快速增长的直接金属涂层领域

直接到金属涂层(DTM) 是涂料行业快速增长的一部分吗. 这一增长与效率提高导致的成本降低有关, 节省时间和更少的生产步骤. 这些涂料用于重型建筑工业,建筑产品和产品整理. 这些应用中的许多都需要在高要求的暴露条件下(如石油钻井)发挥性能, 近海石油钻井平台和铸造厂. DTM涂层的复合年增长率估计在10%左右. DTM涂层采用喷涂、刷涂、卷涂等方式. 基材包括铝、冷轧钢、热轧钢和涂层金属.g. 热浸镀锌钢、galfan、galvalume、电镀锌钢及电镀金属.

通过定义, DTM涂层直接应用于金属表面,不需要广泛的清洗或预处理即可粘附. 理想情况下,这些涂层可以一次性直接涂到金属上. 然而, DTM涂层也可以由一层底漆和一层面漆组成,涂在经过适当处理以消除表面污染物和氧化物的金属表面. DTM涂层的主要优点是它们不需要多步清洗操作, 涂装前的预处理和密封. 目前的DTM技术包括溶剂型、水性和高固形物. 它们可以是单组分或双组分丙烯酸, 环氧树脂或聚氨酯, 或由通过聚合固化的不饱和聚合物/低聚物组成.

基材润湿图像-了解更多关于直接到金属涂层

在设计提供长期性能的DTM涂层时,有多个问题需要考虑. 这些包括:

  • 基材润湿
  • 最初的附着力
  • 长期附着力和耐腐蚀性较强

基材润湿

金属表面的润湿 影响初始附着力的主要因素是什么. 如果涂层不容易扩散或弄湿表面,附着力将受到不利影响. 换句话说,基材的表面张力必须高于涂层的表面张力,以确保良好的流动性和流平性. 在上图中, 蓝色的球体代表一个油漆滴, 黄线代表金属表面. 右边的液滴完全润湿了金属表面,从而提供了提供附着力的最佳机会.

有两种方法可以确保基材湿润. 从基质的角度来看, 第一种是增加基底的表面积,例如, 通过磨擦和/或喷砂. 该过程还去除金属氧化物和氢氧化物层,以提供更易于形成更持久的表面粘结的表面. 第二种方法是修改涂层,以确保良好的润湿(e.g. 低表面张力)通过添加适当的润湿剂以及溶剂或助溶剂,可以降低表面张力.

一旦达到足够的初始润湿, 第二个需要考虑的因素是对初始金属附着力的影响.


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最初的附着力

最初的附着力 是否可以定义为涂料固化后与基材表面的附着力的质量, 但在自然风化和/或加速测试之前. 固化膜的初始附着力可通过ASTM D3359等试验来量化 交叉舱口胶带粘接 和/或ASTM D 4541 涂层的拉脱强度 粘附力的单位是磅每平方英寸. 增强的一些考虑事项 最初的附着力 挥发物从漆膜上蒸发后包括:

  • 具有促进与金属表面结合的功能基团的树脂系统
  • 合适的粘附促进剂和偶联剂的存在
  • 交联的数量和类型

具有官能团的树脂体系

具有与金属表面的氧化物和氢氧化物层形成氢键或共价键能力的树脂和交联剂体系通常提供最佳的初始附着力. 长期的粘合和防腐取决于树脂骨架和交联.

金属基板-了解更多关于直接到金属涂层

合适的粘附促进剂和偶联剂的存在

为了促进粘连,树脂和交联剂中含有过量的 活性的氢供体和接受基团 应该使用. 这种树脂含有以下一种或多种官能团:

  • 羧基(供氢基)
  • 胺(接受氢基团)
  • 羟基
  • 酰胺
  • 氨基甲酸乙酯
  • 磷酸盐(所有氢的接受或提供)

交联的数量和类型

因此,为什么环氧与氨基-酰胺基团交联(羟基, 醚, 氨基和酰胺官能团), 聚氨酯和聚氨酯(例如湿固化聚氨酯)对金属表面具有优良的附着力. 因此,它们被广泛地直接用于金属应用.

加a 合适的硅烷偶联剂 还能增强初、长期的粘附性能. 偶联剂是由分子一端的反应基团(Y)组成的分子,用于与聚合物链上的官能团与偶联剂的另一端(- Si - OR)反应3 )与金属表面发生反应.

公式2 -了解更多关于直接到金属涂层

在上面的分子中, 附着在硅上的-OR基团可以是甲氧基或乙氧基, 分子的Y部分是官能团,比如氨基, 环氧树脂, 异氰酸酯, 丙烯酸甲酯或乙烯基. 该反应首先涉及烷氧基水解形成硅醇,硅醇进一步与金属表面上的羟基发生反应. 另一端, 或Y部分, 偶联剂的一部分与树脂主链上的官能团反应.

公式2 -了解更多关于直接到金属涂层

表一三烷氧基有机官能团硅烷的例子及其应用

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-triethoxysilane表面有- oh以及自交联形成- Si - O - Si -涂料的 以及Al, Zr, Sn, Ti和Ni的氧化物
环氧树脂氨基功能3-glycidyloxypropyl trimethoxysilane表面有- oh以及自交联形成- Si - O - Si -涂料 铝,锆,锡,钛和镍的氧化物
Meth-acrylate丙烯酸树脂聚合3-methacryloxypropyltrimethoxysilane与另一个硅烷自交联形成- Si- O - Si-,表面有- oh湿固化树脂 提高附着力,物理和环境性能
N/AN/AN-octyltriethoxysilane形成- 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-trimethoxysilane形成- Si - O - Si -潮湿固化树脂,提高附着力和膜的完整性. 也可用作a 水分清道夫
异氰酸酯羟基,氨基或巯基3-isocyanatopropyl-triethoxysilane表面有- oh以及自交联形成- Si - O - Si涂料的 金属和无机氧化物,也可保湿
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

长期附着力和耐腐蚀性较强

最后,提供 更长期的附着力和腐蚀保护, DTM底漆应采用优质树脂体系配制, 含防腐颜料,抗水分渗透. 后者的质量可以通过增加疏水性和交联密度来实现. 一种持久的防潮底漆还具有抵抗固化膜水解的能力.

图2说明了一种具有良好基材润湿性的配方可以实现的防腐类型, 一流的初始粘附, 长期耐腐蚀、高疏水性.

图2. 防锈装甲底漆,采用澳门买球排行App配方的双组分聚氨酯面漆,采用高交联树脂体系,加入或不加入疏水性颜料改性(SNTS)组合.

10,正确配制的盐雾直接对金属2涂层涂料系统(底部一排代表已去除的漆膜).

表面涂层图像-了解直接到金属涂层

长期的耐腐蚀性能是一个重要的考虑因素,与树脂/涂层系统的选择一样,要提供湿附着力,并最大限度地减少水分和氧气的渗透. 随着树脂Tg和交联密度的增加,水分和氧气渗透性降低. 除了, 低渗透率有助于提供湿附着力,因为当涂层从其使用环境中移除时,较少的水将解吸. 具有高芳香族特性的树脂(双酚a基环氧树脂, 聚碳酸酯和苯乙烯树脂) 低氧渗透率. 卤化树脂,如氯乙烯, 共聚物, 氯化橡胶和聚偏氟乙烯等氟化聚合物的水溶性都很低,因此 透湿率低1 (见表二).

总之, DTM涂层的防腐蚀配方是一项复杂的工作,取决于金属基体, 服务环境, 颜料水平和树脂类型的选择. 有关树脂和材料选择的更多信息,以制定防腐涂料, 请导航到 www.ulprospector.com.

来源:

  1. www.faybutler.com/pdf_files/HowHoseMaterialsAffectGas3、焊接杂志.

引用:

探勘者知识中心 和 搜索引擎

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)有机涂料,科学与技术,第四版.

纳米级高性能保护

最初发表于 欧洲涂料之旅2019年07月08日

具有高交联密度的新一代防腐涂料技术. 作者:Atman Fozdar, Ronald Lewar- chik, Raviteja Kommineni,澳门买球排行App有限责任公司,美国.

图1:RA Exp1穿透铁锈与母材结合机理示意图.

一种提高性能的创新技术, 节省材料和人工成本,无需环氧底漆. 单组分聚合物渗透剂与腐蚀的母材发生反应,形成持久的结合,并增加结构的有效使用寿命. 这种涂层技术具有深远的潜力, 例如在海上应用中, 化学加工和汽车重漆.

低碳钢因其成本低廉,是各种应用中应用最广泛的合金之一, 货源丰富,制造方便. 但是钢的腐蚀是运输(e.g. 汽车、飞机、船舶)和基础设施.g. 管道, 建筑, 桥梁, 石油钻井平台, 炼油厂)工业,直接影响其结构的完整性, 导致与钢结构的安全和维护有关的问题. 根据NACE国际[2]发表的研究, 腐蚀造成的损失超过2美元.每年5万亿. 有不同的方法来对抗腐蚀,比如, 使用防腐衬里, 电镀, 有机聚合物涂层和化学气相沉积. 在金属基材上涂上有机保护层, 特别是铝和钢, 是一种有效的方法来保护这些基质免受严重腐蚀环境. 有机涂层可以通过三种主要机制最大限度地减少金属基材的腐蚀:屏障, 牺牲和抑制.

由于各种原因,澳门买球经常看到钢结构腐蚀的早期迹象. 这可能是由于表面处理不良或防护涂层的应用,也可能是酸雨等环境因素造成的, 高湿度, 温度变化, 水气凝结, 化学烟雾, 如果建筑物淹没在水或土壤中,则会有溶解气体. 在上述因素中, 不当的表面准备是导致钢结构腐蚀的最重要因素之一,可能导致结构完整性和结构在其有效使用寿命结束前的损失. 是否有办法在观察到最初的腐蚀迹象后保护结构, 不需要进行劳动强度大的工作,比如去除涂层, 清洁——荷兰国际集团(ing), 预处理和重涂应用, 这样可以显著提高其使用寿命, 更有效率和更经济.

表1:RA Exp1与其他体系的理化性质比较.

结果一览

  • 澳门买球开发了一种单组分聚合物渗透剂,可用于清洁或轻微腐蚀的钢/铝表面,也可用于表面预处理.
  • 涂层含有纳米活性材料,首先穿透铁锈,然后迁移到未腐蚀的金属表面, 聚合形成高度交联的保护性网络.
  • 经过清洁预处理的钢表面的结果可以超过10,000小时的盐雾,表面涂层时无水泡或划痕蠕变.
  • 新的创新技术提供了更好的性能, 无需环氧底漆, 节省人工和材料成本.

实验

RA Exp1中使用的低分子量低聚物的一个独特方面, 在树脂骨架和低分子量活性稀释剂上是否普遍存在三种类型的反应性不饱和. 这三种类型的双键提供了一种协同固化机制,导致辅助固化性能和高交联密度,抑制可溶性盐和水分的渗透. 该树脂共混物与有机改性水合正磷酸盐锌铝钼锌和5-硝基异邻苯二甲酸锌等缓蚀颜料及独特的导电颗粒配合使用,可进一步提高其耐蚀性. 图中显示了RA Exp1如何穿透锈蚀 图1. 穿透基板表面后, 低分子量不饱和单体和低聚物, 与其他反应位点的化学键/交联, 形成一个高度交联的网络,不渗透水分和其他可溶盐,导致腐蚀加剧.

通过加入超疏水纳米织构二氧化硅[3],制备了RA Exp1的疏水和超疏水变异. 这种添加剂自然是超疏水的,具有亲/疏水位点,并产生体积疏水涂层. 因此, 即使固化涂层的表面由于现场的正常磨损而磨损, 下面的几层仍然会防潮. 澳门买球对RA Exp1(添加和不添加添加剂)和双组份聚氨酯面漆(添加和不添加添加剂)进行了单独的实验设计。.

在盐雾测试中演示的保护

研究了添加RA Exp1和不添加RA Exp1对冷轧锌镍钢基体的影响, 在干膜厚度为125 μm (DFT)的情况下,分别在表面涂上含有添加剂和不含添加剂的2k聚氨酯涂层. 根据ASTM B117标准,在盐雾柜中进行盐雾试验, 之后所有面板在室温下固化7天. 带有人工缺陷的涂覆板(划痕尺寸为106毫米× 2毫米), 使用1毫米划线工具创建),用于加速腐蚀过程. 所有涂层板以45°的角度放置在测试室中,并暴露于5.0 wt.% NaCl溶液,40°C. 凝结水收集速率和相对湿度≥1.0 to 2.0 ml/h / 80 cm2(水平收集面积)和95%. 对涂层的保护性能进行了进一步研究,重点研究了涂层表面腐蚀或损伤区域的大小和分布,000小时的盐雾暴露.

图2 显示了10,000小时盐雾博览会-当然, 四种体系中有三种以RA Exp 1为底漆,一种是2K聚氨酯面漆,没有划痕或表面起泡和/或腐蚀. 前四张照片显示的是10年后的不同系统,000小时的盐雾展示-当然,下面四张照片显示了在使用脱漆器去除涂层底部一半后,涂层(相同系统)下的腐蚀程度.

导电纳米颗粒的低阻抗

通过对磷酸锌预处理冷轧钢进行电阻抗试验,研究了RA Exp1的阻隔防护性能, 并与市场上现有的基于常规双组分环氧树脂和湿固化聚氨酯体系的涂料进行了比较. 三电极涂料测试池(参比电极:饱和甘汞电极(SCE)), 对电极:工作电极:钢试样14.6 cm2面积)进行EIS测量[1]. 阻抗定量在开路电位(OCP)下进行,OCP保持在频率范围0.1至100 KHz,振幅正弦电压±60 mV. 4个样品(RA Exp1, 2k环氧树脂和2个湿固化聚氨酯样品)浸泡在40 mL NaCl溶液(3.5 wt.%)和EIS测量在40天内完成.

最初的波德和奈奎斯特图(图3一 & 3b 表示所有涂层变化均表现为高阻抗的电容性行为. 与其他对照样品相比,RA Exp1的阻抗值相对较低, 哪些可以归因于涂层的导电/抗静电性质,这是由于添加了导电纳米颗粒和添加剂,以提高耐腐蚀性.

图2:ASTM B117, 10000小时盐雾暴露.
图3a: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯 & 2(初始). 图3b: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的Nyquist图 & 2(初始).
图4a: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯 & 2、经过50天(1000小时)的暴露.
图4b: RA Exp1, 2K环氧树脂,湿气固化聚氨酯的Nyquist图 & 2、暴露50天(1000小时)后.

对电解质扩散有更大的抵抗能力

图6 展示了一种用于受半渗透涂层保护的金属基板的简化等效电路, 忽略可忽略的涂层电阻大小. 等效电路网络中元件的值可以直接表征涂层的性能. 通过拟合等效电路模型提取的孔阻力(Rp)值作为暴露时间的函数,可用于比较各种涂层体系的性能并对其进行分级. 图5 显示了一个包含孔隙阻力(RP)对. 曝光时间(小时), 这表明,2K环氧树脂的Rp随时间的增加而降低,而, RA Exp1, 湿固化氨基甲酸乙酯1和氨基甲酸乙酯2对氨基甲酸乙酯1几乎不变,暴露在3.5% NaCl溶液.

浸泡1000小时后,湿固化聚氨酯样品的阻抗值 & 2明显下降,而RA Exp1和2K环氧树脂的阻抗值保持不变,没有明显下降. 所示 图4一 & 4b,湿固化聚氨酯2的性能由1不变变为2不变. This could be due to the diffusion of electrolyte to 涂层 和 substrate interface; hence, 涂层层下可形成双层涂层. 其他样品包括RA Exp1, 没有观察到这种行为,这表明涂层更能抵抗电解质和可溶性盐的扩散.

RA Exp1, 2 k环氧树脂和各种潮气聚氨酯系统喷雾应用清洁预处理的冷轧钢材磷酸锌和沙地的冷轧钢材板在125μm干膜厚度(DFT)和在环境温度下可以治愈一段7天前描述的物理和机械性能. 表1 提供了新技术与其他系统的物理和化学性质的比较.

图5:孔隙阻力(Rp) Vs. 曝光时间.
图6:EIS测试等效电路图.
图7:RA Exp1、2K环氧树脂和湿固化聚氨酯的TGA曲线/分解温度 & 2.

在极端条件下的潜在用途

对RA Exp1、2K环氧树脂和湿固化聚氨酯1进行热重分析(TGA) & 2. 结果表明,RA Exp1的分解温度较高,为463.而其他涂层的分解温度为430-440℃(图7). 这项研究证实,RA Exp1可用于涂层暴露在高温等极端条件下的环境.e. 锅炉、化工设备、压力容器等.

高性能双层防腐保护

这项新技术极大地提高了金属基板的耐腐蚀性,如:预处理铝, 锌镍处理的冷轧钢, 轻锈钢和经磷酸锌处理的冷轧钢表面涂有RA Exp1. 结果表明,更好的面部抗水泡, 与在此工作范围内测试的所有其他系统相比,耐蠕变性能和总体耐腐蚀性更好. 根据TGA分析,较高的分解温度表明RA Exp1可能用于高温应用. 不同的乙烯基聚合反应和RA Exp1的氧化固化反应动力学尚未完全确定,仍然是一个研究的课题.

该技术的潜在应用领域包括:用于维护和维修的高性能防护涂料, 汽车再加工, 工业应用, 产品完成, 海上应用,如石油钻机和炼油厂, ACE行业, 还有锅炉, 化学加工设备和压力容器.

总之, 这种新一代的创新防护涂层和超疏水防护涂层在两层体系中提供了业界无与伦比的防腐蚀保护.

问Atman Fozdar 3个问题

为了达到最佳效果,您建议在什么样的温度下固化? 涂层 能否在环境温度下固化,类似于大多数涂料的固化维护和 在现场修复应用,但固化也可以通过热烘烤加速. 环境赖斯- 在7天之后就能达到完全的性能.

你在现实条件下测试了实验室结果吗? 主体涂层已被应用 在多种基体上,如冷轧钢, 磷酸锌冷轧钢, 热轧钢, 2024 & 7075铝预处理六价铬封口剂,镉处理面板(使用 (航空航天)与锌镍处理基板(用于航空航天和汽车). 加速者- - - - - - UV-A暴露,ASTM B117盐雾,克利夫兰冷凝湿度测试 随着现实生活暴露在一些温暖的气候地区附近沿海地区目前 被测试.

你提到的高温负载膜还能抗腐蚀吗? 涂层 温度超过350-400℃但低于450℃且饱和的物品 蒸汽暴露在几周的盐雾暴露后表现良好(正在进行的测试). 然而, 该测试是在受控实验室条件下进行的. 现场评价仍然是一个调查的主题.

[1] MertenB.电化学阻抗谱(EIS)报告“ST-2016-7673-1”2015.
[2] NACEInternational-http: / / inspectioneering. com/news/2016-03-08/5202/nace-study-估计全球-成本- 25万亿-腐蚀的安. 2016
[3]辛普森J. 等. 2015年代表. 掠夺. 理论物理. 78 086501.

特写图片:来源:Nikolay Zaburdaev - stock.adobe.com