典型的包括底漆,着色底漆和透明底漆.
  • 引物 典型的有机溶剂和水性双组分环氧-多胺/聚酰胺类型是否含有扩展剂, 添加剂, 催化剂,并进一步加强与缓蚀颜料.

常见的类型 腐蚀 飞机上包括 丝状点蚀,晶间,剥离,应力开裂,电蚀 和 缝隙腐蚀. 所有这些类型的腐蚀都因潮湿而加剧, 盐, 热循环和直接接触metal的metal含量不同.

航空航天底漆中常用的防腐蚀颜料有铬酸钡和铬酸锶. 大多数环氧树脂是双酚A型和双酚F型的混合物. 当与适当的交联剂(通常是胺或酰胺胺型)配制时,环氧基底漆具有极好的附着力, 耐腐蚀、耐化学性.

涂层铝的丝状腐蚀-在勘探者知识中心了解有关外部航空航天涂层.
图1. 镀铝表面丝状腐蚀的图像
航空航天涂层的横截面-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图1一个. 航空航天涂层截面图
航空航天底漆中使用的典型环氧树脂和环氧功能活性稀释剂. 在勘探者知识中心了解更多关于航空航天外部涂层.
图2. 航空航天底漆中使用的典型环氧树脂和环氧功能活性稀释剂
具有氨基功能的环氧树脂的反应。在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图3环氧树脂与氨基官能团的反应

航空航天外观面漆 双组分聚氨酯是否由羟基功能树脂(聚酯)组成, 丙烯酸或氟化乙烯乙烯醚(FEVE)与异氰酸酯预聚物反应. 典型的固化反应如下:

多元醇与异氰酸酯功能交联剂的反应-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图4多元醇与异氰酸酯功能交联剂的反应

由于航空航天涂层系统的苛刻要求, 化学家使用化学计量过量的异氰酸酯交联剂来提供优良的耐化学性. 过量的异氰酸酯交联剂与水分反应脱羧形成聚脲. 通常使用50%或更多的化学计量比过量的异氰酸酯,以确保高程度的聚脲形成.

聚氨酯以其对Skydrol(一种飞机液压油)等腐蚀性液体的卓越耐蚀性而闻名. 聚酯多元醇主要用于双组分聚氨酯涂料的着色基漆部分吗, 而 丙烯酸多元醇 也 FEVE-based多元醇 主要用于聚氨酯面漆的清漆部分吗.

透明涂层进一步加强紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂,以进一步保护涂层系统免于由于暴露在强烈的上层大气紫外光降解.

异氰酸酯交联剂 通常由六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)和/或异福尔酮异氰酸酯(IPDI)衍生而来。. 前者提供了灵活性,而后者可以提高硬度.

由三个HMDI分子反应形成的缩二脲-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂层.
图5三个HMDI分子反应生成双缩脲
由三个HMDI分子反应形成的异氰尿酸盐-勘探者知识中心
图6三个HMDI分子反应生成异氰脲酸酯
由两个HMDI分子形成的脲二酮,用于外部航空航天涂层
图7两个HMDI分子形成的脲二酮
异佛尔酮二异氰酸酯-在探矿者知识中心了解其在外部航空航天涂层中的使用
图8异佛尔酮二异氰酸酯

聚氨酯以异氰酸酯为基础的交联剂在与合适的多元醇树脂体系反应时具有优良的耐候性,因此广泛应用于航空航天面漆中.

最近的创新和项目重点 航空航天涂料包括无铬前处理底漆和无铬环氧底漆. 减少阻力的表面涂层可以提高1%的燃料效率,每年可以降低7亿美元的燃料成本, 根据国际航空运输协会(IATA). 国际航空运输协会称,平均而言,航空公司每次飞行的总运营成本约为每分钟100美元. 因此, 即使只节省一分钟的飞行时间,每年也能使整个行业的运营成本减少10亿美元以上,并显著减少环境排放.

进一步阅读:

引用:

  • 活性防护涂料,施普林格等.al., 2016
  • 有机涂料科学与技术,3rd 版,威克斯等.al, 2007

与聚氨酯涂层反应

聚氨酯涂料 自Otto Bayer和他的同事在1937年发明了这一技术以来,已经取得了很大的进展. 取决于低聚物和高分子材料的选择, 由于其通用性,这些涂料被用于各种要求高性能的应用. 它们可以是硬的或软的,柔性的或刚性的,耐化学药品,并提供极好的附着力.

聚氨酯性能及应用

  • 优异的防潮、耐腐蚀性能
  • 柔性底漆和面漆
  • 耐候性(脂肪族多异氰酸酯配以合适的耐久多元醇)
  • 耐酸雨和其他化学品
  • 一个组件
  • 两个组件
  • 水性单组分烤漆
  • 100%的固体
  • 粉末涂料
  • 水性环境固化双组分涂料

聚合物和异氰酸酯预聚物组分包括一个或多个异氰酸酯预聚物和一个或多个包含羟基官能团或其他活性氢基团的聚合物或低聚物组分. 异氰酸酯是 活性与功能 其中包括:

  • 羟基
  • 氨基
  • 亚氨基的
  • Ketimene
  • 羧基(形式有限公司2)
  • 聚氨酯
  • 尿素酶
  • Acetoacetylated树脂

外墙耐候性涂料的活性氢通常是聚酯或丙烯酸聚合物中的脂肪族羟基. 醇和酚与异氰酸酯反应生成 聚氨酯.


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氨基甲酸乙酯的反应

下面的反应R1 和R2 可以是脂肪族还是芳香族.

r1 - r2 -脂肪族或芳香族配方-了解更多关于聚氨酯涂料

聚氨酯反应在较高温度下是可逆的. 用于烘烤系统,如那些使用封闭异氰酸酯, 过高的烘烤温度会导致脆化, 变色、防潮、耐腐蚀性能下降.

一般来说,生成氨基甲酸乙酯的反应速率顺序如下:

primary hydroxyl > secondary hydroxyl > tertiary hydroxyl. 逆反应速率是正反应速率的倒数. 例如,叔羟基生成的聚氨酯就相对不稳定.

一旦形成,聚氨酯就可以与异氰酸酯进一步反应而形成 脲基甲酸盐:

异位酸盐配方-了解有关聚氨酯涂料的更多信息

异氰酸酯和多元醇的其他环境固化反应如下:

异氰酸酯多元醇-了解更多关于聚氨酯涂料

正如上文所述, 在多元醇和异氰酸酯之间形成聚氨酯所需的交联反应涉及多个 竞争反应. 因为这个原因, 双组分配方中,多元醇在一个组分中,异氰酸酯在第二个组分中,通常用 10%或以上的化学计量量过量 以克服与水分和其他可能的反应物的竞争反应.

聚氨酯催化剂

催化剂 对于聚氨酯,包括锡基羧酸盐,如二丁基二月桂酸锡, 二丁基辛酸锡或叔胺,如DABCO [N2(C2H4)3]. 的毒性问题, 也有基于十酸铋的无锡催化剂, 2-乙基己酸铋或其他metal羧酸盐.

异氰酸酯和uv—

有多个 脂肪族和芳香族多异氰酸酯 可用于双组分溶剂的环境固化, 100%固体液体或粉末, 以及水性油漆. 了异氰酸酯 是否用于单组分烘干涂料,因为他们在高温下打开堵塞激活异氰酸酯组. 反应顺序是先解堵后加成. 由芳香异氰酸酯形成的聚氨酯由于光稳定性差,主要用于底漆和室内涂料, 但具有优异的防潮、耐腐蚀性能.

常见的脂肪族和芳香族多异氰酸酯结构块包括:

多异氰酸酯砌块配方-了解更多关于聚氨酯涂料

HDI和IPDI用于合成高分子量的异氰酸酯预聚物,其中可能包括异氰尿酸酯, 阿洛泮酸和尿路二酮改善卫生, 处理和风化性能.

在单组分聚氨酯涂料中,异氰酸酯可以被堵塞以形成一种稳定的材料用作交联剂. 了异氰酸酯 广泛用于粉末中吗, 水性和高固相烘漆,适用于卷材底漆, 汽车涂料和电沉积涂料. 常用的阻断剂包括2-乙基己醇, e-caprolactone, 甲基乙基酮肟和2-丁氧基乙醇. 当与多元醇混合时, 封闭的异氰酸酯在达到解除封闭温度之前是稳定的,然后消除封闭剂并与多元醇反应形成聚氨酯.

水性双组分聚氨酯 可水分散的异氰酸酯可以制成涂料. 水分散性IPDI或HDI基异氰酸酯在商业上是可获得的,是由部分异氰酸酯基团与聚乙二醇单醚反应制成的. 然后将该多异氰酸酯添加到含有该多元醇的单独分散体中,形成单独分散的粒子,这些粒子交联并形成膜.

Iso-free技术

基于异氰酸酯的技术已经受到越来越严格的审查,因为接触异氰酸酯会导致哮喘和其他呼吸系统问题. 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. 异佛尔酮免费技术 提供不暴露于游离异氰酸酯的聚氨酯形成. 在过去的几年里 isofree技术已经出现,不利用异氰酸酯交联剂形成聚氨酯,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,包括提高喷淋罐寿命和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→聚氨酯
聚氨酯配方-了解有关聚氨酯涂料的更多信息
  1. 聚碳酸酯+聚胺→聚氨酯
聚氨酯配方-了解有关聚氨酯涂料的更多信息
  1. 聚氨基甲酸酯+聚甲醛→聚氨酯
聚氨酯配方-了解有关聚氨酯涂料的更多信息

在室温下,1号和2号反应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.

来源:

探勘者 知识中心 和 搜索引擎

聚氨酯. (2017). 基本化学工业-在线.

马亨德拉,Vidhura. (2016). 用松木树脂制造泡沫. 10.13140/RG.2.1.2065.0004.

Wikepedia. 聚氨酯.

John Argyropoulos, Nahrain Kamber, David Pierce, Paul Popa, Yanxiang Li和Paul Foley. 陶氏 无异氰酸酯聚氨酯涂料-基本化学和性能属性, 2015年4月21日,欧洲涂料会议.

芝诺W. 威克斯小.弗兰克·N. 琼斯,苏格拉底彼得帕帕斯,道格拉斯A. 威克斯. (2007). 有机涂料:科学与技术,第三版.

威利,琼斯e.al. (2017)《腾讯五分彩》,《腾讯五分彩官网》第三版.

涂层老化的原因及缺陷:涂层老化的评估与测试

外部风化可以对美学产生戏剧性的影响, 涂料的功能和物理特性,包括垩白, 电影侵蚀, 破解, 颜色变化, 蚀刻, 水泡, 剥, 发现, 以及硬度损失, 灵活性(提高玻璃化转变温度, 或Tg)、光泽度和附着力. 多个 制定问题 在给定的外部环境中影响涂料的性能,包括:

  • 树脂类型
  • 交联剂类型
  • 颜料/颜色
  • 色素类型
  • 颜料与粘结剂比
  • 催化剂的存在
  • 添加剂的选择

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什么影响外墙涂料的耐候性?

其中一些因素将比其他因素更详细地讨论它们对风化的影响程度. 影响外部风化的主要问题包括: 光致氧化 (氧气和光的存在)和 水解 由于水分、热量和光的影响. 前者可以在适当的使用下减轻到一定程度 紫外线吸收剂 以减少聚合物基质暴露在紫外线下, 抗氧化剂 和 受阻胺光稳定剂 减少相关氧化降解的影响.

光氧化和水解都被温度的升高所加剧,因为两者都是热激活的. 空气中高湿度盐和/或酸雨环境(高硫酸盐, 硝酸盐)和臭氧加速树脂体系的水解和降解,并加速颜料因酸侵蚀而变色.

到目前为止,影响聚合物涂料膜降解的主要过程是 光致氧化. 氧化降解通过自催化过程从聚合物中提取氢进行. 因此, 达到优良的风化效果, 避免或至少尽量减少聚合物中更容易抽氢的官能团. 以下是活性亚甲基抗氧化降解功能基团的一般顺序 (- CH2)之间的双键或邻近胺基的最差:

活性亚甲基基团抗氧化降解功能基团的顺序-在勘探者知识中心了解更多关于涂层风化测试的信息.

因此, 一般来说,含氟聚合物和硅氧烷比聚酯或聚氨酯更耐用,其次是芳香含量高的树脂体系, 胺基是最不耐久的. 后一类包括芳香族环氧树脂.

的特点 紫外线稳定剂 包括吸收和猝灭. 紫外线吸收剂 通过吸收聚合物系统吸收的波长区域的辐射,从而起到屏蔽树脂降解的作用. 理想的紫外稳定剂应该在295到380nm的紫外区域有高吸收,以保护聚合物免于降解. 最有效的紫外线稳定剂也更持久,从而确保更长的寿命,一旦纳入油漆系统.

紫外线稳定剂将吸收的紫外线能量转化为热量,例如2 -羟基二苯甲酮:

2 -羟基二苯甲酮的化学公式-在勘探者知识中心了解更多关于测试涂层的风化情况.
2 -羟基二苯甲酮的化学分子式

抗氧化剂 可分为两组预防剂(过氧化氢分解剂和破坏链的抗氧化剂). 过氧化物分解者包括硫化物和亚硫酸盐. 断链抗氧化剂破坏的链传播步骤 自氧化. 有机材料与分子氧反应的过程称为 “自然氧化“. 自氧化 是由热量引发的, 光(主要在紫外线区), 机械应力, 催化剂残留物, 或与杂质反应生成烷基自由基. 自由基可以, 反过来, 反应并导致聚合物降解,如下图所示:

自氧化循环图像:降解-在知识中心了解更多关于如何测试涂层的风化情况.

受阻胺光稳定剂 (哈尔斯)既是打破链的抗氧化剂,也是过渡metal的络合剂. 为涂料提供优良的耐用性、倍率 水解 通常比光氧化低得多吗.

的 rate of 水解 for 官能团 is esters>carbonates>ureas>聚氨酯>ethers.

对于交联产物,三聚氰胺的水解速度比脂肪族聚氨酯快s.

由于大多数用于外部应用的系统包含颜料(包括用于汽车外部面漆的底漆/清漆系统); 颜料的选择,颜色以及颜料的体积浓度 (PVC) 所有这些都有助于油漆系统的耐久性. PVC的选择多少取决于光泽度, 颜色要求和可接受遮盖物所需的薄膜厚度(基板上的颜色均匀性).

在油漆系统中,依赖于颜料提供的光稳定性保护, 耐久性更多地依赖于PVC相对较小的变化. 颜色和风化作用之间的关系可能非常复杂. 例如, 较深的颜色会吸收更多的辐射能,因此不使用太阳反射颜料的较深颜色的热吸收系数较高, 导致暴露在外部辐射能下的涂层温度升高:

有机涂层基材在阳光下使用常规颜料积累热量的图表-在勘探者知识中心了解更多关于涂层风化测试的信息.

温度越高,降解速度越快, 然而,较深的颜色(棕色/黑色)吸收更多的紫外线/可见光能量,从而有助于保护聚合物系统免于降解. 因此,使用容易在较高温度下氧化降解的树脂体系,将提供较差的风化,特别是在深色中.

颜料的选择 在一类颜色可以有一个巨大的影响,耐久性在一类聚合物. 用于着色和隐藏的颜料可分为两大类,包括 无机和有机.

无机颜料 作为一类比有机物更耐降解和化学物质. 一些耐用的无机颜料包括耐酸铝片, 云母氧化铁, 黄色的, 棕色和红色的氧化铁.

最耐用的无机颜料是 陶瓷颜料. 陶瓷颜料 是混合metal氧化物. 由于这些颜料是完全氧化的,他们非常抗化学和氧化. 许多明亮的颜色需要 有机颜料,这些色素是必需的. 许多 有机颜料 能否提供优异的抗外部降解性,并广泛应用于汽车底漆中.

如何评估涂层的耐候性

最好的方法是 评价风化 是自然曝光的颜色吗, 环境, 光泽度和曝光角将被涂膜搁置. 由于这对于新涂层的引入是不实际的,加速风化是必要的.

南弗罗里达风化通常是最被接受的方法来确定涂层的加速自然风化. 例如:5度水平朝南用于汽车应用,45度或90度朝南或朝北用于建筑应用.

海洋环境也常用于油漆系统,以评估腐蚀保护或耐生物生长. 虽然南佛罗里达的风化提供了一个很好的指示,以预测耐久性, 腾讯五分彩官网总是希望进一步减少预测涂料在高紫外线环境下的耐久性所需的时间, 水分, 和高温.

一些其他常用的方法来确定加速老化包括ASTM D 4587 (QUV老化)和ASTM G155/ASTM D7869(氙弧). 这些加速风化装置提供了强紫外光循环的组合, 温度高、湿度大. 有许多文章详细说明了它与自然风化的关系或缺乏关系,包括声称能提供更好的自然风化关系的新仪器和新工艺.

带日光滤光器的氙气图-在勘探者知识中心了解更多关于如何评估涂层的风化情况.
涂层风化结果图表-了解更多关于如何评估涂层风化在勘探者知识中心.

来源和进一步阅读:

水性硅酸盐涂料:最环保的涂料

硅酸盐涂层是碱metal硅酸盐 它们是由沙子和碱等自然物质制成的. 碱metal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)
  • metal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,硅te-organic乳液 最后 sol-硅te.

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metal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metal摩尔质量比的增大,硅与碱metal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.

因此, 当碱metal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metal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metal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metal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 硅 particles less than < 100nm in size) have viscosities closer to that of water. pH has a major impact on the 粘度 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metal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-硅te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:

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 和 eggs; humans have been searching for 和 developing new chemistries 和 ingredients to provide improved performance of 涂料 applied at ambient condit离子.

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.


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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 + Polycarbonate -> 聚氨酯

2. 聚碳酸酯+聚胺基聚氨酯

Chemical reaction: polycarbonate + Polyamine -> 聚氨酯

3. 聚氨基甲酸酯+聚甲醛

Chemical reaction: Polycarbamate + Polyaldehyde -> 聚氨酯

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metal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
有机玻璃40.2
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 --trimethoxy硅烷12.0
PDMS19.8
Octadecyltrichloro硅烷20-24
Nonafluorohexyl-trimethoxy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. 因此, 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metal和玻璃)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.
  • metal表面预处理 -用于各种metal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 玻璃以及Al、Zr、Sn、Ti、Ni的氧化物
环氧树脂氨基功能3-glycidyloxypropyl trimethoxy硅烷表面与- oh结合并自交联形成- Si - O - Si -涂料 用于玻璃以及Al、Zr、Sn、Ti、Ni的氧化物
Meth-acrylate丙烯酸树脂聚合3-methacryloxypropyltrimethoxy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-trimethoxy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 metal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metal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metal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