创建一个真正的智能涂层需要从智能添加剂。像一个好厨师需要最好的成分。油漆和涂料的专业制造商驻留在制定良好的可靠的产品为客户服务。他们不是在游戏中开发新的原材料,但依靠他们的供应商把他们创新理念和产品。

所需的知识和创新的发展真正的新智能添加剂往往是外部的油漆和涂料行业。Ceramisphere的创新,除了这个市场(即矩阵封装)来源于核和制药行业,利用技术利用在一个领域,使其适用于另一个。

微型胶囊(核壳、矩阵)

微型胶囊使陷入困境的过程是一个固体、液体或气体在一个粒子。释放的粒子的功能和/或保护封装材料在特定条件下(如阳光、氧化、pH值)。

有各种各样的微型胶囊的几何图形,最常见的是核壳微型胶囊。这项技术已经被其他公司使用杠杆的油漆和涂料行业。^{1 - 3}在这种类型的封装有明确区分外部壳层(保护层)和内部核心(载荷)。颗粒的几何形状最好是由一个蛋壳。鸡蛋,在这种情况下,可以身体破裂(压力、剪切应力)或化学(加热、水解、解散)。然而,一旦破解内容立即释放在所谓的“崩溃”或即时发布。需要释放时,这是非常有用的立即触发条件下的有效负载(例如,pH值变化由于腐蚀水解壳释放一种抑制剂或指示器)。然而,这种封装形式并不适合提供一个恒定的发布很长一段时间。一旦清空他们的有效载荷,胶囊离开的一个重要空白涂层,从而增加整体孔隙度和削弱了涂层的物理和机械性能。

使用矩阵封装不常见。内积极有效载荷矩阵封装包括诱捕原位合成三维聚合物网络。对于Inhibispheres^®,硅醇单体前体形成二氧化硅和硅聚合物混合使用。随着聚合反应的进行,一个3 d二氧化硅(Si-O-Si)网络形成,诱骗毛孔内的腐蚀抑制剂的网络,就像鱼在网。一个乳液聚合过程是用来使种族隔离在乳液液滴的聚合反应。液滴作为微硅烷的——或者nano-reactor缩聚所得凝胶之前,即整个液滴被二氧化硅的3 d网络包含其毛孔内的抑制剂。小心控制的前兆和用于形成乳状液的反应条件允许很大程度上控制液滴的大小,因此粒子的大小。核壳模型相比,矩阵封装更接近一个海绵,海绵的孔隙充满了封装材料。负载在很长一段时间内缓慢释放扩散通过矩阵的毛孔。与核壳胶囊,矩阵粒子不离开的一个重要空白涂料一旦负载减少,随着矩阵粒子仍然存在。的机械和物理屏障性能涂层维护。

在比较这两种封装类型(表1和图1)很明显,海绵,不像蛋壳,可以分解机械在不牺牲功能。如果海绵破成两半,它会产生两个小海绵。破碎的鸡蛋叶子一片混乱。matrix-style封装在核壳的优点是明显的(表1)。

物理/力学性能

产生的微粒矩阵封装耐机械。他们可以被分解成更小的粒子,而不影响封装材料的释放率。为了说明这一点,一种染料(罗丹明)封装在二氧化硅微粒子,随着时间的推移,释放率测量。一些粒子被碎减少颗粒大小,和他们的释放率相同的条件下测量。部分染料释放的比较提供了每个样本如图2所示。之间几乎没有差别(< 5%)释放迷恋和碎粒子在24小时。

油漆的兼容性

所需的组件来实现所需的所有属性的油漆在恒定的平衡。有机缓蚀剂倾向于打破这种微妙的平衡。大多数有机抑制剂与涂料化学不相容,从而导致相分离或不完整/过早固化。

封装在一个矩阵可以帮助compatibilize材料通常被认为是不相容的。例如,一个有机缓蚀剂混合成一个环氧树脂漆树脂包。混合了加速老化的40度了一个月。相同的抑制剂是封装使用等量的抑制剂在同一个环氧树脂包,并执行相同的测试。图像显示该封装材料没有治愈环氧(图3),而未密封的材料做的。抑制剂是一个有机材料化学和功能基团与环氧基反应的能力。

粒度控制

颜料颗粒大小的控制是至关重要的获得所需的任何涂料的特性和物理特性。颗粒大小也控制涂层的光学特性(无光,光泽,耐光,颜色)。此外,色素的形状和大小将决定涂层内部的水分的渗透速度,导致金属表面的腐蚀。

通过广泛的研究和发展在过去的20年里,Ceramisphere可以精确控制产品粒度。粒子可以随三个数量级,从0.1到100年μm(图4)。一般来说,亚微米粒子是首选,因为它们是兼容大多数涂层厚度及不影响光泽。

控制释放

通过仔细选择前体材料和参数控制在乳液聚合,影响因素可以控制释放。这些包括粒度、孔隙大小和内部化学的毛孔。图5展示了一个示意性的抑制剂是如何释放的粒子。

毛孔内部的化学分子可以与负载(在某种程度上类似于在高效液相色谱柱填料)。这可以根据减速或加速分子的释放。图6显示了发布概要文件从两个不同的矩阵。负载分子在两种情况下是相同的。两者的区别是毛孔内部的化学是由硅醇前兆。负载的快速的发布矩阵有一个低亲和力分子和释放100%的负载超过一天。slower-release矩阵只能释放40%的有效载荷在同一时期内。即使在七天之后,缓释矩阵只有释放载荷的60%。

一个类似的实验显示了颗粒的释放载荷分子有两个不同的孔隙大小。微观和介孔系统显示不同的释放率。在有一天你可以看到介孔系统发布近60%的负载。微孔系统只释放出大约10%在同一时间内。不同的是仅在毛孔的大小(图7)。

使用这些方法,可以调整产品的释放率所需的应用程序。关键优势传统缓蚀剂是能够释放一种抑制剂以恒定速率/涂层的生命周期。图8显示一条曲线代表的传统计量机制未密封的腐蚀抑制剂相比,一个封装抑制剂与Inhibispheres等长效机制。最初传统抑制剂剂量高,但所使用的材料,和一个常数级别的保护不能保持涂层的生命周期。此外,当传统的抑制剂是耗尽它留下空隙涂层,这可能导致灾难性的失败涂层由于涂层孔隙率显著增加。封装的裁剪抑制剂释放率意味着持续释放可以实现和有效剂量可以交付的全部一生涂层。换句话说,持续释放系统,如Inhibispheres,提供了一个更加高效的使用活性物质(如抑制剂)。

作用方式

Inhibispheres可以分散在涂料一篮子的铣磨机或珠磨机与一个合适的分散剂的液体涂料或粉末涂料的挤出机。粒子本身基本上是二氧化硅或混合的二氧化硅。一旦均匀分散在涂料,Inhibispheres被激活的存在水分。一般来说,没有水分,可以没有腐蚀。水分可以到达衬底的表面通过渗透认为涂层或涂层的断裂。

内部使用的抑制剂Inhibispheres有机或有机金属在自然界中。他们行动的方式比传统的腐蚀色素产生不一样的效果。有机分子与溶剂可溶性和移动前面慢慢地金属表面。一旦在金属表面(图9)抑制剂通常防止攻击的金属表面腐蚀发起者在阳极站点(例如Cl^{- - - - - -},所以₄^{2 -}H₂O)。

性能

智能添加剂的真正考验是如何执行反对现任技术。Inhibispheres已经使用在许多不同的场景中去探索他们的潜在的腐蚀保护。

比较传统的抑制剂

比较聪明的性能抑制剂进行了反对传统的腐蚀抑制剂。

冷轧低碳钢是一个高光泽溶剂型的2 k环氧涂上。锶锆磷硅酸盐(SZP)添加到涂料在10%重量的加载和建立85μm的涂层厚度。使用2%的Inhibispheres在同一涂料类型、涂层建于60μm。聪明的抑制剂的加入没有不利影响的光泽涂料由于小粒径(D50 = 0.5μm) SZP形成鲜明对比,这减少了涂料的光泽。

板在固化后刻用X和添加到1000小时的盐雾室。在展位1000小时后面板被移除和涂层剥落检查下面的腐蚀性能,以及蠕变在抄写员(表2),蠕变是显著降低涂料的使用Inhibispheres相比与传统SZP类型缓蚀剂。腐蚀的测量的平均蠕变和蠕变时间最长的抄写员的每个面板也表2所示。Inhibispheres粒子组成的15%按重量抑制剂。装运的涂层Inhibispheres粒子是2%,所以抑制剂的总重量在涂层重量的0.3%。0.3%的有机抑制剂在智能Inhibispheres粒子超过10%的SZP传统缓蚀剂的腐蚀测试的1000小时。有机抑制剂是如此有效,部分地区文士(X)的右下角分支在1000小时,有效的腐蚀蠕变是0毫米。

剂量反应测试

高固含醇酸底漆用于测试Inhibispheres用量的增加的影响。材料被添加到引物在不同浓度对腐蚀性能的影响进行评估。测试进行喷砂冷轧低碳钢(EN10130)。面板被涂上一个外套75μm DFT = ~。涂板被添加到一个盐雾室与ASTM B117测试。unscribed面板。原引物已经包含一个磷酸锌腐蚀抑制剂以及云母氧化铁腐蚀控制。这些涂层的腐蚀性能表3中可以看到500小时后测试。

Inhibispheres添加到涂料是显示一个典型的剂量反应。Inhibispheres出现在涂层越多,减少腐蚀的测试板。释放的活性有显著影响,减少腐蚀领域的涂料。智能Inhibispheres非常有效,10%的加载几乎没有腐蚀的迹象出现在测试面板。

改善腐蚀评级

Inhibispheres还可以用来改善涂层的腐蚀评级系统包含传统缓蚀剂通过改善腐蚀性能和延长腐蚀保护时间高于传统的预期是什么。

two-coat腐蚀系统被评为C3腐蚀环境。^{4 - 6}two-coat系统是由富锌环氧底漆聚氨酯面漆。Inhibispheres添加到底漆层涂层系统和比较原始。此外,一个额定three-coat系统也准备C5M或C5I腐蚀环境。底漆与面漆three-coat系统中的相同two-coat系统。额外的层是一种厚浆型环氧层厚度增加,降低涂层的孔隙系统(图10)。

面板被添加到一个盐雾室(ASTM B117)和暴露了1000小时。腐蚀试验板表4中可以看到删除涂层在抄写员。two-coat控制面板最糟糕的表现,其次是three-coat面板。最佳的性能被认为与two-coat腐蚀面板Inhibispheres底漆。这表明一个小之外(2 wt %)的Inhibispheres底漆可以改善涂层的腐蚀评级从类C3 C5或更大。

结论

Inhibispheres是涂料行业的独特的产品。他们代表一个步骤构建油漆和涂料的市场变化和制造商。传统的腐蚀抑制剂不能与这些聪明的添加剂。

而Inhibispheres目前专注于控制释放缓蚀剂保护黑色及有色金属基质在油漆、涂料、水泥、橡胶、粘合剂、封装材料的性质可以很容易地改变。为工业目的明显的腐蚀抑制剂的分子类型。然而,正如您延长负载的保护和/或微型胶囊的控释方面,你可以期待一个未来,包括杀虫剂、效果颜料、抗氧化剂、阻燃剂、催化剂和颜色,仅举几例。这种形式的封装可以帮助compatibilize分子和颜料,很难将具体涂料配方中(如铝颜料在水性体系中,可在抗微生物剂,有机颜料在混凝土)。使他们融入构建的封装技术。

这些聪明的添加剂的应用前景只是配方设计师的想象力的限制。

引用

1 Lalgudi, r .油漆和涂料行业杂志,2017年11月,pg 28-31。

2 Lalgudi, r;该隐,r;Muzynski, b .油漆和涂料行业杂志,2016年3月,pg 40-46。

3威尔逊,g;安德森,莫莱森油漆和涂料行业杂志,2012年5月,pg 58-60。

4 BS EN ISO 12944 -油漆和清漆防腐钢结构的防护漆系统。

5 ISO 9223 -金属和合金的腐蚀-大气腐蚀性的分类。

为6国际2312:2002——指导钢结构的保护对大气腐蚀的防护涂料的使用。