防腐蚀配方

腐蚀是一个金属可以通过电化学和/或化学过程降解的过程. 金属希望处于热力学最稳定的状态, 哪一个, 在简化条件, 物质的自然状态处于最低能态吗. 金属通常以氧化物的形式自然存在(e.g.如氧化铁、氧化铝、氧化锌,因为氧化物代表它们的最低能态). 因为水的存在通常会加速腐蚀, 氧和盐(特别是强酸), 保护涂层系统的作用是最大限度地保护金属基板免受这些力的影响.

氧化发生在阳极(正极), 还原发生在阴极(负极). 水的存在通常会加速腐蚀, 氧和盐(特别是强酸盐).

钢的腐蚀过程(图1和图2)如下.

钢的腐蚀图解
钢的电化学图表

This article will consider the influence of the following formulating factors on the 腐蚀 resistance of a 涂层.

  1. 类型的金属
  2. 色素水平和选择
  3. 腐蚀抑制的颜料
  4. 服务环境考虑和创新

1. 类型的金属

根据EMF系列, 铝和锌比铁更活跃,当暴露在氧气和水中时,氧化更快. 然而, the oxides of uncoated 锌 and 铝 form a tightly bound layer to the metal surface that decreases the rate of 腐蚀 of the underlying metal. 而当碳钢生锈时, 腐蚀产物是松散地附着在表面的氧化铁,容易更快地氧化.

在EMF系列中(下图3),Zn比Fe更活跃. 当富锌底漆涂在钢材上时, 或者是镀锌钢, 锌会优先氧化到钢,从而防止底层钢氧化. 在这个场景中, 锌对钢来说是阳极的(更容易氧化),因此可以保护钢不被氧化. Thus, 钢受阴极抑制作用而不受腐蚀, 以及富锌底漆提供的屏障.

标准EMF系列表
图3

2. 色素的考虑

The PVC (pigment volume concentration) of a system is defined as the volume percentage of solid particles in the system after film formation, 当溶剂和水等挥发性成分全部蒸发后. 底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响最初的涂层附着力, 还有它的使用寿命. Most primers are formulated at or slightly below Critical Pigment Volume Concentration (CPVC) to maximize 的面漆附着力 (rougher primer surface and higher free energy) as well as many other 涂层 properties (Figure 4).

CPVC对涂料性能的影响图表
图4 - CPVC对涂层性能的影响

PVC and the relationship between PVC to Critical Volume Concentration is a critical consideration and governs not only mechanical properties, 同时也影响了水分和氧气通过涂层膜向金属基体的渗透. 这取决于应用和所需的机械性能.g., 衬底附着力, 灵活性, 的面漆附着力, 半), 耐腐蚀底漆采用各种PVC配方,含有各种惰性颜料.

使用更极性的颜料可以在颜料分散过程中提供容易润湿, but may degrade long-term adhesion as they are more susceptible to moisture migration and disbondment at the 涂层-substrate interface. 盘状色素和水溶性成分很低或没有水溶性成分的色素也能延长寿命.

颜料颗粒大小, 形状和结构会影响水分和氧气的渗透,最终影响耐腐蚀性能. 含有血小板状颗粒的色素可降低渗透性, 特别是当它们平行于涂层表面时. Mica,云母 铁的氧化物 and 金属薄片 有一些这样的颜料的例子吗. 这些扁平的色素提供了一条更曲折的水路, 可溶盐和氧气到达金属表面. 其他有助于抗腐蚀的颜料包括平板铝硅酸盐和 硅灰石 (硅酸钙).

常用填充颜料一览表

3. 腐蚀抑制的颜料

正如上面详细的, PVC的选择和惰性颜料的选择会影响涂层的阻隔性能并提高耐腐蚀性能. Corrosion抑制的颜料 影响腐蚀速率的主要有两种机制,阴极抑制和阳极抑制. 阴极抑制 通过在阴极上阻碍电子的流动来抑制腐蚀,然而 阳极抑制 通过在阳极上阻碍电子流动来抑制腐蚀.

在选择防腐颜料时,必须考虑几个因素. 影响腐蚀速率的环境因素包括湿度, 水分的pH值, 干湿循环, 可溶盐, 温度和时间. 考虑到这些问题, the evaluation criteria and test methods must be carefully contemplated before selecting 腐蚀抑制的颜料. 缓蚀剂或钝化颜料促进在阳极区域上形成屏障层, 从而钝化表面. 为了有效,这些颜料的溶解度最低. 如果溶解度太高, 颜料会很快从涂层中渗出, 减少颜料用于抑制腐蚀的时间. 如果涂膜较开(e.g., 风干乳胶), 水渗透性较高, 这样,缓蚀颜料的耗损速度就会加快. 为了正常工作,涂层必须允许一些水的扩散来溶解颜料. 因此,水泡的形成可能导致在潮湿的条件下色素溶解. Higher Tg (glass transition temperature), higher cross-link density binders are known to improve blister resistance.

The vast majority of 腐蚀抑制的颜料 are comprised of the combination of metal ions (cations) derived from lead or  还有阴离子,比如从  (正磷酸和多磷酸), 铬酸 and 硼酸. 虽然铬酸盐和铅, 包含钝化颜料, 很有效地抑制腐蚀, 由于各种环境和毒理学法规,它们的使用非常有限.

在选择防腐颜料时的另一个主要考虑因素是 pH. 例如, 高pH值的颜料可能会对酸催化体系的固化产生有害影响. 相反,低pH值的色素可能会对水性体系的稳定性产生不利影响.

4. 服务环境,考虑因素和新的创新

The relative 腐蚀 resistance of 涂料 can vary dramatically depending on the test method and exposure conditions. 常见的测试方法包括盐雾(95%湿度/5%盐,始终湿润), 酸性盐雾, 预蚀循环腐蚀(干湿循环0.04%硫酸铵和0.05%盐),电化学阻抗谱和盐浸泡. Most experts agree that accelerated tests are not always a good indication of how the coated metal will perform in the real world.

其他注意事项是金属类型(e.g.(钢、铝、镀锌)、预处理及表面清洁度. 如果金属表面没有正确的清洁和准备, 涂层会缺乏足够的附着力,导致过早失效.

此外, the type of 涂层 in 哪一个 the pigments will be used affects the selection of appropriate 腐蚀抑制的颜料. 考虑因素包括涂层是否为溶剂型, 水传播的, 粉, 风干或烘培, 而如果薄膜是交联或热塑性的.

Other formulating factors that have a profound influence on substrate 腐蚀 include the degree of 疏水ity of the 涂层. Surface and volume 疏水ity can be increased by the use of surface modifiers of specially designed/structured pigments as well as the addition of 疏水 additives that minimize moisture permeation of the 涂层 and thus decrease the rate of 腐蚀.

接触角描述
图5

It is our experience that a 涂层 with a high contact angle and volume 疏水ity will also provide excellent retention of adhesion after accelerated 测试 如 salt spray or condensing humidity.

一张显示双组分聚酯聚氨酯的照片
图6

Two-component polyester urethane with a 155-degree contact angle and excellent volume 疏水ity formulated in the laboratory of 澳门买球排行App、有限责任公司

防腐颜料供应商的样本包括:

用抗菌涂料保持无虫(第2部分)

上一篇文章的标题是 用抗菌涂料保持无虫 描述了 抗菌 (AM)涂料和 我代理. This article will provide an update on AM 涂料 technology in the form of 油漆 additives and technology approaches that act to kill microorganisms or minimize their growth on the coated surface.

根据大观研究报告, 年复合增长率(CAGR)预计为13.2021 - 2028年1%,全球市场规模为8家.到2020年达到10亿美元. 主要市场领域包括:

  • 医疗
  • 采暖、空调和通风(HVAC)
  • 食品加工及卫生设施
  • 修复霉菌

抗菌材料可以杀死或抑制细菌的生长, 病毒, 涂层表面有真菌和藻类. Control of microbes can be achieved through the use of antimicrobial technologies that keep microorganisms from multiplying or growing, 为医院和食品工业提供卫生的表面,并保持漆膜的完整性.

本文将重点介绍AM涂料膜的抗菌材料和设计方法. AM在涂料中的应用包括以下微生物分类:

  • 真菌
  • 霉菌(真菌的形式)
  • 细菌
  • 藻类
  • 病毒
AM剂随时间在漆膜中的释放

Most biocides used in 油漆s are migratory as they function by releasing the active ingredient to the surface of the 涂层 when exposed to moisture. The longevity of the AM modified 油漆 film depends on the rate of release of the biocide as the concentration of the active ingredient decreases with time.AM添加剂在漆膜中的效果取决于浓度, 树脂系统, 光泽, PVC, 涂层表面结构及其暴露的环境. 调幅剂的选择取决于调幅涂层系统中所需的功能. 除了, 在选择上午时段之前, 仔细审查MSD和TDS的安全性, 加入油漆前的环境可接受性和相容性.

AM代理的例子

  • 模具/真菌
  • 细菌
    • 5-thiadiazine-2-thione Tetrahydro-3 5-dimethyl-2h-1 3
    • 氧化锌/ 1, 2-benzuisothiazol-3————(2 h)
    • 锌羟基吡啶硫酮
    • 银沸石
    • 碳基材料(石墨烯、碳纳米管等.)
  • 藻类-许多AM制剂对霉菌和真菌有效,也有效控制藻类生长
  • 病毒
    • 银沸石,银化合物和银纳米颗粒
    •  and 铜合金
    • 碳基材料(石墨烯、碳纳米管等.)

AM剂如何在涂料中发挥作用?

  • 金属、金属化合物和金属纳米颗粒

金属的使用,如  (和许多 铜合金 ), 锌 在各种形式的涂料中都可作为有效的抗菌添加剂. 银作为一种抗菌剂有几种作用机制. 一个这样的例子是银离子与酶中的巯基反应导致细胞死亡. The mechanisms through 哪一个 铜 acts to destroy cells include the generation of hydrogen peroxide in the cells or excess 铜 can also bind with proteins resulting in the breakdown of the protein into nonfunctional sections. 硫代锌/2-丙基丁基氨基甲酸酯既可作为防腐剂,又可作为杀菌剂. The EPA oversees the regulation of antimicrobial agents and materials and determined that 铜合金 kill more than 99.如果定期清洁,两小时内就能清除9%的致病细菌. 铜 and 铜合金 are unique classes of solid materials as no other solid touch surfaces have permission in the U.S. 声称对人体健康有好处. 相应的, 美国环保署已经授予355种不同的铜合金成分抗菌素注册资格. 金属纳米粒子, 包括PVP和多糖包裹银纳米颗粒, mes涂层的银和金, 也显示出抗病毒药物的前景. 铜纳米粒子 对大肠杆菌、真菌和细菌有抗微生物活性.

  • 季铵化合物

一些例子包括二甲基十四烷基(3-三甲氧基硅基丙基) 氯化铵、烷基二甲基苄基氯化铵和二癸基二甲基氯化铵. 一些硅烷形成 针状的表面 structure by the bonding of 3-(trihydroxysilyl) propyldimethyloctadecyl 氯化铵 to the surface to destroy microbes by rupturing their outer membrane as they come in contact with surface spikes.

  • 碳基材料(cbm)

石墨烯材料(通用) 如 石墨烯氧化物、还原氧化石墨烯(rGO)和 碳纳米结构(CNSs) 比如富勒烯和 碳纳米管). There is not total agreement on how these materials function as 我代理 (bacteria); however, 具有独特的粒度等理化特性, CBMs的形貌和表面结构特性提供了纳米材料, 氧化应激和微生物的包裹/捕获.

  • 是智能水凝胶

Hydrogels are comprised of 3D networks of crosslinked hydrophilic polymers that are responsive to changes in environmental stimuli 如 pH and temperature that result in the destruction of microbes.

  • 阳离子聚合物                        

阳离子聚合物 是指聚合物或AM主链上带有正电的聚合物. They have efficacy in use in AM 涂料 and are unique in the fact that they have the ability to kill microbes on contact. 与传统的生物活性材料不同, 适当的阳离子聚合物和功能化分子可以在不释放AM化学物质的情况下有效. 这类化学品目前用于生物医学应用,包括 ,吡啶盐和 . 其中许多具有阳离子盐功能的材料具有广泛的抗菌活性.

  • 自清洁表面
self-cleaning-surfaces

有三类 自清洁表面、超疏水、光催化和超亲水. 超疏水 surfaces (contact angle > 150 degrees are water-shedding and thus repel dirt. 由于许多超疏水涂层具有较低的水滚转角(ROA), 这一特性还提供了自清洁特性. The surface structure of SH 涂料 is characterized by a needle-like micro-structure coupled with components that provide a low surface tension. 这种表面结构也有降低微生物粘附在表面的能力的功效, 从而赋予其抗菌活性. 光催化 当暴露在光线下时,表面会降解表面沉积物. Superhydrophilic 涂层 surfaces (contact angle < 10 degrees) enable dirt and water to easily slide off the surface.

最终的想法

The future of AM 涂料 technology will include a combination of technologies that will maximize their effectiveness and longevity. 这可能包括AM代理的合并 自洁涂料,加上 缓释是纳米材料 它们被吸收或吸附在高表面积的粒子上. 聪明的是材料 that respond to environmental stimuli 如 fluctuations in pH and/or temperature as well as have a surface structure that can rupture the offending cell membrane.