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环境固化环氧树脂和固化剂的化学

一种常见的环境固化双组分涂料化学反应涉及到一种化学反应 环氧树脂 以一种 胺功能树脂 (硬化剂). 由于其粘合力强,耐湿气, 交联环氧树脂用于各种表面,包括metal和混凝土, 环氧树脂双组分组合物用于各种应用,包括外部和内部应用的底漆.

环氧基团与胺固化剂的反应性

如表二所示, 环氧基与伯胺在环境温度下反应生成仲胺,仲胺又可以反应生成叔胺. 各种环氧树脂和胺的反应速率, 表一列出了环氧基团与胺固化剂的一般结构-反应性关系.

表一-环氧固化剂和胺固化剂中官能团反应速率的一般比较

胺反应 Primary > Secondary > 三级
胺反应 反应速率随碱强度的增加而增加
胺反应 随着空间位阻的增加而减少
胺反应Aliphatic > aromatic or cycloaliphatic  
  
环氧树脂反应性Aromatic (例如 a bisphenol A based epoxy) > Aliphatic (ie. 氢化版双酚A环氧树脂
环氧树脂反应性Terminal epoxy groups > internal epoxy groups

表II -环氧树脂与胺的反应示例

环氧树脂与氨基功能的反应-在勘探者知识中心了解外部航空航天涂料.
具有氨基功能的环氧树脂的反应

有了正确的催化剂, 脂肪族环氧树脂 能在室温下与羧基反应吗. 环脂肪族环氧基体系(即. 使用氢化双酚a作为组件)也为外部应用提供了更好的光稳定性.

当形成一个化学计量反应时, 用等价物来讨论反应物是可取的.

计算环氧树脂与多胺的混合比例

例如, 用固化剂的重量/环氧树脂的重量来计算化学计量部分: 

胺固化剂Eq. Wt. X 100 /环氧Eq. Wt. 的树脂

例如,如果环氧树脂Eq. Wt. = 400,胺固化剂Eq. Wt. is 100

phr = 10000/400 = 25.0

因此,25.按胺固化剂与环氧树脂1:1的化学计量比,固化100份环氧树脂,需要0份胺固化剂.

环氧树脂

根据下面的图表,大多数 环氧树脂 是通过反应产生的 双酚A (BPA)加上过量的环氧氯丙烷所以末端基是缩水甘油醚. 环氧树脂的分子量和环氧当量质量由环氧氯丙烷EPC与BPA的比例控制. 双酚F (BPF)基环氧树脂比双酚a基环氧树脂具有更大的柔性. 氢化双酚a环氧树脂由于没有吸收UV的芳香族基团,提供了更好的外部风化性能. 其他环氧树脂类型包括 epoxy-novolac (EN)和 环氧酚醛 (EP). 环氧-酚醛(EN)树脂具有更高的功能性(环氧功能侧链),因此具有更高的交联密度和更好的耐化学性. 环氧酚醛树脂也因其耐化学性和优良的耐腐蚀性而闻名.

双酚A (BPA)与过量的环氧氯丙烷反应制成环氧树脂的示意图
图BPA

其他硬化剂

除了用于环氧功能树脂固化的胺类功能固化剂外, 聚酰胺amido胺phenalk胺 而且 硫醇的功能 固化剂提供了提高的低温固化剂. 例如,聚合醇与环氧树脂在0℃至- 20℃固化. 溶剂的选择 确定环氧胺双组分体系的另一个重要因素是什么. 合适的氢受体溶剂如 叔丁基酯 能延长锅的使用寿命. 大多数酮和酯(TBA除外)应避免使用,因为它们在室温下形成酮胺,尤其是与伯胺形成酮胺,这会导致活性胺的数量减少. 在室温下,醇也会缓慢地与环氧基发生反应. 如果使用单醇,粘度变化不大. 然而, 随着时间的推移, 这减少了环氧官能团的数量,并导致a部分含环氧树脂和一种初级醇溶剂的交联密度降低.

加速器

叔胺 与水、一些醇和一些弱酸(如苯酚)一起充当固化加速器. 例如, 2,4,6-[三(二甲胺甲基)]苯酚具有酚基和叔胺基,也是一种有效的催化剂. 弱酸促进环氧树脂的开环反应.

UL勘探者搜索引擎提供了许多胺固化剂和环氧树脂,用于配制双组分和其他类型的环氧涂料.

进一步阅读和资料来源:

提供初步和持久的涂层附着力的指南

原文发布日期:11月. 29, 2019
更新12月. 12, 2022

几乎所有美学和功能性应用的漆膜都必须提供与所需基材的附着力. 其次是长期耐用性, 在涂层的使用寿命内,涂层必须继续提供顽强的附着力. 相应的, 在制定一种涂层时,必须考虑多种因素,以提供可接受的附着力的预期应用. 关键的考虑因素和他们如何影响粘附力包括:

  1. 表面润湿
  2. 机械效应和内应力
  3. 保持膜的完整性和涂层间的附着力
  4. 表面化学和粘结强度
  5. 色素沉着
  6. 最初和加速测试后的附着力评估

1. 表面润湿

之间的关系 表面润湿 而附着力是优化涂层附着力的首要考虑因素. 如果处于液态的涂层不能自发地覆盖在基板表面, 然后,与基板表面形成机械和化学键的机会有限.

如果液体的表面张力(力/单位长度或达因/厘米)低于被涂覆固体的表面自由能,液体会自发地在材料表面扩散. 例如, 下面的图片提供了一个可视化的不同程度的润湿特性的液体滴到表面被润湿.

图1 -不同程度的基底润湿图像

基材润湿程度图像-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(低水位体系域)比的低 固体表面张力(风场),那么固体就会变湿. 差异越大, 液体湿润并在固体表面扩散的机会就越大. 因此,以改善润湿作为获得附着力的第一步,也可采用 低水位体系域 可以减少和/或 风场 可以增加. 水性涂料和粉末涂料在表面上的铺展更加困难,因为相对较高的表面张力的水或粉末润湿相比,大多数涂料含有较高水平的有机溶剂提供润湿.

相应的, 改善粉末涂料和水性涂料的润湿性, 通常使用有机共溶剂(水性)和/或适当的润湿剂(水性和粉状). 总之, when 低水位体系域 < 风场, wetting occurs.

表1 -液体表面张力(低水位体系域)和固体临界表面张力(风场) (dynes/cm) @ 20°C

表面张力表。提供完美涂层附着力的指南

2. 机械附着力和内应力

涂层要涂敷的基材的轮廓也会影响附着力. 更光滑的表面对于涂层粘附来说更困难,因为表面积更小,并且涂层与基材联锁的面积更小. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层湿润并穿透表面缝隙是很困难的. 图2中列出的图表说明了这一点.

图2涂层与基材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

草图B中的微观表面轮廓将提供比草图A更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基板联锁. 表面C有不容易被涂层穿透的口袋和气孔, 导致气穴可以捕获水分和可溶性离子,导致水泡和腐蚀(如果基材是可氧化的metal),从而导致长期附着力差和最终膜失效.

总之, 从机械粘合的角度来看, 低表面张力和低粘度的液体涂层有助于促进更好的润湿和微观渗透(毛细管作用). 粘连也会受到以下因素的不利影响 强调 涂层干燥或固化时由于收缩而发生的收缩. 长期暴露在潮湿环境中的环境影响, 光, 热, 污染物和热循环也起到最终降解附着力的作用.

3. 保持薄膜的完整性和涂层间的附着力

保持电影的完整性和 intercoat附着力 在多漆系统中,如面漆到底漆或清漆到彩色漆到底漆, 等机制 界面混合 在应用和/或固化过程中,有助于促进涂层间的附着力, 的反应是进一步增强涂层间附着力的第二种机制 剩余的反应官能团 在一层多涂层体系上反应形成 共价键 与另一涂层官能团的官能团的官能团. 其他提高基材附着力和或涂层间附着力的方法包括 添加附着力促进剂 (参见下面列出的参考资料)和/或 氢键 相邻的表面. 债券的优势 共价键 数量级是否比氢键更强,因此从寿命角度来看,更倾向于保持薄膜的长期完整性.

债券的优点

4. 表面化学和基材粘结强度

另外还有表面张力和衬底的表面轮廓, 可利用的基材官能团为涂层组分提供共价键和氢键位点,进一步增强与基材的粘结强度.

表2 -胶粘剂粘接力

粘合剂附着力表-提供完美涂层附着力的指南

如表2所示,与表面的最高粘结强度由 共价键, 例如,所提供的双功能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,以减缓氧化的速度. 石油也降低了表面能量,因此更难以湿润. 因为这个原因, metal表面-例如钢, 镀锌钢和铝-通常在油漆前清洗以去除油,然后预处理形成, 例如, 磷酸锌或磷酸铁处理过的表面. 其中的磷酸基可增强涂层的附着力 氢键 将metal表面的反应位点转移到聚合物上.

图3氢键与锌处理过的metal表面的例子.磷酸

氢键公式-提供完美涂层附着力的指南

活性组 在聚合物骨架上或通过添加一种二聚体或含有环氧树脂的多功能粘附促进剂, 氨基或硅烷功能偶联基团可以进一步与适当的预处理反应 metal 表面形成共价键,增加metal和涂层之间的粘附强度.

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粘附,偶联剂的烷氧基功能硅烷部分连接到 硅 表面形成硅氧烷.

塑料 是否因为表面自由能较低,而脱模剂的存在可能会进一步降低其表面自由能,使其更不易潮湿. 通过紫外线照射增加聚烯烃的表面自由能,可以提高聚烯烃的附着力, 一旦使用光敏剂, 或者是产生羟基的火焰处理, 羧基和酮基.

塑料表面的这些官能团提供了更高的表面能,以改善涂层上聚合物官能团的润湿性和氢键位点. 提高对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,使塑料表面增溶,并使涂料在塑料-涂料界面上混合.

5. 色素沉着

底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响涂层基材的附着力, 还要看它能在表面附着多久. 大多数底漆配制在临界颜料体积浓度(C聚氯乙烯)或略低于临界颜料体积浓度(C聚氯乙烯),以最大化面漆附着力(更粗糙的底漆表面和更高的自由能)以及许多其他涂层性能(图4).

使用更极性的颜料可以在颜料分散过程中提供容易润湿, 但由于它们更容易在涂层-基体界面处发生水分迁移和分离,因此可能会降低长期的附着力. 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.

6. 评价粘连

方法A和B -提供完美涂层附着力的指南

有多种方法来确定和量化有机涂层对基材的附着力. 两种最常见的测定粘附力的方法包括 ASTM D3359(交叉舱口胶带粘附)和 拉脱附着力). ASTM D3359描述了两种测定交叉口胶带附着力的方法:方法A是简单的X, 方法B是格子图案. Method A is used in the field 而且 for films > 5mils, 而方法B用于实验室测定.

ASTM D3359标准等级是根据用专用胶带除去的十字形舱口的面积来确定的,包括:

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

拉脱附着力利用一种装置来测量粘在涂层表面的小车的拉脱强度. 该装置以每平方英寸磅为单位确定剥离涂层所需的力. 这不仅量化了剥离涂层所需的力, 还有失败的类型(内聚性或粘性), 涂层如何失效,在哪一层失效(面漆到底漆, 底漆等.).

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:DeFelsko)

来源:

  1. metal表面处理-成功性能的关键, Ron Lewarchik, 2016年11月4日
  2. 获得优异的涂层附着力, Jochum Beetsma, 2014年6月13日
  3. 活性硅烷对涂层性能的促进作用, Ron Lewarchik, 2015年3月6日
  4. 附着力促进剂101Marc Hirsch, 2016年5月19日
  5. 药房180年.com
  6. 有机涂料,科学与技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  7. 探勘者知识中心
  8. www.表面张力.de
  9. 科学指引
  10. 科学 & 科技AJ金洛奇,查普曼 & 大厅
  11. CSCScientific.com
  12. ASTM标准
  13. www.defelsko.com

防腐蚀配方

腐蚀是一个metal可以通过电化学和/或化学过程降解的过程. metal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. metal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metal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

本文将考虑以下配方因素对涂层耐腐蚀性能的影响.

  1. 类型的metal
  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metal

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, 未涂覆的锌和铝的氧化物在metal表面形成紧密结合层,从而降低底层metal的腐蚀速率. 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. 因此, 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

体系的聚氯乙烯(颜料体积浓度)定义为成膜后体系中固体颗粒的体积百分比, 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. 大多数底漆配制在临界颜料体积浓度(C聚氯乙烯)或略低于临界颜料体积浓度(C聚氯乙烯),以最大化面漆附着力(更粗糙的底漆表面和更高的自由能)以及许多其他涂层性能(图4).

C聚氯乙烯对涂料性能的影响图表
图4 - C聚氯乙烯对涂层性能的影响

聚氯乙烯以及聚氯乙烯与临界体积浓度之间的关系是一个重要的考虑因素,它不仅支配机械性能, 同时也影响了水分和氧气通过涂层膜向metal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聚氯乙烯配方,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, 但由于它们更容易在涂层-基体界面处发生水分迁移和分离,因此可能会降低长期的附着力. 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. 云母,云母 铁的氧化物 而且 metal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metal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, 聚氯乙烯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, 在选择防腐颜料之前,必须仔细考虑评价标准和试验方法. 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. 较高的Tg(玻璃化转变温度)和较高的交联密度粘合剂被认为可以提高抗水泡性.

绝大多数的缓蚀颜料都是由metal离子(阳离子)组合而成 引领 or  还有阴离子,比如从  (正磷酸和多磷酸), 铬酸 而且 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

涂层的相对耐腐蚀性能会因测试方法和暴露条件的不同而有很大的不同. 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. 大多数专家都认为,加速测试并不总是能很好地反映涂层metal在现实世界中的表现.

其他注意事项是metal类型(e.g.(钢、铝、镀锌)、预处理及表面清洁度. 如果metal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, 颜料使用的涂层类型影响到适当的防腐颜料的选择. 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.

其他对基体腐蚀有深刻影响的因素包括涂层的疏水性程度. 表面和体积的疏水性可以通过使用特殊设计/结构颜料的表面改性剂以及添加疏水添加剂来增加,这可以最大限度地减少涂料的水分渗透,从而降低腐蚀速率.

接触角描述
图5

根据澳门买球的经验,具有高接触角和体积疏水性的涂层也会在加速测试(如盐雾或冷凝湿度)后保持良好的附着力.

一张显示双组分聚酯聚氨酯的照片
图6

双组分聚酯聚氨酯,155度接触角和优良的体积疏水性,在澳门买球排行App实验室配制, 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. 本文将介绍AM涂料技术的最新进展,包括涂料添加剂和杀灭微生物或减少其在涂层表面生长的技术方法.

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. 控制微生物可以通过使用抑制微生物繁殖或生长的抗菌技术来实现, 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

涂料中使用的大多数杀菌剂都是迁移性的,因为它们的作用是当暴露在潮湿环境中时,将活性成分释放到涂层表面. AM改性漆膜的寿命取决于生物杀菌剂的释放速率,活性成分的浓度随时间的减少.AM添加剂在漆膜中的效果取决于浓度, 树脂系统, 光泽, 聚氯乙烯, 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
    •  而且 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?

  • metal、metal化合物和metal纳米颗粒

metal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. 铜破坏细胞的机制包括在细胞中产生过氧化氢,过量的铜也可以与蛋白质结合,导致蛋白质分解成无功能的部分. 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. 美国环境保护署(EPA)负责监督抗菌剂和材料的监管,并确定铜合金能杀死超过99人.如果定期清洁,两小时内就能清除9%的致病细菌. 铜和铜合金是一种独特的固体材料,因为在美国没有其他固体接触表面得到许可.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. metal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 3-(三羟基硅基)丙基二甲基十四烷基氯化铵与表面结合的结构,当微生物与表面尖刺接触时,通过破坏它们的外膜来破坏微生物.

  • 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). 的re is not total agreement on how these materials function as 我代理 (细菌); 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

水凝胶是由交联的亲水聚合物组成的3D网络,可以响应环境刺激的变化,如pH和温度,导致微生物的破坏.

  • 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. 它们可以有效地用于AM涂料中,其独特之处在于,它们有能力在接触时杀死微生物. 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-表面

有三类 自清洁表面、超疏水、光催化和超亲水. 超疏水 表面 (contact angle > 150 degrees are water-shedding 而且 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. SH涂层的表面结构的特征是针状微观结构加上提供低表面张力的组件. 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 表面 (contact angle < 10 degrees) enable dirt 而且 water to easily slide off the surface.

最终的想法

AM涂料技术的未来将包括各种技术的组合,以最大限度地提高其有效性和寿命. 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 对环境刺激(如pH值和/或温度的波动)作出反应,并且具有可以破坏受损细胞膜的表面结构.

卷材涂布的卓越技术

的 卷材涂料 工艺(见图1)提供了一种快速均匀地应用各种涂料的方法, 控制, 在每分钟100 - 700英尺的线速度下,根据油漆和metal厚度的不同,涂料在15-45秒内固化,达到390 - 480°F的峰值metal温度. 在卷材涂布过程中, 首先解开metal线圈, 清洗和预处理, 一层或多层涂料涂在一块平整的连续薄板上, 热固化, 冷却并重新缠绕以备装运. 在制造商那里,它被切割成所需的尺寸,并形成其最终的形状.

因为metal首先被喷涂,然后形成一个部分, 卷材涂料通常被称为预涂漆. 预涂是指在metal加工前对metal进行涂漆的过程,而不是对成型物品进行涂漆.  覆膜产品不仅要能迅速固化, 它还必须是灵活的和抗压力斑驳,因为涂层线圈可以重达几吨.

初级线圈涂覆metal基板包括:

    • 冷轧和热轧钢材
    • 镀锌钢(镀锌钢-热镀锌和电镀锌)
    • Galfan(~95%锌+ 5%铝涂层钢)
    • 铝锌合金镀层(43.锌5%,铝55%,含1.5%涂硅钢

与其他大多数应用方法相比, 从涂料使用的角度来看,卷材涂料的效率接近100%. 与喷涂涂层不同, 线圈涂层产品提供均匀的薄膜厚度,而不是边缘较厚的薄膜, 角和弯道是喷涂涂料中比较典型的.

卷材涂层的好处:

  • 始终如一的质量
  • 高速
  • 几乎100%的效率,因此成本更低
  • 高质量的
  • 较低的环境影响
  • 多种metal类型
  • 多种涂层类型可供选择
  • 灵活性
图一:典型的卷涂线
图一:典型的卷涂线

表面涂层采用反辊涂层,其中涂布器辊沿带材的反方向移动,从而提供更光滑的膜,缺陷更少. 引物 后台通常采用直接辊涂. 一些线路也应用卷材涂料使用挤出机或通过一个固体块涂料的软化点,这样它可以顺利地应用时加热.

卷材涂料的物理类型包括溶剂型、水性、粉状和固体块状涂料.

原理图1 -在典型的外表面涂层

原理图I -线圈涂层基板

表1 -卷材涂层选择的概要

卷材涂层的选择概述

全球卷材涂料的总市场规模在3美元的范围内.50亿美元 聚酯涂料 占总数的60%以上. 在卷材工业中使用的油漆固化类型包括热固化, 红外, 感应紫外光固化. 总的来说,绝大多数卷材涂料是使用燃气烤炉固化的. 因此,本文剩下的部分将集中讨论热固化卷材涂料.

线圈式底漆和支撑剂通常比喷雾剂或液体喷涂薄得多 粉末涂料 或electrocoat油漆. 应用的底漆干膜厚度通常在4-6微米范围内, 而表面涂层通常用于提供18-20微米的干膜厚度.

在制定卷材涂料时要特别考虑树脂技术的调整, 交联, 溶剂系统, 催化剂表面修饰符 而且 润滑剂 适应适当的固化,流动和平整,并使表面缺陷最小化. 一旦治愈, 卷材涂料可以提供极好的处理能力, 物理, 化学和环境特性. 表II详细说明了用于聚酯卷材涂层的典型材料.

表II -用于典型聚酯卷材面漆的原料(树脂固体.2:1.颜料:粘合剂,杜邦R960钛白粉)

卷材涂料原材料

总之, 卷材涂层技术比传统应用技术发展得更快,预计每年将以超过5%的速度增长,这是由于节省成本等各种好处, 多功能性, 环境, 性能和质量问题.

辐射固化涂料-快速固化技术的终极

辐射固化涂料提供了一种高速光固化工艺,与常规固化工艺相比具有许多优点. 多个优势包括 高速, 较低的能量需求, 小或挥发, 更少的生产空间, 减少灰尘收集, 高质量的完成, 快速加工以及一些UV光技术的即时开关也加快了生产和节能. 电子和紫外线 可治愈的 自20世纪60年代以来,油漆面材就已经存在了,其基础是聚合反应,包括自由基和阳离子引发的链生长聚合. As the majority of 涂料 for UV cure 涂层 utilize free radical polymerization (>90% of market), 这篇文章将主要集中在自由基聚合引起的 的光 (图. 1):

UV固化聚合-辐射固化涂料

- UV/EB固化涂料中使用的不饱和类型见表一, 到目前为止最大的类型是 丙烯酸酯.

表I - UV/EB固化中使用的不饱和类型

的光 主要考虑光引发剂吸收曲线的两种不同特性. 第一个, 被PI和秒吸收的光的最大波长(λ Max)是多少, 这种吸收的强度(摩尔消光系数). 的光 用于固化的着色膜在300 nm至450 nm之间的较长波长上通常有更高的摩尔消光系数比固化清晰的配方. 最大限度地提高治疗和效率, PI的吸光度必须与灯的输出光相匹配,因为不同的灯有不同的光谱输出(见表I). 更长的波长的光也是必不可少的,以提高固化较厚的涂层. 除了透明涂料,较新的PI也使着色涂料的配方成为可能. 颜色对一般治疗的影响, 聚氯乙烯, 颜料粒径和膜厚如图所示. 2:

影响治疗行为的因素-放射治疗
图2 - UV固化的注意事项. 图片:汽巴-盖基文学

自由基主要有两种类型 光引发剂,类型I和类型II. I型的光 在辐射作用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是活泼的,从而引发聚合. 1-羟基环己基苯基酮是一种应用广泛的I型PI. II型的光 在辐射作用下形成激发态,并从供体分子中提取一个原子或电子(增效剂). 供体分子反过来引发聚合. 广泛应用的II型光引发剂的一个例子是 苯甲酮. 三级  当它们与二苯甲酮反应时通常用作增效剂吗, 并能延缓氧对聚合的抑制作用. 丙烯酸叔胺 当涉及到气味和可提取物时,就使用化合物. Oxygen can also inhibit cure especially in thin films; to counteract oxygen inhibition, 涂料可以使用胺类增效剂, 在氮气环境下固化, 加入蜡, 高引发剂浓度, 更强的紫外线, 和/或表面活性的发起者.

其他决定UV固化配方性能的关键成分包括UV固化单体和低聚体. 图3展示了典型的 单体 与性能特性一起使用.

单体。辐射固化涂料

表二世. 总体性能与单体

整体性能与单体相比-辐射固化涂料
图3. 典型单体及性能特点

有几种紫外光固化 低聚物 根据需要的性能类型,可提供的类型,请参见图. 4列出了一些常见的寡聚物类型以及性能特征概述.

电子束固化涂料可用于丙烯酸酯功能涂料的固化. 由于使用的能量(150 - 300kev)远高于紫外线固化, 光引发剂是不必要的. 与UV相比,EB固化的其他优点是颜料不会对固化产生不利影响. 所使用的载具系统基本上与UV固化(丙烯酸酯)和UV阳离子固化载具相同. EB固化的缺点包括设备成本高,固化必须在惰性环境中进行. 涂层树脂一旦照射形成一个自由基阳离子和一个二级电子,激发态CR*就可以均裂解形成自由基并引发聚合.

辐射固化涂料
低聚物类型。辐射固化涂料
图4 - UV固化低聚物类型/特性

除了100%固体液体UV涂料,其他UV类型包括水性UV和粉末UV. 水性光固化 与传统UV固化相比有优势,因为不需要活性稀释剂来控制粘度. 也, 而不是传统的UV固化配方, 涂层的粘度与涂层的分子量无关 树脂 并适用于喷雾应用粘度, 通过添加水而不是低粘度的反应单体来调整固体. 除了, 因为需要固化的双键更少, 收缩率较低,从而可以提高附着力. 主要的缺点是,在UV固化之前,水需要通过大约80°C的烤箱来去除. 在粉末UV固化涂料中,部件是静电喷涂的. 建议使用自动枪而不是手动枪,以确保均匀, 应用一致的膜厚. 接下来,应用的涂层在对流、红外或烤箱中烘烤,使粉末熔化和流动. 这一步是在一个更低的温度和更短的时间(175-280°F几秒钟而不是320-390°F 5到20分钟)的传统粉末涂层. 一旦粉末熔化流动, 零件进入紫外线固化室,在几秒内而不是几分钟内固化涂层, 与传统的热粉一样.

阳离子UV固化涂料具有以下优点:

  • 低收缩
  • 优异的附着力
  • 不受氧气抑制
  • 黑暗疗法允许高水平的转化
  • 改进的物理性质

阳离子固化涂料的典型光引发剂是强酸类的铵盐 碘鎓 而且 锍盐 六氟锑酸和六氟磷酸. 一旦暴露在200 - 360nm范围内的适当辐照度下,强Bronsted酸被激活,成为环氧乙烷官能团在反应物上均聚的催化剂. 通常使用环脂肪族环氧化合物,因为它们的反应速度比芳香族环氧化合物快

反应性增加-辐射固化涂料

四氟苯基硼酸盐阴离子在上述组中速度最快(亲核性最低). 添加光敏剂如 thioxanthones苯甲酮 而蒽可以将光谱响应增强到中可见能量范围,从而提高反应效率. 从车辆的角度来看, 阳离子UV固化涂料使用环脂肪族环氧树脂,因为它们比使用基于BPA的芳香族环氧树脂反应更快. 络合阳离子的盐 也可作为自由基-阳离子杂化聚合的光引发剂. 混合自由基-阳离子涂层的使用 脂环族的环氧树脂 除了反应物如 乙烯基醚苯乙烯, 4-alkoxy苯乙烯. 水分在阳离子固化中起链转移剂的作用, 超过50% R后,固化速度急剧下降.H. 阳离子光引发剂活化后,聚合反应由热驱动. 这说明了一个高的转化率,特别是在存在热碰撞.

任何关于UV-LED固化涂料的讨论都是疏忽,至少要对UV-LED灯泡以及每种类型的特性进行简短的概述. 如表三所示.

UV LED灯泡的类型。辐射固化涂料
表三- UV-LED灯泡的种类及其特性

对UV固化涂料的最后一个要考虑的是,它们通常是不入视线的. 换句话说, 对于复杂的三维曲面, 哪里没有光, 涂层固化不了. 也, 大多数UV固化技术使用聚焦光在二维表面上提供最佳的均匀固化. 与传统的UV固化技术相比,LED固化具有多种优势,比如低发热. 这是理想的固化热敏基板. 除了, LED提供了一个无臭氧环境, 能源效率, 超长的灯泡寿命和稳定的光谱输出意味着稳定的质量.

聚酯树脂基础

大多数用于涂料应用的聚酯树脂是相对低分子量和非晶态的, 线性的或分枝的,必须交联才能形成有用的薄膜. 作为一个类, 热固性聚源物体参数 通常提供更好的metal附着力和抗冲击比热固性丙烯酸, 然而,TSA提供的涂层具有更好的耐水解和耐风化性能. 在聚酯的主链上存在酯键使它们更容易水解, 正确选择为酯基连接提供空间位阻的主链单体(例如 核计划组 提供更好的耐水解性和耐候性.

反应物过量的公式。聚酯树脂基本原理

这篇文章将只考虑饱和聚酯,有时被称为无油聚酯. 聚酯涂料是建筑的很大一部分, 汽车和航空航天市场,因为他们可以设计提供优良的性能,包括机械, 影响, UV, 耐化学性用于水性, 高固形物、低VOC和粉末涂料. Linear聚酯 占卷材涂布用树脂的很大一部分. 当用三聚氰胺或封闭异氰酸酯固化时,可提供优良的柔韧性, 耐化学性和光稳定性. 聚酯的形成是由 不断的聚合 指至少有两个羟基的醇和至少有两个羧基的羧酸. 通常聚酯含有二醇的混合物, 三醇和二元酸与过量的多元醇形成端羟基聚酯与三聚氰胺或异氰酸酯预聚物反应形成涂层膜. 如果使用了过量的二元酸, 聚酯端羧基与环氧树脂反应, 三聚氰胺或2-hydroxyalkylamides. 历史上聚酯合成被称为 缩聚反应 当一个醇基和一个羧基反应产生水. 其他聚酯合成路线包括酯与醇的反应, 酐与醇的反应,最后内酯的开环聚合. 当二元醇(DD)与等量的二元酸(CC)反应时 分子量 逐步构建,并且更容易控制. 过量的反应物会有反应物的末端基团. 例如:

一般的分子末端会有羟基. Branched polyes源物体参数 are made from mixtures of monomer that contain one or more 单体 哪一个 have a functionality F > 2. 作为一个单体的比例与 F(功能) > 2 增加, 数平均分子量增加,必须控制反应以避免凝胶化. 广泛的聚酯在商业用途,为传统聚酯固化 三聚氰胺 or 异氰酸酯 预聚物的数量平均分子量在2000 ~ 6000之间.

图1 -聚酯合成过程中分子量的增加:

聚酯树脂的基本原理-分子量增加图

图2 -常见的羟基功能单体如下:

普通羟基功能单体的配方。聚酯树脂基本原理

图3 -常见的二酸单体:

普通二酸单体的配方。聚酯树脂的基本原理

表一-多元醇对聚合物性能的影响:

聚合物的影响表。聚酯树脂的基本原理
聚酯树脂的酸基效应表

表II -酸功能单体对聚合物本体的影响:

如表一和表二所示, 适当选择共反应物单体可以提供一系列的性能特征,提供一系列的性能属性如

  • 水解稳定性 癸二酸的,(核计划组 CHDA)
  • 表面风化 (npg, bepd, tmp, tme, hhpa, ipa)
  • 硬度 (npg, tme, tme, chdm, ta)
  • 灵活性 (AA、AzA、Seb、CHDA、TA、CDO)

理想的性能可以通过适当选择混合单体,再加上聚合物结构的选择来满足薄膜的性能.

聚合物设计注意事项图表。聚酯树脂基本原理

最后, 聚酯的结构可以用一个或多个反应性基团修饰以形成例如聚氨酯, 石油, 或者丙烯酸改性聚酯.

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资源:

  • 有机涂料,科学与技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
  • 探勘者

用抗菌涂料保持无虫

包括埃及在内的古代文明, 中国和印度利用metal或metal化合物利用铜, 银和锌可以对抗微生物引起的疾病, 而古希腊和埃及人则使用特定的霉菌和植物提取物来治疗感染. 自从SARS到来, 最近又出现了COVID 19, 人们对抗菌材料的认识和使用越来越多,包括 抗菌涂料 阻止致病微生物的传播. 抗菌涂料的估计市场价值超过3美元.2019年为20亿美元,预计调整后的年增长率为10.4%到2026.

抗菌 (AM涂料添加剂的作用是杀死微生物或阻止它们的生长. 涂料中的抗菌添加剂可作为涂料防腐剂或作为固化膜中的抗菌剂. 根据抗菌剂添加剂的选择,这些材料可以杀死或对抗细菌的生长, 病毒, 涂层表面有真菌和藻类. 控制微生物可以通过使用抑制微生物繁殖或生长的抗菌技术来实现, 为医院和食品工业提供卫生的表面,并保护漆膜的完整性.

本文将重点介绍在固化膜中提供抗菌功能的抗菌添加剂和方法. 在涂料中使用AM剂杀灭或防止以下微生物生长的应用包括:

  • 真菌
  • 细菌
  • 藻类
  • 病毒

涂料中使用的大多数杀菌剂都是迁移性的,因为它们的作用是当暴露在潮湿环境中时,将活性成分释放到涂层表面. AM改性漆膜的寿命取决于生物杀菌剂的释放速率,因为活性成分的浓度随时间的减少.

描述AM剂在涂料中的释放与时间-了解如何保持细菌与抗菌涂料

AM添加剂在固化涂料中的效果不仅取决于浓度, 树脂系统, 光泽, 聚氯乙烯, 涂层表面结构及其暴露的环境.

metal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. 铜破坏细胞的机制包括在细胞中产生过氧化氢, 过量的铜也可以与蛋白质结合,导致蛋白质分解成无功能的部分. 硫代锌/2-丙基丁基氨基甲酸酯既是防腐剂又是杀菌剂. 美国环境保护署(EPA)负责监督抗菌剂和材料的监管,并确定铜合金能杀死超过99人.如果定期清洁,两小时内就能清除9%的致病细菌. 铜和铜合金是一种独特的固体材料,因为在美国没有其他固体接触表面得到许可.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.

metal纳米粒子 包括PVP和多糖包覆银纳米颗粒, 被mes包裹的银和金也被证明是有希望的抗病毒药物. 铜纳米粒子h已证明对大肠杆菌、真菌和细菌具有抗菌活性.

certain的用法 季铵硅烷 化合物也提供抗菌性能时,结合到固体表面. 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.

最近的文献揭示了表面结构对抗菌性能的影响 针像表面 3-(三羟基硅基)丙基二甲基十四烷基氯化铵与表面结合形成的结构,当微生物与表面尖刺接触时,通过破坏它们的外膜来破坏微生物.

化学蒸汽沉积 二氧化钛 在紫外线照射下是否具有光催化活性. 它的自洁特性是由于其强大的氧化能力,从而导致抗菌, 抗病毒和抗真菌活性.

超疏水表面 接触角通常在150度或更大的范围内吗. 该表面结构的特征是针状微结构与提供低表面张力的组件相结合. 这种表面结构还具有降低微生物粘附表面的能力的功效,从而赋予抗菌活性.

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资源:

  • 有机涂料,科学与技术,Frank N. 琼斯等人.al.,威利 & 儿子,2017
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  • C & 在新闻
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  • 全球市场的见解

智能涂料-智能的选择

有很多定义 聪明的涂料但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. 智能涂料除了具有传统的保护和装饰性能外,还具有额外的功能价值. 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倍的复合增长率扩张.在2017年至2025年期间实现8%的增长,并在2024年达到10亿美元的销售额.

智能涂料中的外部刺激

智能涂料中的外部刺激因素可能包括以下特性:

  • 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

使用新型专用添加剂可以获得这些涂层性能, 颜料和/或聚合物.

Icephobic涂料 要么在附着性差的表面上阻止冰的形成,要么促进在表面上形成的冰的释放. 防冰涂料在飞机工业、风力涡轮机和电力线路中都有应用. 有两种类型的冰形成是有问题的.

  • 白霜,更俗称霜
  • 眩光冰, 更俗称釉冰, 形成一层连续的液态水,在表面结冰. 眩目的冰在电线和飞机上尤其危险.

防冰涂层可以配制成霜冰或眩目冰,但不能两者都适用. 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得表面比基于接触角的预期的更少的疏冰性. 图1说明了.

图1 -了解更多关于智能涂料的知识

一些研究表明,弹性体聚氨酯涂料提供更少的冰附着力比涂料的结构类似,但更多的玻璃性质. 其理论是,聚氨酯弹性体涂层的表面会导致固体冰与表面有悬垂链的轻交联聚氨酯或硅酮弹性体结构之间的滑动.

其他方法利用某些表面的凝固点降低或在低表面张力的涂料中添加油. 最后, 有些涂层利用添加剂来增加冰成核所需的过冷度.

自我修复涂料

所有涂层在使用期间都容易受到划伤和磨损. 划伤和磨损不仅对外观有不利影响, 但如果涂层被应用在可氧化的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修复技术. 一旦涂层被划伤, 含有催化液体可聚合材料的微或纳米胶囊(e.g. 干燥的油,二环戊二烯)被释放到刮痕中. 图2说明了基于胶囊或纤维的自愈合技术. 一旦胶囊破裂, 聚合可以填充空隙,减少水分的进入,从而提高涂层的耐腐蚀性能和外观. 基于热塑性聚己内酯(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,当暴露在热中时,可恢复膜的完整性.

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知识

环境传感涂层

能够对环境的变化做出反应, 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在干燥过程中pH值的变化而改变颜色. 干燥后,颜色的变化,例如粉红色或紫色,有助于表示 足够的覆盖率 在同样颜色的内毛上.

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层中使用罗丹明b基掺杂剂来检测钢和铝的腐蚀,因为它对pH值的降低和铁的存在都有反应+++ 离子.

智能涂料的另一个快速发展领域是涂料的使用,这些涂料经过改良,可以抵抗病毒或细菌在表面的定植. 大多数表面含有微量的营养物质,如糖, 帮助微生物生长和繁殖的油或磷.


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抗菌涂料

抗菌涂料有多种用途,包括医院, 厨房, 公共浴室, 交通运输(出租车, 超级汽车, 飞机上)和扶手和门把手上. 已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,以使缓慢释放和提高寿命. 季铵盐也具有抗菌活性, 季铵盐对病毒和真菌更有效. 铜也提供一些抗菌活性以及有机基础的抗菌剂,如三氯生.

表1 -其他智能涂料应用概述

涂层类型主要刺激智能响应
太阳能反射使用掺杂的混合metal氧化物反射红外能量浅色和深色阳光提供冷却面,节省空调成本
压电颜料受力时产生电流(pb - zr -钛酸盐)振动受到机械应力时产生电压
压磁多晶材料受到应力时会产生磁场振动当受到机械压力时,会产生磁场
热变色随温度变化而改变颜色的液晶和Leuco染料温度指示温度在指定范围内的变化
电致变色的当接触电流时会改变颜色的聚合物电解质电流颜色变化,审美情趣,指示
疏水/亲水表面改性结合调整表面张力水分调节水接触角,击退(疏水)或吸湿(亲水)

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  • 有机涂料,科学与技术,Frank 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
  • 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, 腐蚀防护外源性自愈研究进展:微胶囊体系与核壳血管网络体系的比较, 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都必须提供与所需基材的附着力. 相应的, 在制定一种涂层时,必须考虑多种因素,以提供可接受的附着力的预期应用. 关键的考虑因素和他们如何影响粘附力包括:

  1. 表面润湿
  2. 机械效应和内应力
  3. 表面化学和粘结强度
  4. 色素沉着
  5. 评价粘连

1. 表面润湿 -之间的关系 表面润湿 而附着力是优化涂层附着力的首要考虑因素. 如果处于液态的涂层不能自发地覆盖在基板表面, 然后,与基板表面形成机械和化学键的机会有限.

如果液体的表面张力(力/单位长度或达因/厘米)低于被涂覆固体的表面自由能,液体会自发地在材料表面扩散. 例如, 下面的图片提供了一个可视化的不同程度的润湿特性的液体滴到表面被润湿.

图1 -不同程度的基底润湿图像

基材润湿程度图像-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(低水位体系域)的比率较低 固体表面张力(风场),那么固体就会变湿. 差异越大, 液体湿润并在固体表面扩散的机会就越大. 与大多数有机溶剂相比,水性涂料在表面上的扩散更加困难,因为水的表面张力相对较高.

相应的, 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 低水位体系域 < 风场, wetting occurs.

表1 -液体表面张力(低水位体系域)和固体临界表面张力(风场) (dynes/cm) @ 20°C

表面张力表。提供完美涂层附着力的指南

2. 机械附着力和内应力 -涂层要涂敷的基材的轮廓也会影响附着力. 更光滑的表面对于涂层粘附来说更困难,因为表面积更小,并且涂层与基材联锁的面积更小. 然而, 如果涂层非常粗糙, 液体涂层湿润并穿透表面缝隙是很困难的. 图2中列出的图表说明了这一点.

图2涂层与基材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

草图B中的微观表面轮廓将提供比草图A更好的附着力,因为涂层提供了更大的机会与基板联锁. 表面C有不容易被涂层穿透的口袋和气孔, 导致气穴可以捕获水分和可溶性离子,导致水泡和腐蚀(如果基材是可氧化的metal),从而导致长期附着力差和最终膜失效.

总之, 从机械粘合的角度来看, 低表面张力和低粘度的液体涂层有助于促进更好的润湿和微观渗透(毛细管作用). 粘连也会受到以下因素的不利影响 强调 涂层干燥或固化时由于收缩而发生的收缩. 长期暴露在潮湿环境中的环境影响, 光, 热, 污染物和热循环也起到最终降解附着力的作用.

3. 表面化学和粘结强度  另外还有表面张力和衬底的表面轮廓, 可利用的基材官能团为涂层组分提供共价键和氢键位点,进一步增强与基材的粘结强度.

表2 -胶粘剂粘接力

粘合剂附着力表-提供完美涂层附着力的指南

如表2所示,与表面的最高粘结强度由 共价键, 例如,所提供的双功能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,以减缓氧化的速度. 石油也降低了表面能量,因此更难以湿润. 因为这个原因, metal表面-例如钢, 镀锌钢和铝-通常在油漆前清洗以去除油,然后预处理形成, 例如, 磷酸锌或磷酸铁处理过的表面. 其中的磷酸基可增强涂层的附着力 氢键 将metal表面的反应位点转移到聚合物上.

图3氢键与锌处理过的metal表面的例子.磷酸

氢键公式-提供完美涂层附着力的指南

活性组 在聚合物骨架上或通过添加一种二聚体或含有环氧树脂的多功能粘附促进剂, 氨基或硅烷功能偶联基团可以进一步与适当的预处理反应 metal 表面形成共价键,增加metal和涂层之间的粘附强度.

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粘附,偶联剂的烷氧基功能硅烷部分连接到 硅 表面形成硅氧烷.

塑料 是否因为表面自由能较低,而脱模剂的存在可能会进一步降低其表面自由能,使其更不易潮湿. 通过紫外线照射增加聚烯烃的表面自由能,可以提高聚烯烃的附着力, 一旦使用光敏剂, 或者是产生羟基的火焰处理, 羧基和酮基.

塑料表面的这些官能团提供了更高的表面能,以改善涂层上聚合物官能团的润湿性和氢键位点. 提高对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,使塑料表面增溶,并使涂料在塑料-涂料界面上混合.

4. 色素沉着 -底漆中使用的颜料的水平和类型不仅影响涂层基材的附着力, 还要看它能在表面附着多久. 大多数底漆配制在临界颜料体积浓度(C聚氯乙烯)或略低于临界颜料体积浓度(C聚氯乙烯),以最大化面漆附着力(更粗糙的底漆表面和更高的自由能)以及许多其他涂层性能(图4).

C聚氯乙烯对涂层性能的影响表-提供完美涂层附着力的指南

使用更极性的颜料可以在颜料分散过程中提供容易润湿, 但可能会降低长期的附着力,因为它们更容易在涂层-基材界面的水分迁移和解除. 平板状色素和含有极低或不含水溶性成分的色素也能延长寿命.

方法A和B -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. 两种最常见的测定粘附力的方法包括 ASTM D3359(交叉舱口胶带粘附)和 拉脱附着力). ASTM D3359描述了两种测定交叉口胶带附着力的方法:方法A是简单的X, 方法B是格子图案. Method A is used in the field 而且 for films > 5 mils, 而方法B用于实验室测定. 评分如下:

分类按用专用胶条除去的十字舱口面积分类,包括:

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

拉脱附着力利用一种装置来测量粘在涂层表面的小车的拉脱强度. 该装置以每平方英寸磅为单位确定剥离涂层所需的力. 这不仅量化了剥离涂层所需的力, 还有失败的类型(内聚性或粘性), 涂层如何失效,在哪一层失效(面漆到底漆, 底漆等.).

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:DeFelsko)

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