今天的蜡和添加剂行业面临的最大挑战之一无疑包括环境监管问题和可持续性方面的考虑。然而,也出现在列表的顶部的挑战,值得担忧的是成本和性能。高性能的需求,同时仍然提供了一个低成本确实非常相关的和重要的在今天的市场。

在最近的研究中,江泽民等,¹作者讨论新的聚合物粘结剂技术开发水性建筑涂料。2022世界杯八强水位分析新的聚合物粘结剂技术本质上是基于胶体自组装的分2022世界杯八强水位分析子设计来改善涂层性能,减少挥发性有机化合物的仪器。这种设计方法的另一个名字,包括分子的组织在一个接口,是自底向上的方法。在这种方法中固有的挑战是指导分子在大面积的位置。虽然已经有一些进步发展的新的粘合剂技术基于自组装涂层,也应该意识到,一个自底向上的方法也存在设计与定制的表面功能涂层使用蜡添加剂。2022世界杯八强水位分析这种方法可能会提供一个更有成本效益的解决方案取决于应用程序因为只有少量,基于总重量公式,通常是必需的(低至1 - 2 wt. %)。自底向上设计涂料从蜡化学添加剂的角度来看是正确的选择(决定了surface-enhancing物理性质),以及考虑流动性的蜡涂层的表面添加剂。此外,适当的测试来证明性能(它也可以作为开发工具)的自底向上的设计是至关重要的蜡涂层的成本效率和所需的目标性能。

蜡,各种化学反应和Surface-Enhancing好处

蜡包括各种各样的化学反应,包括合成费托蜡(长链碳氢化合物),低分子量聚合物、酰胺、和植物和动物蜡酯巴西棕榈蜡、蜂蜡等,分别。蜡的物理性质包括融化(软化)点通常从~ 80°C - 170°C以及low-melt粘度(高熔体流动指数)。蜡具有一样硬,固体材料。此外,聚四氟乙烯等材料和聚氨酯,虽然不是蜡,可以利用像蜡涂层。同样地,使用混合不同的材料(如。,PTFE and PE) broadens the spectrum of available surface-enhancing additives.

通常知道蜡添加剂提供涂层表面改性的润滑性和滑动,mar和抗划伤、耐磨,光泽阻力,疏水性,anti-blocking。然而,蜡添加剂还可以提供滑动阻力通过增加摩擦系数(咖啡)防滑地板应用程序、席子、纹理效果,甚至为优柔寡断的涂层应用触觉。

蜡的多样化surface-enhancing好处添加剂的化学和物理性质有关。例如,费托合成蜡(英尺)相对较硬和水晶,和分子量~ 750 - 1500克/摩尔。英尺蜡经济表面修饰符应用于包装润滑性、抗划伤木器涂料,粉末涂料的光泽和硬度下降。聚乙烯(PE)蜡,然而,通常有更大的抗磨损性和润滑性相比,英国《金融时报》的蜡和更结晶和高分子量(~ 1000 - 4000克/摩尔)。两种类型的PE蜡通常用作添加剂——低密度和高密度聚乙烯蜡——不同的晶体结构。低密度聚乙烯(LDPE)有分支结构比高密度聚乙烯(HDPE),因此更少的结晶,熔点低于HDPE。PE蜡是最普遍的蜡型用于油墨和涂料。在分子量聚丙烯蜡通常高于PE蜡,因此更耐用和弹性(严厉)。他们给好的光泽和在涂料和mar抵抗也用于提供铺垫和纹理效果。喜欢体育,根据反应条件,聚丙烯蜡可以主要分支或直链(低或高结晶度,分别)。 Using Ziegler-Natta and Metallocene catalysts, which control the stereochemistry and thus the orientation of each monomer/pendant group in a polymer chain, physical properties like melting point can be tailored for a specific application (since melting point is directly related to a polymer’s crystallinity, which is itself related to the packing and ordering of a polymer chain).

一些例子的各种类型的蜡(包括材料,像蜡但不一定蜡)及其在涂料使用总结在表1所示。注意,聚氨酯珠子是表1中列出,因为他们,PMMA珠和交联PDMS珠子,是用来传递触觉属性如橡胶感觉优柔寡断的涂层或柔滑的感觉。这些珠子可以帮助使基板等塑料、木材、纸张和玻璃感觉豪华(如。汽车、室内人造皮革)。

裁剪使用蜡表面涂层性能

为了使用自底向上方法裁剪使用蜡涂料添加剂的表面性质,首先必须确保适当的润湿、分散的蜡。可能客户面临的最常见问题之一当测试一个新的蜡添加剂是适当的干蜡涂层。粉末涂料,合适的蜡色散melt-mix挤压过程中需要足够的能量(即。添加预混的蜡)。液态涂料,它是适当的使用在研磨阶段高剪切分散器,确保正确地湿蜡。同样,可以使用水性分散体的蜡和蜡乳液涂料。

既然目标是准确预测,因此裁缝的表面属性蜡涂料添加剂,同样重要的是要考虑蜡的机理将迁移到表面的涂层。蜡主要分层表面通过两种机制之一——盛开或滚珠轴承机制。在热固化涂料含有低熔点的石蜡或蜡与聚合物粘结剂是不兼容的,盛开的机制可能出现的蜡融化,冷却和再结晶形成一个薄,连续层的顶部涂层。²在风干液态涂料(或水性溶剂,例如),球轴承的机制可能是单个粒子迁移到涂层表面。图1提供了一个例证蜡粒子的体积和表面涂层;一些蜡粒子迁移到表面的涂层通过球轴承机制。

控制分层过程以及表面性质也需要控制蜡粒子大小、粒度分布和颗粒密度。规范,导致可再生的颗粒大小和分布在一个特定的范围对于一个给定的应用程序,例如,确保统一的保光性和外观(包括清晰和DOI)以及统一的哑光光泽下降和缎涂料。此外,控制颗粒大小和分布促进一致的耐磨性等性能,润滑和光泽阻力。因此,使用蜡粉末的平均粒度控制(包括最大的粒子大小指定D99或D100使用,取决于蜡供应商)是利用通过光散射测量和NPIRI Hegman仪表。此外,由于蜡粒子密度通常范围从0.89 - -2.2 g / cc液态涂料,根据连续相的密度,粒子可以解决或浮动(注意,在粉末涂料,涂层的组件也被观察到分层根据他们的密度)。密度也是一个重要的考虑因素在剂量蜡添加剂通过结合两个或两个以上的材料(如制造。,melt blends, composites) into a liquid coating as the modified density of the additive will also impact the migration of the additive in a coating.³蜡颗粒大小也扮演着重要的角色在表面消光,作为一个通常想匹配的粒度为有效的消光涂层的厚度。

证明性能-划痕/ Mar电阻测试方法

其中最引人注目的方法来区分一个设计良好的和工程从激烈的竞争中添加剂是为最终用户(客户)提供的数据——现实世界和/或模拟,如果可能的话。真实数据意味着承诺表现进行测试(或者密切的方法现场测试)。模拟测试,如果一个人可以与现实世界的表现,也可以是非常有用的预测材料性能(尤其是当实地测试可能不实际的,因为时间的长度,例如)。当然,在一个自底向上的设计方法,希望一个可靠的方法关联表面性能与特定添加剂化学和物理性质。

Nano-Scratch测试方法

一个非常相关的表面性能和关键属性在许多涂料抗划伤。抗划伤表面保护是非常重要的在制造、运输和处理的涂层衬底,如金属,例如。在最近的一次审查,3月阻力Osterhold在涂料的方法,⁴之间的相关性被发现实验室评估抗划伤和一个真实的现场试验方法。实验室方法(nano-scratch方法),它也一直被格里戈洛维奇等人,⁵需要抓一个表面的硬度计压头半径(有提示的几微米)来模拟破坏。值得注意的是,虽然“破坏”和“抓”经常交替使用,损坏表面造成的破坏可以被认为是光抓的表面,而“刮”表示更严重的伤害。⁴仪器用于nano-scratch测试应用进步负载与涂层硬度计压头,并且负载导致涂层的断裂(称为临界载荷)记录。有趣的是,当从nano-scratch临界载荷确定测试比较的光泽减少汽车实验后very-close-to-real-world现场试验模拟损伤在洗车——Amtec测试⁴——一个重要的相关性被发现。当然,有人可能会从这些实验得出洗车刷可能减少汽车实验确定的终身服务。

考虑一个可能需要这种类型的测试涂料的耐擦伤性进一步通过使用它作为一个可靠的方法和可以预见的涂料给精心设计和工程蜡添加剂使用图解法作为被黄等。⁶划痕硬度估计图形通过确定正常负载的斜率与硬度计压头尖端的投影面积。提示的投影面积可以计算一次抓由硬度计压头的宽度决定在一个特定的负载。高分辨率显微镜和/或一个AFM可以用来衡量的划痕宽度系列涂料。划痕硬度可能作为开发工具排名涂料给各种防刮蜡添加剂。此外,这将是有趣的,看看真实的模拟,如Amtec测试,与这个图形确定划痕硬度的方法。

自动铅笔划痕与线性研磨器可重复的结果

另一个广泛使用的划痕试验法评估mar和划痕在木器涂料是铅笔划痕试验(ASTM D3363)。这个测试通常由拿着铅笔手动执行与一个特定的硬度等级在一个近似45度角涂层和压低在正向涂层刮伤。目视检查后的划痕用一系列的铅笔硬度变化允许一个评估划痕硬度(即。铅笔硬度最高的评级,没有表面上留下长久的印记是铅笔硬度)。训练有素,经验丰富的用户可以进行这样的划痕测试并取得好结果。然而,另一种不进行这样的测试用户的依赖。一个线性研磨器允许用户控制应用在测量力的大小,数量的线性磨损周期,冲程长度,以及速度。如果一个人有兴趣进行测试一个新的蜡添加剂的发展,例如,该方法可以方便控制和可重复的结果。提是很重要的,然而,必须开发一个方法测试的哪一个决定最好的参数测试(即。,速度,力量,等等)的ASTM铅笔划痕不专门提供指导。然而,一旦决定适当的试验条件,可以使用这些相同的条件来测试整个系列涂料,这是更可取的开发工作。

在最近的一项研究中,自动铅笔划痕与线性研磨器被用来演示增强的表面性能与复合蜡前水性丙烯酸涂料添加剂组成的HDPE,聚四氟乙烯,nano-alumina摩氏硬度为9。³涂料给HDPE /聚四氟乙烯蜡复合和HDPE /聚四氟乙烯/ nano-alumina蜡复合与自动铅笔划痕法进行评估。在同一蜡添加剂加载1 wt %,从3 h - 6 h铅笔划痕硬度翻了一倍。这的一个例子是一个适当的方法评估的表面性质,如抗划伤,再加上一个设计良好的添加剂(基于知识的添加剂的化学和物理性质),可以在自底向上的设计方法是有用的成本效率和性能的涂料。添加剂的研究有一个修改密度密切匹配的水性涂料的密度。制定方法用于添加剂的设计利用相结合的协同效应材料所需的目标属性。研究还表明,一个简单的干混和的蜡组件(在相同的比例复合蜡)没有给出相同的性能复合蜡(即。蜡融化组件混合在一起)。SEM和SEM-EDX分析截面的涂料给这些添加剂提供了快照的流动性的蜡涂层。包含在这些快照是证据表明聚四氟乙烯,涂料本身服用后,集中在大部分和底部的涂层,而不是表面的涂层。添加剂的成本效率因此非常相关的流动性在涂料添加剂的添加剂必须达到的表面涂层。

结论

很了不起的少量的添加剂——仅1 - 2 wt.总公式重量%——能让这样一个显著差异在涂层表面性能包括划痕和mar阻力,耐磨,光泽阻力,难以捉摸。采用自底向上的方法,包括选择适宜的蜡化学(因此目标物理性质),考虑迁移能力的蜡(通常与粒子密度),和适当的测试来证明重要的表面性质,如抗划伤,一个确实可以成功地使用蜡涂料的成本效率和目标性能。是时候再看蜡!

更多信息,联系博士Onome Agori-Iwe,电子邮件oagoriiwe@gmail.com

引用

¹江,美国;范Dyk, a;莫里斯,a;波尔,j .;法、d;布劳内尔,美国设计胶粒形态和自组装涂层应用(2017)。艾姆斯实验室接受手稿。13。

²卡罗尔,jr;布拉德利,智慧化;Kalmikoff,人工智能现代涂料和涂料10月。1993年。

³Agori-Iwe, o . 2018。蜡助剂创建复合粒子技术效率和性能。南方社会的涂层技术。圣德斯坦,佛罗里达。

⁴Osterhold, M。欧洲涂料杂志》,2018年,1号,52页。

⁵格里戈洛维奇,b;亚当森,k;林,L。有机涂料的进展,2001年,43卷,175页。

⁶黄,m;Moyse, a;李,f;苏,H.J.材料科学杂志,2004年39卷,3293页。