涂料的性能特征包含高度有原纤维的HDPE纤维| 2016-06-01

纤维是几千年来人类生活的一个重要组成部分。我们穿的大部分是由天然纤维,如棉或羊毛,或合成纤维聚酯或尼龙。涤纶等合成纤维在熔融纺丝的过程。这一过程给出了细丝棒状结构如图1所示。

制备的高有原纤维的HDPE纤维

在1970年代,皇冠Zellerbach试图产生一个合成木浆从高密度聚乙烯(HDPE)。目前,这三井化学纤维制造的这种方式。¹将描述这一过程如图2所示。

高密度聚乙烯是溶解在己烷,这个解决方案是乳化聚乙烯醇水溶液。乳液然后被挤压通过死成加热真空确定纤维的直径的孔,其范围从5µm 25µm。高度挥发性己烷闪光积极,导致纤维,纤维具有高度支化,或有原纤维的三维结构。产品然后切长度从0.1毫米到2.0毫米,根据不同的年级,然后形成一张湿的大腿上。这种形式的纤维的主要用途是为咖啡和茶heat-sealable过滤文件。

湿圈表然后进一步加工纤维分离成单个纤维干燥水分含量小于2%。涂料应用感兴趣的成绩是短期和中等长度的纤维,长度900到100µmµm,直径5µm和15µm之间。成绩与增强分散在水性系统是由一个额外的治疗聚丙二醇。商用等级的物理性质有原纤维的高密度聚乙烯纤维表1中列出。

研究执行

有原纤维的纤维涂层的好处包括提高颜料悬浮和预防硬沉淀,提高光泽阻力和防沾污性,改善水和耐碱性,提高电影延性降低MFFT,可预测的假塑性流变学,降低粘度损失深感有色系统,和优势在布鲁克菲尔德粘度,减少松弛,流和平整的特点。

描述这些好处使用所得研究结果上执行一个外部丙烯酸平漆和一个弹性屋顶涂料。

外部丙烯酸平光涂料配方

100%的丙烯酸外墙漆准备在一个独立的实验室,²和测试进行了比较两个不同纤维的纤维素增稠剂;短、细纤维(ESS5F),以及一个中篇和中径纤维(E380F)。配方表2中所示。广泛的油漆测试包括流变测试,进行光学测试和电影属性测试。以下是部分观察和评估。

弹性屋顶涂料配方

一个弹性屋顶涂料是由一个独立的实验室测试和准备的²依照ASTM 6083。纤维素增稠剂是比较反对两种不同的纤维;短、细纤维(ESS5F),以及中等长度和中径纤维(E380F)。配方表3中描述。以下是部分观察和评估。

高度的好处有原纤维的纤维

粒子悬浮

高度有原纤维的纤维与许多复杂结构间隙的空洞。这些的显微图中可以看到一个高度有原纤维的聚乙烯纤维,如图3所示。单纤维的这张照片显示了一个主要的原纤维,或分支,大约25µm和许多较小的纤维,其中一些是小于1微米大小。这种纤维的比重为0.96 g / cc,并将倾向于浮在水里。典型的颜料和填料用于涂料更密集和将有一个沉在水中的倾向。当这些纤维分散在水中加上fine-particle-size颜料或填料,粒子与纤维产生纠缠。一旦结合,集聚的纤维和颜料或填料形成一个统一的密度和保持悬浮在液体中。尤其有吸引力努力构建涂料防止沉淀的颜料在涂料存储。

这一效应是由一个简单的实验证明砂,比重为2.6 g / cc和平均粒径250µm,由纤维悬浮在水中。沙子的混合48%,51%的水和1%的纤维是由颤抖不已的手在一个小罐子里。混合的结果就像一个乳液,货架稳定的好几个星期。这种效果照片如图4所示。

光学和电影属性

光学和电影属性的测试结果丙烯酸外墙平光涂料配方如表2中所描述的表4中所示。电影的光学特性——不透明,颜色,光泽,耐擦洗,所有三个油漆是相似的。此外,有一个小优势光泽阻力较小的纤维和更大的优势与较大的纤维光泽的阻力。另外,防沾污性与纤维稍有青睐。最后,加速风化表明纤维对性能没有影响。伴随着这些光学特性、长纤维可以使用更高剂量统一传授纹理涂层。

水和耐碱性

水和碱吸收在表3中描述的丙烯酸弹性屋顶涂料如图5所示。特别意义的是水和碱吸收时间越长纤维使用时明显减少。纤维加载1%,水和碱吸收与纤维素增稠剂超过30%不到。这种增强的性能被认为是由于分散在整个涂层的疏水性合成纤维,使水的渗透大力更加困难。

在另一项实验中,观察水的阻力100%丙烯酸涂料准备二氧化钛和重晶石颜料。第一次油漆是没有流变学修饰符,第二次是用纤维素增稠剂,第三是由2%的合成纤维,最后油漆是由纤维素增稠剂和合成纤维的支持率分别为0.1%和1%。颜料应用于玻璃面板,干了24小时,然后沉浸在水25°C 10天。如图6所示,纤维没有恶化和剥落的油漆,但是没有流变学的油漆添加剂和一个只有纤维素增稠剂明显受损。

电影的灵活性

在另一项实验中,这些涂料也受到延性测试。在这个比较中,涂料只有纤维素增稠剂与涂料与纤维素增稠剂和合成纤维的结合。油漆已经被应用到某个钢铁影片在先后弯较小直径芯棒,直到涂层开裂和失败。添加纤维允许油漆生存6毫米杆弯曲,而涂料只有纤维素添加剂未能存活在10毫米杆弯曲。这些结果如图7所示,表明合成纤维的加入可以提高延性。

最低成膜温度

构建报道,配方含有纤维表现出改进的聚结在乳胶涂料性能。为了测试这个,最低成膜温度(MFFT)南密西西比大学进行的研究。³减少MFFT预计如果纤维使聚结。如图8所示,只有不到1%的合成纤维明显提高合并,减少了最低成膜温度的丙烯酸树脂。

剪切稀化流变学

采用较频繁使用气相法白炭黑控制不水性工业涂料的流变学。例如,流变学改性环氧树脂配方的气相法白炭黑是很常见的。如图9所示,一个调查的旋转流变学的环氧树脂稀释标准co-solvent说明假塑性流变学修饰符的不同性能。而3%的气相法白炭黑展览整体增厚大于四分之一到三分之一的合成纤维,包括1 s之间的轻微膨胀的趋势¹和4 s¹添加合成有原纤维的纤维产生更深层次的(速度下降)剪切稀化对粘度的影响。例如,0.8%的较大的纤维展品粘度下降超过十倍从剪切速率为0.05 s¹(16500 cP) 0.9 s¹(1480 cP),相比之下,一个大约4倍下降与气相法白炭黑在同一剪切范围。感兴趣的是增厚的趋势表现出随着纤维的直径和长度的增加从5µm x 100µm ESS5F(0.8%)到15µm x 700µm E380F(0.8%),分别为。的实际意义是中间两种纤维的性能的混合分数(),提供无限的黏度比纬度涂料配方设计师。典型的经验表明,一个加载的四分之一将气相法白炭黑的水平达到相应的流变学性能。

粘度下降减少有色颜料

控制深浅色油漆的粘度对该行业仍然是一个问题。流变学中使用的分散剂和表面活性剂修饰词与在场的色彩基础,和粘度出现大跌。因此,最短的纤维是评估与几个聚氨酯(PU)增稠剂纤维的物理流变学功能是否更免疫这一现象。油漆是和布鲁克菲尔德,KU和ICI untinted基地油漆粘度测量。这些参数被测量着色后8盎司每加仑普遍灯黑。图10所示,这些结果表明,纤维更有效预防在布鲁克菲尔德粘度急剧下降,通常伴随着PU-thickened油漆。进一步的研究正在进行,以确定纤维的组合的影响表现最好的聚氨酯增稠剂。

粘度和流特性

布鲁克菲尔德,KU和ICI粘度,抗凹陷,流和水准的特征描述的外部丙烯酸平光涂料配方表2描述在表5。短、细纤维(ESS5F)贡献低粘度在所有三个地区相比cellulosic-thickened油漆。时间越长,厚纤维(E380F)给更多的粘度在所有三个地区相比短纤维。这是第一个被发现的重要的规则。同时增加率,长纤维给粘度比短纤维。相信这流变学性能开发的身体。分散时,纤维张开,当流体剪切褶皱在,降低粘度。剪切时手臂蔓延出来,几乎瞬间,粘度是恢复(很少的滞后)。凹陷的阻力与流变学是一致的。短纤维使凹陷的阻力小于较大的纤维,这是类似于纤维素增稠剂。 These film property tests reveal a very interesting and unique comparison. While increasing sag resistance, the fiber also exhibits an improvement in flow and leveling properties. Fibril capillary action with the synthetic fiber at rest is believed to be responsible for improved paint flow and leveling while simultaneously reducing sag.

另一个与另一项研究比较了弹性屋顶涂料配方表3中所示。两个添加水平的较大的纤维(E380F)测试的高剂量短纤维(ESS5F)和控制公式由纤维素添加剂增厚。在流变学方面,装运时间越长纤维给比短纤维的流变学。这是因为长纤维有较大的纤维,进一步扩展到流体和提供更多的流动阻力。相关的KU粘度数据(ASTM D462)表6和图11中所示。

也见表6,凹陷阻力(ASTM D4400)后的流变趋势与下列顺序凹陷抵抗:长纤维(1%)> >长纤维(0.5%)>纤维素(0.35%)>短纤维(1.0%)。粘附镀锌钢(ASTM 4541)和灵活性(ASTM 522)是可以接受的涂料。