建筑涂料市场的需求需要新的聚合物来满足严格的硬度性能,同时保持低合并的需求。在过去,聚合物的硬度和阻塞性能可以改善只需使用higher-Tg单体和增加不稳定的联合用于制定聚合物。由于环保意识的变化,建筑涂料的挥发性有机化合物的局限性需要更少的合并,减少溶剂或使用低VOC的合并。1会议所需的硬度较低的接合的需求变得更加困难的深沉、油漆系统高载荷低voc着色剂,加剧这一问题。最常见的问题与深沉、油漆系统的性能与低voc着色剂是粘着性和“绿色的感觉”。绿色的感觉通常是指剩下的油漆粘摸即使长时间治疗。低voc着色剂介绍许多表面活性剂、分散剂、润湿剂和聚结剂导致这个问题。粘着性类似于绿色的感觉,然而这一项是用于短期粘性褪色随着时间的推移,和被定义为能力形成一个连接的可测量的强度在压力下基质经过短暂的接触时间。2由于这些问题,有市场要求low-VOC-capable聚合物功能在低voc,有色、深沉、油漆系统几乎没有钉或green-feel较低。这个未被满足的市场需求还必须平衡与其他常见的油漆属性。

低voc涂料系统描述的另一个重要特点是硬度概要文件。有许多不同的方法评价涂层的硬度,和各种各样的测试对硬度的性能可能会导致不同的结论。3一些常用测试Koenig硬度、铅笔硬度、电阻,打印,耐擦洗和各种策略方法。这些方法并不总是与他人,这可能导致涂层的硬度不同的结论。结果,最终硬度的涂料必须平衡取决于消费者最终用途所需的应用程序或函数。建筑涂料的其他重要特性包括石油和羊毛脂,抗化学腐蚀、耐磨、耐刮、灵活性和洁净。如果涂料用于外部应用程序也必须承受热、温度变化、水分、氧气、阳光和冻融循环。3基本了解聚合物的设计,因为它会影响聚合物的功能是至关重要的为建筑涂料满足当前的需求。本研究开发一个测试方法测量表面策略加速聚合物发展架构,高光泽,内部和外部油漆应用重点是深沉、系统的性能与高载荷低voc的着色剂。这个应用程序空间是当前高分子技术很难满足需求的硬度和较低的策略,同时保持以前描述的其他属性。大部分聚合物开发集中于增加聚合物的硬度与假设策略将会改善;然而,这并非总是如此。本研究比较了不同测量的硬度和策略评估如果直接相关。有许多参考文献不同的方法来测量策略,包括硝化纤维清漆、皮钉,滚球方法和调查方法,以及涂层的主观的手感觉。许多这些测试方法的局限性和不一致的。本研究利用使用修改probe-tack测试拉力试验机来取代另一个主观策略测试测量与定量和可再生的策略。拉力试验机是配备了一个探针固定量化的策略表现深沉、油漆系统高载荷低voc的着色剂。 Correlation analysis between results of the probe tack test and other hardness tests was used to make conclusions on the overall hardness performance of industry-leading paints and polymers.

实验

着色剂基准研究

本研究主要关注性能的高光泽(HG)聚合物技术称为EPS HG-1。EPS聚合物相比,是市场领先竞争聚合物和七个商用涂料基地。EPS HG-1和市场领先的聚合物被制定成明显的油漆基地不到17 g / L的VOC。制定明确的基础涂料中的VOC基地是来自一个油漆配方中使用的分散剂。所有商业涂料研究中使用的是销售高质量、高光泽涂料,范围从0到150 g / L VOC。商业涂料基地既包括内部和外部的版本中,所有的九个基地研究有色12盎司的着色剂。的七个商业使用油漆,行业领先,150 g / L VOC商业漆硬度和早期low-tack RT性能,将在本文中称为il - 150,被用作基准比较EPS HG-1和竞争力的聚合物。所有其他商业涂料基地进行了分析;然而,直接比较将只与il - 150基地。使用四种不同的着色剂品牌; the details are shown below:

  • 着色剂,低voc普遍的着色剂。
  • 着色剂B -低voc水只着色剂。
  • 着色剂C - VOC-containing,二元醇普遍的着色剂。
  • 着色剂D -低voc普遍的着色剂。

对于每个着色剂品牌,四种不同的颜色组成的红色,黑色,蓝色和黄色氧化(YOX)。总共有144油漆底漆是代表所有可能的组合,着色剂的品牌和颜色。

室温(RT)拉力试验机发展策略测试

拉力试验机测试修改了探针固定量化的表面在RT钉完成涂料。所使用的设备是一个机电拉力试验机MTS的洞察力。涂料应用铝Q-Panel表上使用4-mil鸟酒吧- 612(0.025“6”12”)和环境条件下干燥24小时。干燥后,面板被切成3维度和5/16“×3”。剪板画,一边朝到测试夹具,在底部固定夹的拉力试验机。探测器夹具夹在上夹具与平面探测器表面油漆表面平行。调查被带进接触力和接触的油漆表面在不同条件下的时间。一组保持时间后,探头夹具被撤的油漆样品在不同的分离率,和所需的力把夹具从油漆样本测量单位的力量。仪器设置和运行原理研究中使用图1和图2所示,分别。每个钉力测量是在一个单独的面板,和平均三到六板被记录。 The optimized run parameters used are described in the results section.

数据输出两个tack-force测量导出到Excel的例子如图3所示。策略被定义为最大力量值测量夹具的去除油漆样品。正如文献中所讨论的,钉力测量,越低越低粘着性的油漆样品。4

统计分析每个样本集上进行比较,如果每个样本的均值是不同于其他样本集。结论的策略只能在样品测试在同一日期,随着干燥的影响条件尚未确定。结果,方法测量样品准备在不同的日子不可能绝对比另一个;然而,趋势策略结果可以指出基于使用控制在每一个测试集。

高温(HT)块测试

ASTM D4946阻塞电阻测试标准使用的建筑涂料。测试后进行基本以24小时为固化时间在50ºC烤箱烘焙30分钟1公斤的体重。

HT粗棉布印花阻力

测试方法ASTM D2064粗棉布印花阻力对建筑涂料使用。测试运行后基本以24小时为固化时间60ºC一人力资源与500克的重量。从烤箱去除后,权重是用粗棉布样本被允许坐在RT 30分钟。30分钟后,将删除粗棉布和示例是额定。评定量表是清廉,10是没有印记,0代表粗棉布完全打印到涂层上。

HT棉球打印阻力

ASTM D2064耐粗棉布打印修改为使用棉花球代替粗棉布。列出的程序是一样的ASTM一些修改:经费(3毫升湿)是由Leneta图表,和2英寸广场从图表1和7天。粗棉布,½油漆样本之间的一个棉花球放置和底部的大型的橡胶塞。测试运行的重量在500克塞1小时60ºC。从烤箱去除后,样品被允许坐在RT 30分钟。冷却30分钟后,棉花是在一个光滑的运动了。样品评价清廉的棉粘(100%棉卡0,10 0%棉卡)。

统计分析

统计分析是使用一款统计软件版本12.1.0 17或JMP版本。图基t检验分析是用来比较的拉力试验机钉力的测量每个油漆颜料在每个样本集。这个统计测试只是用来比较样本数据集内的结论如果样本均值统计不同。测试代表了一个圆,每个样本如果两个圆重叠的交叉角小于90度,那么测试得出结论,这两个样本的样本均值统计不同。航向用来比较均值图基分析力平均每个油漆其他颜料的数据集。

刮附着力试验(缩略图刮测试)

ASTM D2197标准试验方法粘附刮有机涂料的附着力是使用一个Gardco平衡梁刮粘附和3月测试人员模型pa - 2197 b循环笔夹具测量刮在克附着力值。通常情况下,是在金属板上进行刮附着力试验;然而,测试修改完成Leneta纸或聚酯薄膜图。这消除了金属的附着力方面测试和允许的比较好抓涂层硬度分析。此硬度量化类似于一个缩略图抓薄膜硬度涂层评估的失败。使用Leneta图表的一个缺点是,最大力量在纸上大约是5000克刮附着力值。高于这个值,图就受损,硬度不能准确量化。无论如何,刮附着力值之间的500 g和5000 g,这个测试提供了足够的信息来显示刮油漆的粘附性能和量化industry-common和主观缩略图刮测试。

擦阻力试验

ASTM D2486标准测试方法使用墙漆的耐擦洗。

摆硬度试验

Koenig硬度是由BYK摆硬度计Koenig摆的振动模式。

结果与讨论

RT拉力试验机的发展策略测试

着色剂基准进行研究之前,测试方法量化需要油漆在RT的粘着性。以下标准是用于测试方法的发展:

  • 量化投资策略和替换需要主观感觉面板;
  • 可再生的和可重复的测量;
  • 相关的测试板的主观感受;
  • 高效和容易完成行业常用的测试设备。

实验设计(DOE)运行参数

在美国能源部运行参数优化测量漆膜的粘着性。仪器设置详细信息在不同的运行参数在实验部分描述。美国能源部的因素是:

  • 湿膜厚度(4、7和10毫升);
  • 固化时间(1,4和7天);
  • 力(5、10和15磅力);
  • 持有时间,或探针接触时间(5、10和15秒);
  • 运行速度,或分离率(0.1,2.6和5 /分钟)。

帕累托图,从实验的设计如图4所示。的情节的样本在每个运行速度,如图5所示,表明,在较低的运行速度,增加信号的范围。运行速度也被发现是最重要的因素在设计研究。其余因素以外的美国能源部运行速度将创建尽可能短的运行时间。最后确定的运行条件:

  • 湿膜厚度:4毫升;
  • 固化时间:24小时;
  • 力量:5磅力;
  • 持有时间,或探针接触时间:3秒;
  • 运行速度,或分离率:0.2 /分钟。

测量系统分析

多个计+ R研究各种油漆系统测量方法与描述设置拉力试验机和优化运行参数。测量系统的过程变异通常范围从10 - 25%取决于运营商和油漆的集合。在大多数情况下,计进行了研究与三个运营商和三个油漆。航向测量系统拉力试验机是统计上显示是可重复的和可再生的,并被用于这项研究确定方法描绘在一个样本集的性能。方法测量只被用作比较测量其他油漆样本集,因为干燥条件可以影响漆膜的粘着性。

着色剂基准研究

正如在实验部分所讨论的,这个研究包含9个基地16油漆,总共144油漆。的三个漆基地将被引用的EPS HG-1 17 g / L VOC,竞争聚合物在17 g / L VOC和il - 150 150 g / L VOC。数据将剩下的商业涂料基地,然而任何其他个人油漆从集将被贴上il - 150。

RT拉力试验机的策略测试

优化运行参数在RT拉力试验机用于测量描绘为基准的着色剂的策略研究单位的力量。如前所述,强迫测量探头夹具越低的涂料样品,RT low-tack油漆的性能就越好。着色剂的YOX颜色每个底漆的品牌策略的分析了B于常温下的拉力试验机。图基t检验统计分析箱形图,意思是钻石的方法测量了YOX着色剂B品牌的油漆样品如图6所示。航向图基分析用于比较平均的数据集内的每个油漆其他颜料。结果表明,EPS HG-1漆的性能没有统计学上不同的伊尔- 150漆钉力测量在rt, EPS HG-1聚合物也统计策略迫使低于市场领先竞争聚合物和其他商业涂料。从这个数据,结论是,即使在17 g / L VOC, EPS HG-1漆有可比low-tack性能在il - 150涂料、环境条件和low-tack性能也优于剩余的油漆样本集。

HT块电阻

HT的数据块电阻测试如图7所示。16 HT块评级为每个底漆垂直显示。竞争激烈的聚合物、EPS HG-1和il - 150标记油漆基地。总的来说,EPS HG-1评级7块或更好的14个16着色剂的检测;然而,底部有两个失败。的竞争粘合剂有六个值小于4(少量的电影失败),和三个样品完成电影失败。商业描绘不同但总体表现不佳相比,EPS HG-1基地。il - 150基地执行的商业涂料基地有一个失败,其余评级1和8。il - 150基地只有四个油漆7到8级,而每股收益HG-1基地有14个油漆大于7评级。从这个结论是,EPS HG-1底漆在17 g / L VOC块性能优于150 g / L VOC il - 150打底,和其他商业涂料和聚合物在样本集。

HT粗棉布印花阻力

粗棉布的数据打印电阻如图8所示,和16的数据描绘底漆垂直表示。EPS HG-1被评为8 - 10(10代表没有印漆)的所有16画基地进行打印测试阻力。所有其他商业颜料和竞争力的粘合剂被排名打印平均小于5的评级。伊尔- 150涂料基地被评为排名7,6 0的排名和剩余的油漆小于4的基础。17 g / L VOC EPS HG-1底漆是总结打印抗性优于竞争聚合物和高质量商业油漆测试。

HT棉球策略阻力

航向HT棉球颜料着色剂基准测试数据研究如图9所示。HT棉球策略值评价从清廉,10代表0%棉坚持公开的油漆样品,和一个评级为0代表100%棉。每个16描绘为每个基本排名和所代表的值是垂直如图9所示。EPS HG-1涂料基地被评为10(0%棉)14总16油漆的测试,和其他两个颜料被评为9(10%棉)的价值。il - 150商业涂料被评为HT棉球策略测试七0的排名(100%棉卡),和14个16的油漆测试被评为3或更少(70%或更多的棉花卡)。HT的图片棉球策略着色剂B系统测试结果如图10所示。棉球的视觉评估策略测试结果显示了EPS HG-1维护low-tack性能在升高的温度下。竞争激烈的聚合物和商业涂料基地图片所示有大量的棉花卡和额定因此,如图9所示。着色剂的图片显示只有B系统;然而,其他三个着色剂品牌测试几乎相同的结果如图10所示。 The EPS HG-1 polymer technology maintained low-tack performance in both the RT tensile tack test and the HT cotton ball tack test, whereas the IL-150 paint base was rated to have low-tack performance at RT but failed for tack performance at elevated temperatures. From the two tack tests performed, the EPS HG-1 paint base at 17 g/L VOC was concluded to have the best low-tack performance at both RT and HT testing compared to the other paint bases tested.

刮附着力试验

刮附着力试验是在环境条件的红漆样品着色剂品牌为EPS HG-1,竞争粘合剂和il - 150油漆,如图11所示。这个测试的目的是模拟一个缩略图刮涂层的顶部,并量化所需的力刮涂层纸基板。EPS HG-1和il - 150油漆刷爆了刮附着力测试能力,用刮附着力值大于5000 g。竞争聚合物是在刮附着力不足相比其他两个颜料2000 g的值。EPS HG-1油漆在17 g / L VOC被认为类似的刮粘附性能的伊尔- 150在150 g / L VOC涂料。这些油漆被刮缩略图测试也测试了。EPS HG-1和il - 150油漆电影不能刮掉缩略图,而竞争粘结剂在低压力下刮掉。

耐擦洗

擦洗测试对EPS HG-1,竞争聚合物和il - 150油漆。测试完成后在每个基地的YOX颜料着色剂B品牌,如图12所示。

竞争粘结剂涂料擦洗不到800周期,和500年的伊尔- 150油漆擦洗周期平均。相比之下,1200年的每股收益HG-1油漆擦洗周期。结论是,在17 g / L VOC, EPS HG-1已经擦洗性能优于150 g / L VOC行业领先的商业涂料和17 g / L VOC竞争聚合物涂料。

Koenig硬度

Koenig硬度是运行在每个晴朗的基地(untinted)和YOX竞争聚合物涂料,EPS HG-1,和着色剂的伊尔- 150为每个品牌的着色剂基准研究,如图13所示。

对EPS HG-1 Koenig硬度大于竞争粘结剂对所有测试基地,和明确的基础就11单位高于竞争粘合剂。虽然对EPS HG-1 Koenig硬度不足的伊尔- 150打底,应该注意的是,EPS HG-1基地是一个低voc配方。此外,在17 g / L VOC EPS HG-1其他优越的硬度特性,如耐擦洗、刮附着力,HT块阻力,HT打印阻力,RT拉伸试验方法力和HT棉球道路阻力。伊尔- 150油漆最大化Koenig硬度,但在HT策略测试失败,在耐擦洗,排名不佳,耐块和打印。单独强调了一点,Koenig硬度并不一定与其他硬度属性,客户将排名高度涂料性能的关键,而平衡Koenig硬度必须考虑与其他属性。

总结

建筑涂料的硬度是一个高度争议且富有挑战性的属性来定义。本研究利用多个硬度和策略测试程序为了充分理解建筑涂料的硬度。测量描绘的粘着性,可再生的和可重复的拉力试验机测试程序的开发。Koenig硬度,这是一个常用的方法来分析涂层的硬度,并不总是与其他硬度和定位测量,特别是当被测试在升高的温度下。

这项研究是进行行业领先、深沉、商业涂料和高载荷的着色剂。也包括在本研究主要竞争商业聚合物和新开发的高光泽聚合物,EPS HG-1。油漆配方EPS HG-1不到25 g / L VOC表现出一个优秀的硬度在各种测试方法包括low-tack性能在环境和温度升高。相比之下,一个行业领先,150 g / L VOC涂料Koenig硬度,叫伊尔- 150,在环境温度下low-tack性能好但没有在升高的温度下。此外,伊尔- 150油漆缺陷在大多数其他硬度性能测试。

总的来说,EPS HG-1聚合物被证实比行业领先的聚合物和颜料和硬度和low-tack属性的最佳平衡,客户将排名高度涂料性能的关键。

引用

1舒勒,b . et al .多相颗粒的结构和性质及其对建筑涂料性能的影响。有机涂料的进展。139 - 150年,2000年。

2樱桃白兰地,et al。界面和大部分属性相分离分散粒子的电影。有机涂料的进展。45 (2002)193 - 204。

3Koleske, j .力学性能的固体涂料。分析化学的百科全书。。2012年。

4Cakmak et al。表达聚合物信件。5 (2011)1009 - 1016。

本文最初发表于2016年的美国涂料显示/会议。