从大量的研究活动催生了学术界、工业和努力白等人报道以来第一个自修复聚合物材料系统,1毫无疑问,新型高分子材料的设计师找到潜在的有趣的自愈功能。在白色的系统中,microencapsulated二环戊二烯(观察)和拉布的催化剂粒子嵌入双酚a /环氧氯丙烷与二乙撑三胺环氧树脂(环氧树脂828)治愈。损伤治愈树脂微胶囊破裂,释放观察网站的损害,在与催化剂接触,一个开环复分解聚合,聚合树脂恢复结构的连续性。,增加与其他聚合物基质材料的兼容性,降低成本和减少毒性,白色和其他额外的自愈化学发展基于凝结和硅树脂的加成聚合反应,2 - 4环氧树脂化学,4、5异氰酸酯反应,6和自由基引发聚合的丙烯酸酯,7引用几个例子。

尽管一些学术研究领域的自我修复材料已经走向等方法设计自愈功能材料通过微血管网络或利用超分子相互作用,³微胶囊是最可行的选择防护涂料。与微血管网络的使用或超分子功能,可能需要全新的设计类树脂或从根本上改变涂料设计、制造和应用,微胶囊可以被纳入一个batch-making涂料用最小的调整过程。

防护涂料金属基质显著受益从microcapsule-based自愈化学作为一种改进防腐解决方案的一部分。尽管保护涂层的性能继续通过更有效的树脂的设计,改善颜料、添加剂和改进的配方技术,防护涂料的性能的一个主要挑战是曝光后基质的损伤。一旦暴露,基体屈服于暴露部位腐蚀和涂层衬底界面蠕变,影响涂层保护底层基板的能力。自愈功能的涂层的好处是明显的使用六价铬添加剂防护涂料的防腐颜料。这种涂料在服务受损时,六价铬淋溶的涂层破坏的网站,这是减少到形成一个新的三价铬氧化层,钝化受损区域和延迟底层金属基体的腐蚀。⁸的禁止在许多应用程序中使用的六价铬化合物由于其毒性和致癌性,使用最广泛的防护涂料可以不再呼吁功能响应的利益提供耐腐蚀。

作为解决方案的一部分,包括改善标准的粘结剂,颜料和添加剂技术,小说microcapsule-based自愈系统有可能填补留下的空白的逐步淘汰六价铬添加剂,和许多化学反应评估。2022世界杯八强水位分析然而,大部分报道努力采用自愈技术防护涂料都集中在液体涂料。2022世界杯八强水位分析这些努力的例子包括使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)^9、10和isocyanate-based化学反应。^11、12然而据报道很少工作努力设计成粉末涂料自愈功能。

以每年7.6%的速度增长,¹³粉末涂料是一种日益重要的防护涂料市场。像液体涂料、防护粉末涂料的性能取决于他们的能力仍未损坏的衬底上的保护。伤害,然而,底层基板暴露在环境中。一旦暴露,出现腐蚀过程的底物可以快速、和传播coating-substrate腐蚀的界面可以显著影响涂层的附着力衬底和保护它的能力。因此,像液体涂料、粉末涂料将受益于microcapsule-based自愈技术及其潜在的自我修复功能添加到涂料的耐腐蚀机理。2022世界杯八强水位分析

Microencapsulated愈合剂粉末涂料

粉末涂料具有自我修复功能的设计基于microencapsulated愈合剂提供了一组不同的挑战比液体涂料由于其应用程序的性质和固化过程。首先,尽管微胶囊可以相当强劲,微胶囊生存所需的机械性能相关的典型的挤压和铣削过程所需的粉末涂料的制备和微胶囊在应对容易破裂损坏涂层可能会互相排斥。因此,配方结合microencapsulated愈合代理商必须占添加微胶囊在后期通过干混合或co-fluidization流程。其次,因为干混合或co-fluidization可能是最有效的方法将微胶囊粉末涂料,微胶囊的外壳壁必须相当严格的,软壳墙壁可以促进集聚通过聚结和烧结。第三,胶囊必须容易静电收费以及粉末粒子在应用过程中涂层或必须已经携带电荷的极性兼容。最后,壳壁必须足够强大的生存固化温度高达200ºC *超过30分钟在某些情况下。这些需求基本上消除基于明胶和热塑性塑料壳壁化学反应。而聚脲等常见的壳壁材料、聚氨酯、聚甲醛尿素分解和聚甲醛三聚氰胺很少表现出低于约300ºC,微胶囊也必须表现出稳定的内部阶段至少200ºC的微胶囊粉末涂料应用程序的足够稳定。

本文报告对我们评价AMPARMOR™2000,一个添加剂,旨在传授自我修复功能熔结环氧(领域)和环氧粉末底漆涂料,3000年AMPARMOR, nonepoxy涂料的设计作为一个选项。AMPARMOR 2000由microencapsulated epoxy-based配方能够形成一个保护膜现场损坏的粉末粒子的聚结和剩余未反应的或部分的反应促进剂和交联反应curatives出现在涂层。AMPARMOR 3000由microencapsulated功能化alkyd-based配方能够形成一个保护膜现场损坏的粉末粒子的聚结和不饱和的功能出现在醇酸交联反应。产品都是讨论平均粒度5到10微米。在这个平均大小,这些添加剂颗粒组成的平均粒径小于大多数粉末涂料,从而促进粉末粒子的聚结在固化添加剂颗粒。两种产品可以与粉末涂料配方混合和应用通过静电喷雾或流化床应用程序流程。下面,我们讨论这些产品的各自的热稳定性,其次是评估其防腐性能添加剂本文商用领域涂层和环氧底漆的AMPARMOR 2000和聚酯粉末涂料的AMPARMOR 3000,同时解决表面制备和预处理化学涂层的作用系统性能相关的地方。

热稳定性

评价中的一个重要的第一步microcapsule-based自修复添加剂粉末涂料的应用程序是一个评估他们的热稳定性。为此,AMPARMOR 2000和3000样品进行评估通过热重分析(TGA)使用方法的样本加热从25ºC 650ºC 10ºC /分钟的速度在梅特勒-托利多TGA / DSC 1。对于这两个产品,微胶囊破裂才观察到远高于200ºC,而壳壁的发生分解才发生超过300ºC。这些结果表明足够的热稳定性对大多数熔结环氧树脂粉末涂料,通常需要固化温度,最高大约400ºF(204ºC),一般不超过30分钟。在推荐的治疗计划的实例需要更高的温度,治愈时间往往是短的。一般来说,各种类型和组合壳壁材料可以用来实现所需的热稳定性为典型的领域和粉末涂料治愈时间。

熔结环氧树脂涂料的性能

评估AMPARMOR 2000在一个领域的涂料的性能,5 wt %的添加剂微胶囊被搅拌与商用领域涂料混合在一个密封的,充气容器。当时产生的粉末涂料配方应用使用一个ITW-GEMA Optiflex粉应用枪,治愈450ºF(232ºC)为2.5分钟。钢基板涂上涂层系统的性能将AMPARMOR 2000人相比,涂有涂料领域的标准。涂层系统评估如图1所示。为每个测试面板,总治愈膜厚度9千(225微米)涂层的应用。控制(图1),没有添加添加剂和涂料应用在一个外套9千的干膜厚度。修改版本的领域涂层结合5 2000年AMPARMOR wt %,涂层应用作为比较的两个独立的系统。在第一个系统(图1 b),涂料是应用于一个外套总DFT 9千。第二系统(图1 c),涂层应用于两层,与第一涂层包含5 wt %添加剂应用于DFT约4.5密耳,紧随其后的是一个标准领域的第二度油漆涂料不含添加剂产品,也应用于约4.5密耳。第一个外套是治愈之前,允许冷却至室温的应用第二个外套。

由此产生的涂层测试面板然后刻下来底层基板使用500微米文士的工具。允许板在室温下平衡后24小时,然后刻样本暴露在ASTM B117条件在一个盐雾室。结合我们称之为静态和动态接触/评估测试协议进行公开的样本。静态接触/评估协议,面板被暴露于盐雾在指定的时间(如1000小时)之前描述的评价被大力刮刻面积为1654年ASTM(程序,方法2)。在评估常用涂布测试板,超出基准性能,这种方法只是帮助模拟服务条件后损坏涂层基质不接触任何明显创伤性事件。动态接触/评估协议旨在模拟更积极的服务条件。考虑,例如,损坏涂层雪犁,拖车的车辆在运输途中或塑料涂层管前安装。在所有这些情况下,损坏涂层可能会经历持续的创伤(如额外的磨损,影响等)的破坏,和典型的静态接触/评估协议不充分模拟这些条件。动态接触/评估协议,FBE-coated钢铁板暴露在ASTM B117条件250小时的盐雾箱,后室的标本被移除和评估有力抓取静态方法如上所述。板被返回的盐雾接触的延续。这个循环的暴露评估紧随其后被刮重复每250小时到指定的总曝光时间(如2000小时)。

总结结果的静态评价FBE-coated冷轧钢板(CRS)面板如图2所示。正如所料,控制表现出增加涂层附着力损失或蠕变从抄写员增加盐雾曝光时间。值得注意的是,没有观察涂层的附着力损失系统包含AMPARMOR 2000到1000小时的ASTM B117曝光。板暴露在1500小时,涂上一层的领域修改5 wt %的添加剂展出附着力损失60%不到的控制,而涂上一层改性领域之后,第二个标准领域表现出的外套没有粘连的损失。样品涂层之间的这种差异在性能与改性领域在一个外套(图1 b)和涂有修改后的领域之后,标准的领域(图1 c)坚持尽管事实总DFT的这两种涂层系统以及控制都是相同的。

据推测,这些系统之间的性能差异包含AMPARMOR 2000添加剂是由于版本只有修改后的领域应用的一个外套,添加剂是与一个已经混合优化涂料配方,导致制定的颜料体积浓度(PVC)显著大于标准的涂层。这样的PVC的增加可能妥协粉末粒子的聚结和提高涂层的孔隙度。应用一层标准的领域在第一层改性领域允许更优,标准领域外外套立刻暴露在环境中,而修改后的领域层接近金属衬底对损伤扩展到衬底通过释放治疗代理网站的伤害接近衬底聚合和逮捕腐蚀蠕变。因为只有总量的一半9 mil DFT包含添加剂,添加剂的有效浓度总9 mil涂层栈板涂层改性领域第一,紧随其后的是标准领域只有2.5 wt %,相比5 wt %的样品涂层改性领域在一个外套。应用两层如图1 c或与一个合适的大衣是最便利的方法采用自愈功能的一组标准的保护涂层解决方案已经在使用。有限的应用程序只有一个外套,适当的住宿产生的色素增加体积添加添加剂是必需的。

类似的结果通过动态观察暴露/评估协议FBE-coated CRS面板。如图3所示(pg。52),没有一个电池板展出任何附着力损失在750小时后评价总盐雾的曝光。正如所料,由于动态接触/评估方法是相对于静态版本,更积极的控制表现出25%的附着力损失后750小时的盐雾的接触。面板覆盖在整个涂层系统将AMPARMOR 2000栈(图1 b)或接近一半的涂层栈底物(图1 c)表现出显著改善附着力维护和耐腐蚀控制,后者表现出几乎没有失去附着力经过750小时的盐雾接触对应的图像(见图4)。

FBE-coated抨击钢面板表现出类似的趋势与所有测试板的区别表现出改善粘附破坏后的动态接触/评估测试协议。例如,尽管值平均附着力损失从抄写员经过750小时的盐雾的5.55毫米(控制),1.95毫米(一个外套改性领域)和0毫米(改性领域第一第二大衣外套和标准领域)记录领域应用的CRS基质(图3),3.20毫米(控制),0.81毫米(一个外套改性领域)和0毫米(改性领域第一第二大衣外套和标准领域)记录FBE-coated炮轰钢基板(图5)。经过2000小时的盐雾,修改后的领域/标准领域涂料体系(图1 c)表现出蠕变从抄写员相比,6.23毫米到28.58毫米标准领域的涂料系统。图像比较FBE-coated抨击钢基板图6所示。有趣的是,6.23毫米的蠕变记录修改领域/标准领域涂料体系经过2000小时的盐雾曝光小于6.96毫米为标准记录领域涂层(控制)经过1000小时的盐雾曝光,表明延长寿命超过100%的动态接触/评估测试协议。

评价环氧底漆的性能

AMPARMOR 2000也被评估在各种标准的环氧粉末涂料,通常作为系统的一部分,将聚酯面漆。在这些评价,通过co-fluidization添加剂与环氧粉末涂料混合在一个充满空气的容器。结果修改粉末涂料是应用于标准CRS面板或磷化剂^®1000 (B1000)预处理CRS面板通过静电喷枪和治愈400ºF(204ºC) 10分钟,其次是标准的聚酯面漆的应用和固化为一个额外的10分钟。环氧底漆层和聚酯面漆都是应用于DFT 4千(100微米)总DFT 8密耳(200微米)。涂层样本然后刻使用500微米文士的工具,允许为24小时在室温下平衡,之后的样品暴露在ASTM B117条件和评估使用上面描述的动态接触/评估协议。总结的结果经过1000小时的盐雾接触如图7所示。标准CRS基质,结果明显依赖AMPARMOR 2000年并入引物的浓度。最低浓度(2 wt %),使用的添加剂到底漆附着力下降了70%损失蠕变控制从抄写员从14.1毫米到4.4毫米的底漆修改2 wt %添加剂(图7和8)。尽管附着力损失最小为所有应用于B1000 CRS预处理样品板,基板涂有添加剂系统合并到底漆都表现出显著减少文士附着力损失相对于控制(图7和9)。从失败文士蠕变规格为0.25英寸,涂布B1000 CRS预处理板测试超过3500小时。而控制样品表现出文士的附着力损失大于0.25英寸(6.35毫米)2500小时的盐雾接触之前,将AMPARMOR 2000年表现最佳的系统表现出不到1.5毫米的附着力损失抄写员经过3500小时的盐雾接触(图10)。

浓度依赖的系统整合AMPARMOR 2000所展现出来的耐腐蚀的性能优化设计防腐解决方案有重要意义,增加成本。值得注意的是,样品涂以系统中加入添加剂的浓度5 wt %没有失败,直到超出7000小时的盐雾接触,代表生命的延伸接近300%通过动态接触/评估测试协议。一个相同的系统整合绿色聚酯大衣,而不是白色的用于评估到目前为止所讨论的,表现出一种进步超过300%以上的主要环氧粉末涂料在同一动态接触/评估测试协议(图11)。环氧底漆包含AMPARMOR 2000最近被AmeriCoats商业化,inc .)在商标名AMERIGARD™优先。

在其他系统的表现

评估额外的粉末涂料系统将环氧树脂和聚酯底漆面漆的各种组合显示良好的一致性的性能改进观察自修复添加剂包括相对于其他相同的系统时不包括添加剂。结果额外的环氧底漆/环氧面漆和聚酯底漆/聚酯面漆系统应用于面板与各种表面处理和预处理协议表1中列出了一些上面讨论的领域和环氧树脂涂层系统的结果供参考。整合AMPARMOR 2000或3000年AMPARMOR添加剂粉末涂料系统持续导致显著的附着力损失最小化抄写员不管涂料制造商(1环氧树脂和环氧树脂2)或涂料化学(环氧树脂和聚酯)。

结论

关键外卖从我们microencapsulated愈合剂改善耐腐蚀评估领域,环氧树脂和聚酯粉末涂料如下:

• microencapsulated自修复剂的掺入粉末涂料在耐蚀性显著改善结果;
• Microencapsulated愈合代理可以制定表现出一定程度的热稳定性是兼容的典型治疗计划领域,环氧树脂和聚酯粉末涂料;
• 尽管PVC调整建议,以适应产生的额外的颜料体积添加微胶囊优化粉末涂料,post-adding微胶囊粉末涂料作为一种部署技术在更快的时间内可以获得非常好的结果如果目标应用程序可以支持应用程序的第二个外套;
• 表面处理和预处理协议可以协同提供的改善耐腐蚀自修复添加剂只要封装愈合剂不表现出与由此产生的表面不相容。研究结果表明,同时增加表面轮廓爆破或预处理化学镀镍层通过磷酸铁或最小化附着力损失文士的相应控制,涂层系统包含microencapsulated愈合剂表现出相应的性能改进。

引用

¹白色,s . r .;赛托斯:r;Geubelle p h;j·s·摩尔;凯斯勒,m . r .;南·s·r·;布朗,e . n;Viswanathan美国自主治疗的聚合物复合材料,自然,2001年,409,794 - 797。

²威尔逊,g . o .;安德森,h . m .;白色,s . r .;赛托斯:r;j·s·摩尔;布劳恩,票面价值;自修复聚合物,聚合物科学技术百科全书,Inc ., 2010年,约翰·威利& Sons 1-33。

³Blaiszik, b . j .;克莱默,s . l . b .;Olugebefola, s . c;j·s·摩尔;赛托斯:r;白色,s . r .自修复聚合物和复合材料,年度回顾材料的研究,2010年,179 - 211。

⁴卡鲁索,M M;Blaiszik, b . j .;白色,s . r .;赛托斯:r;摩尔,j . s .全面复苏的断裂韧性使用无毒溶剂型的自愈系统,先进功能材料,2008年,18岁,1898 - 1904。

⁵金,h;Mangun, c . l .;Stradley d s;j·s·摩尔;赛托斯:r;白色,s . r .自愈热固性使用封装Epoxy-Amine愈合化学,聚合物,2012年,53岁,581 - 587。

⁶杨,j .;凯勒,分子量;白色,S r;赛托斯,天然橡胶微型胶囊的异氰酸酯自修复聚合物,大分子,2008年41岁,9650 - 9655。

⁷卡鲁索,m . m .;西尔维亚,a . w .;麦金太尔,p . j .;威尔逊,g . o .;赛托斯:r;白色,s . r .;摩尔,j . s .自我修复生物材料基于自由基聚合,《生物医学材料研究的一部分,2014年,102,3024 - 3032。

⁸油漆和涂料,应用程序和耐腐蚀性能;施韦策,公共广播Ed。CRC出版社,泰勒和弗朗西斯集团波卡拉顿,2006年。

⁹秋,美国;白色,s . r .;布劳恩,p . v .自修复聚合物涂料先进材料,2009年21岁,645 - 649。

¹⁰威尔逊,g . o .;安德森,h . m .高性能涂料、自愈系统油漆和涂料行业可能,2012年。

¹¹黄先生;杨,j .灵巧的微型胶囊的人类发展指数,自愈防腐涂料、《材料化学,2011年21岁,11123 - 11130。

¹²贝尔德,l . m .;Breidenich, j·l·;Benkoski j。j;执事,r . m .;拉贝尔,e d;Maisano, a·j·;奥特·e·w·;Rhim y . r .;Patchan, m . w .自我修复与阴极保护涂料,油漆和涂料行业3月,2012年。

¹³Pasatta, j .改善环氧粉末涂料耐久性、油漆和涂料行业3月,2016年。