编者按:这是一个系列文章的第1部分。第2部分将会发表在2018年1月,问题。

文摘

有机涂层的概念系统组成的热熔涂料(也称为热塑性涂层),穿着大衣与水稀释涂料在熔融状态,探讨了开发无溶剂为森林产品外观建筑组件车间底漆。这些车间底漆,没有商用完成比较在不同基质的选择商业涂料系统天气暴露在多个位置。概念是处于起步阶段,但涂料开发的是商业的实用性能等于或优于传统的涂料系统质量认可。建议应用程序的概念包括路标和内饰。这个领域是开发开放。

介绍

本文报告一个创新类的发展无污染,rapid-dry有机涂料适用于多种用途,但在这里调查建筑外观。其他应用程序的概念可能持有或更多的承诺。一直在尽一切努力提供各种可能的使用的基础包括道路标记,将讨论。概念引起了利益作为候选人取代防护层压制品的目的,它可能是有用的其他应用程序没有怀孕。类似涂料是最近由他人¹内饰。本文的第2部分,分别出版,将报告天气挑战表面的性能。

第一步所需的two-coat系统应用热熔涂料工业终点线。这是一个坚实的环境条件下,液化挥发物的热量为应用程序和基本自由。是穿着大衣在几秒内无溶剂,水稀释涂料必须遵守的热熔表面,不能损坏,必须迅速治愈在固化热熔温度不会溶解。结束时间在两层的应用在经济上是有利的,但除此之外它利用的高表面能熔化热熔优化润湿、附着的水稀释的外套。这第二个外套是治愈的热吸收热熔涂料、高容量的空气和/或外部热量。如果衬底热,从一个制造过程,将辅助冷却从水稀释水的蒸发冷却效应的外套。第二个外套可能不透明,坚韧而不黏。涂膜产品,如外饰或站,可以堆叠或打包。水稀释外套可以作为终点,或者一个或多个额外的水稀释或solvent-thinned完成可能应用,在同一个终点线或在稍后的时间。

的贡献的热熔涂料包括衬底附着力,几乎瞬间硬化,弹性等屏障属性和功能属性,为特定用途。它可能为后续设计聚合变硬膜并防止其软化在夏天太阳。或者它可能穿透多孔基质,然后聚合增强附着力和表面稳定性。

水稀释涂料保护的热熔涂料对损伤的处理和防止涂层表面粘在一起当堆叠(块电阻)。它也保护对攻击的热熔涂料溶剂完成外套可能应用后,和分离抗氧化剂的热熔从随后应用结束外套治愈的氧化。不透明的表面水稀释涂料可以从光化学损伤保护的热熔和衬底的阳光。意外损坏底漆表面是容易修复。

这种复合涂层,从而形成的应用程序的两层不同成分,提供了几个优势。它非常适合森林产品表面因为工业涂装线不需要高温衬底。其相对不渗透性增强,因为膜的形成通过凝固冷却形式没有通过这部电影频道挥发物挥发时形成的。然而,它已被证明是充分渗透导致没有凝结外墙(请参阅本文的第2部分,2018年1月发表在PCI的问题)。车间底漆,它保护建筑组件从天气的时间生产,光化学表面损伤随后应用涂料的性能不会降低。此外,乳胶涂层的耐久性允许其选择使用完成时制定和应用为目的。作为一般规则,溶剂-污染源,可燃性和毒性,可以省略的涂料系统,与乳胶聚结加热所提供的治疗。

这里提出的涂料体系被认为是经济同等厚度的基础上竞争,但更重要的是,这个涂料的概念在很大程度上是未知的和开放的创新。但可以没有限制的成本或性能。替换为防护层压制品的目的,如果发现可行的,将提供相当大的经济发展空间。提出的成分是现成的,制造和包装标准方法,稳定符合惯例的要求。

历史

这个调查的历史的一个题外话是必要的披露工作隐瞒但形成目前的事业的基础。这个概念的初步调查是在1960年代,包括风化测试,但书面记录丢失的知识产权的所有权移交给我,作为发明家。当前帐户从我的记忆中。最初的动力是搜索然后被木墙板产业,为工业车间底漆涂覆性能的改进支持削减从某些种类的木材。

用的橡胶涂层/乳胶系统测试在1960年代是一个典型的白色丙烯酸外墙涂料。的热熔涂料采用then-newly-available乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。这个特殊的伊娃包含28%的醋酸乙烯酯,熔融指数的43。它被选为韧性、附着力和可扩展性;兼容干性油,增加表面能更好的intercoat粘附的乳胶大衣。多氯三苯基是一个主要的粘结剂成分包括降低熔体粘度对应用程序。这种材料已经被撤出市场作为污染物类似于多氯联苯。粘结剂的平衡桐油,钴催干剂,提供潜力有限的交联,以防止软化在夏天太阳。的热熔涂料着色是一个不透明的白色,没有填充。

测试应用程序是大约20块红木和南部黄松站约1.2 m×15厘米(4英尺6)。用压力式双头帘式涂布机,第一个涂布机装备应用热熔和传统的乳胶漆下游位置在同一输送机应用第二个外套在一秒钟。外观和均匀的涂层系统优秀,除了unsanded站了几个小碎片,这样高输送机速度引起了一场小范围的“影子”,或裸露的地方,每个分裂的上游。这是偶然的,如下所述。应用温度为120°C (250°F)低热熔涂料,但适合使用的成分。没有记录膜厚度。

南方风化测试,垂直,持续了五年在阿拉巴马州中部一个郊区的位置。没有额外的暴露了一些面板的外套。人与单个面漆刷白色的醇酸漆,和平衡收到一个刷涂漆白乳胶的房子。支持和边缘涂布,没有小组的支持。

五年的接触没有产生任何失败的40余只木板。黄松南部被认为是一个贫穷的表面油漆,但即使与two-coat松板只涂底漆,没有失败,即使在小的“影子”的边缘地区,仍然是裸露的。

虽然结果是有利的,木材行业失去了支持市场所需的时间测试期间,所以认为机会走了。我then-employer反对试图打开其他市场的风险。测试结论直到30年后当我进行更广泛的调查的潜在价值的发明。仅在努力工作,所以有时个人因素包括年龄影响决策计划和执行。因此决定使用一个“unpaintable”等级胶合板在风化加速测试结果。

实验

为简洁起见,涂料系统组成的热熔涂料穿着大衣在熔融状态的橡胶涂层将以后被称为“混合”系统。

热熔涂料的配方和初步测试用于风化测试

热熔涂料之前确定的几个特性实验工作。我不能重新测试测试这样一个公式在1960年代,没有详细记录其成分和没有多氯三苯基的来源。然而,使用干燥的石油仍是一个有吸引力的主意通过提供交联增加硬度。一个无油热熔涂料也准备的比较。都是采用EVA与醋酸乙烯酯含量高,成功应用于1960年代的兼容干性油,,最大限度地提高表面能,从而提高intercoat附着力。最终,伊娃很高(40%)醋酸乙烯需要因为intercoat粘附时整体EVA分子量降低粘度要求见面。不同于1960年代的不透明的色素成分被省略的热熔涂料、信心的不透明橡胶涂层就足够了。

将所有部件的兼容性必须从多个阶段可以分开,形成一个弱层和摧毁intercoat粘连。这可能需要排除蜡常用减少热溶化合物的粘度,但往往不相容的。烃树脂、另一组常见的热熔材料,也被排除在外。他们兼容但扰乱认真从反向影响性能在附录1(方法),被视为代表谷物抗裂性和测试之前和之后暴露在QUV内阁。

需要抗氧化稳定预期,但在涂层系统作为底漆这种添加剂必须最小化,以免迁移和干扰干燥oxidizing-type完成外套。另一个必要的添加剂是碳酸钙作为酸受体消除破坏性产品醋酸乙烯酯的分解。自由裁量权是必需的,因为它可以离开白存款,或“结霜”,在一个外部涂层经过蒸发的酸雨。

必不可少的要求制定热熔涂料适合应用程序通过直接辊式涂布机,这是可用的设备。最大热溶胶粘度可接受的对辊式涂布大约25000 mPa。在应用程序的温度。为了满足这种限制,妥协与膜强度和可扩展性是必要的,更换一些低分子量的higher-molecular-weight EVA与伊娃,和氧化聚乙烯。后者是完全兼容,但效率较低的粘度比不兼容的蜡和聚乙烯类减少。

一个主要的问题是潜在的失败其他涂料应用在热熔涂料或在混合动力系统中,由于底层热熔的柔软。这可以发生在黑颜色夏天太阳曝光,从公布的数据生成的温度估计^2、3高达121°C (250°F)。高温硬度和干性油最好由交联。熔融稳定性可以由护理干燥机的维护。所需的交联时间的几天是可以接受的,因为它是小于之间不可避免的延迟商业涂料和天气。成功与桐油在早期作品及其短时间治疗建议选择在其他油测试。醇酸树脂等聚合物粘度贡献了太多。

干性油的热熔涂料导致intercoat粘附和粘度的降低。因此,drying-oil-free热熔涂料要求额外的氧化聚乙烯降低粘度,减少intercoat粘连。这创建了一个需要一个兼容的低粘度粘合剂成分,可能导致更高的表面能,从而intercoat附着力。因此将EVA三元共聚物进一步表1所示。油改性的性质和无油用没有区分通过触摸或外观。

热熔涂料应用的最重要的方面是温度控制的应用程序。它必须足够高满意的附着力,但足够低的必要的稳定熔涂层。注意精心挑选的温度范围,在应用涂层,保证粘附,从而防止失败,可能是灾难性的。应用程序无油热熔涂料提供了一个舒适的温度误差;然而,drying-oil-modified热熔涂料要求应用程序温度接近下限,以免皮肤涂布机。这要求相当谨慎的涂层板测试板,但在商业实践中经常使用一个惰性气体的毯子,允许增加温度和更高的安全系数。

在存储期间,drying-oil-modified热熔涂料熔融粘度增加到一个不可接受的程度。稳定性是通过双组分的方法,在一个组件和钴催干剂干性油,每个制定保持固态存储。两个组件的颗粒混合提供所需的熔岩组成。

倾向于穿透木头估计在滤纸测试(见附件1),渗透干燥油是感兴趣的,因为据报道,“强化渗透-将导致更好的表面稳定,扩展它[可能]是一个关键的性能外涂木头。”⁴然而,普及率已经报道损害粘附如果渗透作为稀释剂的聚合物涂层,不随后聚合。⁵我不确定是否热熔涂料将保持足够热,足够长的时间渗透。事实上,热熔涂料被发现穿透几乎瞬间在热熔温度应用程序,提供了涂料包含一个非常低分子量聚合物或干燥油。在缺乏这样的成分没有渗透。

更大的硬度可以实现,正如所预期的那样,通过使用粘结剂成分高软化点和无机填料的加入。填料是粉煤灰产品主要是球形粒子,在可接受的范围内,越高和直径达到低粘结剂需求通过最小的表面积。薄膜的均匀组成,我用高速分散器填料合并到熔融聚合物,虽然对微粒的其他应用程序通常是混合到热熔大大减少能源的使用。

drying-oil-free热熔涂料的成分选择提供了天气测试drying-oil-modified热熔的表1和表2。每个成分的两个组件的drying-oil-modified涂料,见表3和图4。

乳胶涂料的配方和初步测试用于风化测试

乳胶底漆的一个关键属性是块电阻允许提示叠加和/或涂膜产品的包装。硬纸板行业,仍然享受相当支持市场,是一个来源屏蔽测试为目的开发的类似于我的,但是没有标准的测试。在这个行业测试使用的研究之后,我决定测试的压力下14公斤/厘米²(200磅/²)16小时。有关详细信息,请参阅附录1。

几个否则满意的乳胶乳剂测试时,表现最好的是边际块抵抗,即使接近临界颜料体积浓度(CPVC)。使用这个乳液,我制定高于CPVC,希望坚持一个乳胶底漆时涂层的热熔膜完整性高,孔隙度不会严重偏离的耐two-coat系统。这是提高块电阻,进一步改善通过氮杂环丙烷交联剂的添加。这种高度色素涂层应用在25岁时很容易重新涂µm热熔涂层厚度或更少,但在厚电影或其他表面孔隙度很难重新涂擦。它被选为主要乳胶底漆风化测试。成分表5中提供。

混合底漆系统的初步测试

性能需求影响热熔涂料、乳胶底漆的配方混合电影与solvent-thinned recoatable油漆需要氧化治疗。涂料中的溶剂不能攻击的热熔,和抗氧化剂的热熔不得妨碍面漆的干燥。这些需求得到满足,除了选择抗氧化剂在临界浓度,和乳胶底漆膜12到25µm粗分离的热熔膜面漆。氧化完成应用时直接用表面,干燥严重推迟,从而展示乳胶底漆的保护作用。预防抗氧化迁移更依赖空间分离的热熔和氧化油漆比任何障碍的效果,因为多孔和无孔隙的乳胶的电影也有类似的效果。橡胶外套还成功保护的热熔膜缺陷的外观和粘连,可能引起的溶剂中包含氧化完成。

建议不采用混合涂层系统的广泛调查

替代方法的应用

妥协在热熔涂料组成由粘度需要限制由辊式涂布机应用程序,可能导致性能低下,否则可能被获得。增加内容higher-molecular-weight伊娃是首选,但不能适应。建议在任何进一步的调查所提出的概念,热熔挤出机应用程序^6、7被认为是限制较少的成分。

路面标线系统

鉴于术语用于道路标记行业,涂料描述为“用”,现在被称为“热塑性塑料”。

有考虑推荐的混合涂层系统调查道路标记的目的。首先,考虑的限制类型的涂料组成混合系统——乳胶标记油漆和热塑性的标记——当他们单独使用。江⁸报道称乳胶标记颜料被广泛使用,因为他们的低成本,但往往从沥青片表面的使用寿命一年或更少,而不是满意的交通繁忙的路段。热塑性的标记,也广泛使用,更耐用,但倾向于削弱,因此不提供长期保留在反光的珠子。的侵蚀,它们通常应用于厚度1.5到3毫米(约60至120毫升)和通常包含矩阵珠子除了在珠子,这珠子是公开为条纹侵蚀。这个高厚度是昂贵的,频繁更换乳胶分段。有效控制水土流失的热塑性分段将有巨大的商业价值,就像乳胶条带化生活的延伸。混合道路分段系统可能提供。

数据分析比较的耐久性道路标记在车道线和边缘线应用在同一时间⁹建立了天气,不穿,主要负责侵蚀。建议提供了进一步研究使用热塑性塑料/橡胶two-coat分段系统将承担天气侵蚀的优势。

广泛的天气测试混合涂料的木头,将在本文的第2部分,报告显示不透明颜料是不必要的热塑性涂层的混合动力系统。迹象表明,适当的色素和反光橡胶条纹可以提供所需的可见性和retro-reflection,同时保护底层热塑性条纹紫外线辐射的影响。因此,热塑性层不需要彩色或乳白的,也包含玻璃珠。

试验似乎合理的确定是否一个不透明的乳胶条纹所需的颜色,应用保护一个附着热塑性条纹,将加强珠保留和延长路面标线的使用寿命。许多乳胶电影确实有特殊的耐侵蚀,作为室外曝露试验说明了,我曾经检查。各种类型的被应用于建筑外墙涂料棋盘模式大广场面板,这样每一个可能的序列的应用几个颜料是由一个正方形在棋盘上,与几个大衣每平方。经过九年的接触,每平方侵蚀的顶层乳胶漆在那个广场,还有侵蚀已经停了。所有的乳胶涂料测试远比任何石油或醇酸防腐油漆应用。高度耐侵蚀不透明的乳胶分段油漆,应用在nonopaque热塑性分段选择其附着力,在道路标记可能会提供同样的优势,希望转化为珠保留。

风化测试报告在本文的第2部分中建立了乳胶涂料的附着力热熔涂料可以优秀的和持久的涂料都是正确地设计和应用。因此应用熔融的热塑性橡胶分段油漆的分段将创建一个非常不同的情况,导致乳胶分段油漆从路面剥落。乳胶只需要坚持热塑性标记,这是沥青路面附着力的要好得多。调查似乎是值得的。

应用乳胶条纹在热塑性条纹在熔融状态需要一个卡车将热塑性标记,乳胶标记和珠子。看来热塑性条纹只需要足够的厚度,附着力好现行的路面表面和空气温度。细条纹会更经济,可能有助于减少条纹去除扫雪机。或者,如果更大的厚度是用于提升retro-reflectivity珠子,从而提高湿晚上,从热塑性条纹色素的缺失可能对经济做出更大的贡献。

混合条纹也可以简化质量控制在标记过程中,许多组织的一个主要问题,道路。玻璃珠的浸没深度在涂层矩阵确定其retro-reflective效率,和流变学控制浸没深度是一个重要的因素。珠浸的控制必须在热塑性条纹与快速变化的粘度,呈现标记船员的挑战。乳胶膜粘度是相对稳定的,因此更少的挑战,和latex-over-thermoplastic条纹会把所有珠子到乳胶层。如果一个更高比例的珠子是有效retro-reflective,司机安全和路标经济将会增强。

混合分段系统进行评估是否选择从现有的热塑性和乳胶标记材料,或制定本法的目的,必须注意完成兼容性热塑性材料的标记,以免一个不兼容的阶段应该分开,形成一个弱层表面和干扰intercoat粘连。此外,表面能的热塑性层必须足以允许润湿和水稀释层附着力。乳胶分段油漆用于此目的可能需要合并溶剂溶剂,因此不是完全免费的为其他应用程序被建议。

非常有限的实验工作已经确认,至少有一些现有的乳胶标记油漆和一些现有的热塑性标记适合two-coat条带化系统耐久性测试。一般进一步证实了采用高温和高厚度的热塑性条纹不会导致乳胶条纹煮或其他干扰分段系统的形成。从热塑性层热并明显加速乳胶膜的形成。

总结

在1960年代由饰面涂层系统的熔化热熔涂料乳胶漆被设想成为一个答案一个搜索的木墙板工业底漆提高涂料性能的产品。性能测试包括天气风险有一个积极的结果,但情况下阻止了商业化。三十年后,作为发起人的概念,我退休之后继续进行更彻底的调查。我现在公开报告涂层系统组成和性能。它描述了广泛的测试包括风化和道路分段表明使用这种涂料系统和其他应用程序远离最初的目的。解决方案描述了几个这种涂料系统可能带来的问题。

承认

我感谢丹尼斯聂几个小时致力于一个慷慨的帮助这项工作记录。我感谢萨德布鲁姆和Ed Lowrey评论和编辑。

引用

¹Lizotte, jr等,(伊士曼化工有限公司),美国专利申请20100015456(1月21日。2010)。

²乙烯基墙板Stoloff, a .风化,j .乙烯技术15卷,4号(1993年)。

³www.ncdc.nooa.gov和电话828-271-4800。

⁴努斯鲍姆,智慧化;主管E.J.;Hellgren,交流Microautoradiographic研究渗透的醇酸树脂、醇酸乳液和亚麻籽油涂料成木,j .涂料技术878号,卷。70年,49 (1998年)。

⁵梅耶尔,·范·德·Mility。流变方法涂层毛细管渗透到木材,j .涂料技术,第73卷,第914号,39 (2001年)。

⁶Greenlee,至此等,(BF Goodrich有限公司),5198303年美国专利(1993年3月30日)。

⁷寇蒂斯,B.J.美国专利申请等,20050106406(2005年5月19日)。

⁸江,l .耐用性和Retro-reflectivity路面标记,联合运输的研究项目,印第安纳州运输部(2008)。

⁹代理,投资者等,“耐用巷描述材料的评价”,肯塔基州交通中心(1989)。

附录1

涂料应用程序的测试方法——实验室方法。

方法对热熔涂料混合涂层系统的组件

准备的光滑,平面适合使用Bird-type涂布在木头

计划使用木材或AC-grade胶合板面板的“模糊”。使用一个框架构造为目的,严格伸展一个# 150砂砾砂布在平板玻璃和执行200公司来回中风胶合板面板表面的磨料。平面性评估运用白色乳胶漆擦伤面板,使用Bird-type涂布25µm(1毫升)差距,并为一致性检查部分不透明的薄膜。

实验室应用

使用Bird-type涂布,严密控制温度的材料,工具和表面。简单维护金属物体的温度,设置在钢块散热片,预热到所需的温度。处理热物体绝缘手套。高粘度的热熔涂料将材料涂布的脚下,导致无法控制膜厚度的增加。为了避免这种情况,使用涂布的差距比电影更广泛的沉积。

膜厚度测量

为平滑的电影在薄木板或在纸上,按照ASTM D1005,标准测试方法使用微米有机涂层干膜厚度的测量。再现性是增强了涂层材料通过冷却到-18ºC(0ºF)。一微米是不切实际或电影是变形,使用重量测量厚度估计从胶片密度计算。对钢铁表面,按照ASTM D7091,标准做法的无损测量非磁性涂层的干膜厚度适用于黑色金属和非磁性,绝缘的涂料应用于黑色金属。

粘度

遵循标准ASTM D3236试验方法热熔粘合剂、涂层材料的表观粘度。

兼容性

同质,particulate-free样品涂层成分的混合物在一个透明的容器应用程序温度三个小时,检查分离的证据。这通常是一个令人满意的测试,在缺乏设备测定玻璃化转变温度。

渗透

4421年使用方法,联邦测试方法标准141 c,修改为使用热熔涂料。这过时的测试开发估算渗透油漆车辆到石膏或石膏板。组件涂层电影的传播,通过吸收到滤纸,在毫米视觉可衡量的。

熔融状态的稳定

遵循标准ASTM D4499测试方法热熔胶的热稳定性。

橡胶涂层方法混合涂层系统的组件

膜厚度

遵循标准ASTM D4138实践保护涂层的干膜厚度测量系统通过浆纱切片破坏性的手段。

混合涂层系统的方法

粘附基质,也用于intercoat粘连

按照ASTM d3359 - 92 b方法5表示的方法提供了一个规模最大的附着力,但在胶合板面板不可能区分等级5的4。

高温硬度

公开一种混合涂料,胶合板,热量从一个红外设备,测量距离。面板和热源之间的距离逐步下降,在预先确定的时间间隔两个小时以上。使用表面高温计,测量后面板表面温度平衡每一步,直到达到121ºC(250ºF),并观察面板橡胶涂层起泡的。如果产生气泡,记录温度。

阻塞

对5.1 x5.1厘米(2 x2)广场胶合板面板的压力下14公斤/厘米²(200磅/²)、相同涂层方面面临和16小时的压力维持在54ºC(130ºF)和90%相对湿度。通过/失败标准要求双面板单独没有损坏涂料和没有明显粘在一起。板涂上混合动力系统倾向于坚持彼此的极端边缘,但只在边缘。这不是判断构成失败,因为压力导致的热熔涂料散发出微微面板边缘,并且透露涂层从一个小组坚持,从另一个。如果面板分离自由流露出涂层被切断后不会干扰到它们之间的接触,两人被认为是通过。逻辑是face-to-coated-face定位板,和小面板大小在该测试中,造成了问题,而商业实践是堆栈face-to-back更大的董事会。

申请所需的压力,钻一个洞在中间的四双面板和组装在一个堆栈,如上所述。插入一个螺纹不锈钢杆虽然堆栈和通过弹簧的弹簧常数,杖上两端螺母和垫圈,与相同尺寸的不锈钢板板。拧紧螺母,测量春季旅游,直到计算力产生所需的压力板。如果胶合板是部分压在早期小时测试,re-tighten坚果保持恒定的压力。

相反的影响

使用测试设备的类型的半球形影响工具的一部分重量下降。试验钢问面板、热熔膜厚度50或75µm(2或3毫升)和乳胶底漆干膜厚度12 -25µm(1/2到1毫升),面板温度-18ºC(0ºF),在162 cm-kg的影响,(115年在lb)。检查涂层裂纹的影响区域,使用7 x放大。评估intercoat粘附用小刀刮。