双组分反应epoxy-amine涂层系统被广泛用作维护和防护涂料(M&PC)由于其优异的耐化学性,防腐、粘连和防潮层属性。然而,利率缓慢sub-ambient epoxy-amine反应的温度(小于10°C)与过长导致涂料干燥时间和不当治疗。因此,这种涂料不提供相同级别的保护涂料应用在更高的温度和治愈的。在本文中,我们强调在改善治疗最新进展速度sub-ambient温度使用新的加速器。描述治疗速度是由一个新颖的方法基于监测涂层表面的摩擦系数(咖啡)在治疗。结果表明,这些加速器显著提高固化速度下sub-ambient温度(小于10°C)。整合这些加速器为液体环氧树脂涂层成分可能允许涂抹器扩展绘画季节,尤其在寒冷的地区。

干燥时间记录

传统上,一个机械干燥时间记录是用来测量治疗的速度。1在这个技术,涂层应用使用胶片涂布在玻璃衬底。一根针从一端拖通过涂层以恒定速度24小时,直到它到达另一端。的针穿过涂层时它会创建一个划痕,形态是依赖于治疗阶段。治疗的不同阶段(set-to-touch,无粘性,又干又硬,干倍)可以测量定位分的过渡形态。干燥时间记录是易于使用,广泛应用于涂料工业;然而,有几个现实的挑战与利用这个工具来指导研究。首先,识别的过渡形态可能不是微不足道的,尽可能多的这些转变是模棱两可的。因此,无法明确看出不同阶段的治疗。在一些情况下,某些过渡可能不会发生在测试的持续时间,这使得解释困难治疗的阶段。其次,这种技术可以很高的可变性。 This poses a challenge, especially when conducting research such as developing alternative accelerators. Finally, the instrument is limited to monitoring cure only up to 24 h.

使用摩擦测量治愈速度特性

一种新的治疗方法基于摩擦测量了速度测量。2咖啡,即。,the ratio of the lateral force (FL) required to move a stainless steel ball probe (diameter = 9.5 mm) to the normal force (FN = 100 g) exerted on the probe, was measured on the coating surface by means of a tack and friction station equipped with lateral and normal load cells. COF can be measured accurately within 10% standard error. For a typical epoxy-amine coating, a characteristic pattern (Figure 1) can be generated when COF is plotted against cure time. During the initial stage, the coating components are unreacted and the viscosity is low. As a result, the COF recorded value is low. As the epoxy and amine components react, formation of a crosslinked network begins and the viscosity starts to rise. Consequently, the COF of the surface increases as cure progresses. At a certain point in the cure progression, the COF value peaks. As explained later in this section, this correlates well with the dry hard time of the coatings as measured on a conventional dry time recorder. As cure progresses further, the coating surface hardens, resulting in a drop in the COF value. Ultimately when the cure is completed, the COF reaches an equilibrium value, which is also the final COF of a completely cured coating.

为了将这种技术与干燥时间记录方法,我们策划的又干又硬的时间测量记录仪对时间达到峰值咖啡价值。数据收集从6涂料由相同的环氧树脂和固化剂不同。涂料是明确大衣准备在1:1胺NH:环氧化学计量比。线性趋势线可以安装在这些数据点的斜率是0.973(图2),它可以因此,表明咖啡达到高峰值或多或少相当于又干又硬的时间干时间记录。

这项技术进一步提高了将机器人控制允许在多个自动化测量涂料无需用户干预。高通量活性涂层站配备两个可编程机器人武器被用于制造环氧树脂涂料。机械臂执行所需的行为如吸入、分发、称量、混合和画下来。涂料被转移到热固化炉的基础上机器人在那里,他们可以治愈一个预定的时间。炉内的条件将所需的治疗温度(2°C到250°C)和湿度条件(5%到95% RH)。对于环境治愈,涂料是存储在一个相邻的“酒店”指定的固化时间。一旦治愈时间,另一个机器人基础上进行涂层的策略和摩擦站咖啡测量。

治愈速度Sub-Ambient温度

图3显示了固化温度对涂层系统的影响使用曼尼希碱固化剂(D.E.H.准备™615)。当治愈在环境温度下,咖啡峰值发生之前第一摩擦测量(约2小时)。平衡咖啡值达到5 h后涂层。当治疗温度降至10°C的增加~ 6 h的又干又硬的时间可以预计(峰间距离)。当治疗温度进一步降低到5°C,干燥时间大大延长从咖啡峰可以看出,发生~ 30 h后涂层。因此,充分表明,当治疗的温度降低,显著增加干燥时间。等传统加速器tris-2 4 6 - (dimethylaminomethyl)酚苄二甲胺和水杨酸只是温和有效地减少干次sub-ambient温度。因此,我们开始努力开发替代加速器治疗epoxy-amine涂料在sub-ambient温度的速度增加。

选择低温加速器

30个潜在加速器的图书馆使用自动化协议的筛选。这些加速器被添加在1 wt. %硬化剂的重量。实验进行了使用多个树脂和固化剂系统;治疗反应是在环境条件的筛选。30的候选人,四个被证明产生显著的加速和down-selected第二轮测试在sub-ambient治愈速度测量温度。

图4显示了四个加速器的影响环氧树脂涂料的治愈速度(树脂系统B通过D.E.H.治愈615)。包含加速器C的涂层有明显高于治疗速度相对于治疗的速度控制涂层(即。,没有添加加速器),导致减少了10 - 15 h又干又硬的时间(峰间的差异)。另一方面,咖啡的涂料含有加速器B单调增加在48 h固化时间。这个候选人,因此,阻碍治愈速度相对于控制进行治疗时sub-ambient温度(≤5°C)与行为在环境温度。加速器D包含涂层显示缓慢的初始治疗(0-15 h),但也有类似的又干又硬的时间的控制。加速器不影响治愈速度sub-ambient治疗温度(≤5°C)。然而,我们认为,这一结果是由于缺乏溶解度的候选人在低温涂料配方。

图5显示了四个加速器的效果涂料由环氧树脂体系的固化速度和D.E.H. 615 sub-ambient执行治疗时的温度。再次,加速器C显示改善涂料的固化速度相对于控制,导致15 - 20 h又干又硬的时间减少。其他加速器,然而,不提高治愈速度相对于控制。

结论

摩擦测量反应性环氧树脂涂料在治疗提供了一个定量的治愈率。比传统方法评估干倍依靠主观运营商评级,定量评估的新方法提供了优势加速治疗的新策略。此外,治疗速度特性使用摩擦测量保留简单等其他分析技术相比,动态力学分析(DMA)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱。自动化的摩擦使用机器人控制技术可以有效地筛选加速器候选人低温固化环氧树脂涂料。加速器显示改进的治疗速度5°C时使用涂层系统利用曼尼希碱固化剂,导致减少了10 - 20 h又干又硬。提高治愈速度两种环氧树脂系统评估中可观察到在这个研究。未来的努力将会针对了解治疗的机制加速和探索化学模拟的加速器,进一步增加了治愈速度sub-ambient温度。获得的知识将会扩展到其它环氧树脂/固化剂搭配以及完全制定环氧系统。n

引用

1ASTM标准D5895-03:标准测试方法评估干燥或固化膜的形成的有机涂料使用机械录音机。ASTM国际,西肯肖霍肯PA (2008)。

2Timpe,中华民国;摩擦学字母郭,郭台强,52卷,2013年,页105 - 112。

确认

作者感谢拉尔夫,汤姆Kalantar,迈克尔•泰特T.C.郭,凯文•Bouck艾琳·沃格尔,贾庆林唐几个有益的讨论。作者还要感谢汤姆·克拉克和彼得Margl提供图书馆加速器的候选人。

本文提出了在林肯郡涂料的趋势和技术会议,2014年9月。

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