随着组织越来越关注生命周期成本而不是高性能防护和海洋涂料的初始成本,构建被要求更持久的解决方案,更严厉的环境中保持其长期性能。^{1 - 3}石油和天然气行业,例如,需要新的保护膜,能承受温度和压力升高时遇到钻井在更大的深度。水力压裂、水力压裂、行业要求新涂料更好地保护管道和储罐的混合物的化学物质在运输和储存在较高的温度下。基础设施和海洋涂料需要持续时间更长,以便设备或容器不需要取出的服务经常修理和重新绘制。

在许多情况下,薄弱环节防止涂料配方中实现所需的性能水平的树脂体系。树脂必须保持目标属性下的长期接触组合温度、光、热循环、湿度、水、各种化学混合物,衬底运动和其他部队。在这种情况下,树脂可以通过多种机制进行分解,导致产品失败——经常开裂的形式。这一现象的一个例子是如图1所示。

新的活性硅树脂,可用于创建epoxy-silicone混合动力车,构建提供新的工具来构建更耐用的树脂。通过结合环氧树脂和硅树脂的优点,如表1所示,这些小说混合树脂系统帮助满足新行业的挑战。

环氧树脂以优异的附着力由于极地创建表面化学键性质和能力在治疗。努力,由于高交联强,固化环氧树脂能承受负载和抵抗长期磨损造成的磨损。然而这良好的机械强度,是要付出代价的——环氧树脂的交联密度高限制了灵活性。环氧树脂以开裂是由于其脆性和无法消除压力。⁴

硅树脂是稳定持续的高温200°C到250°C (390°F (480°F),和600°C (1100°F)短曝光。另外,硅胶材料表现出高伸长和灵活性,使压力和应188金宝搏bet官网用能量的耗散。他们强烈Si-O债券(结合能358焦每摩尔455焦每摩尔和碳碳键)和高表面能(疏水性)使硅酮耐大气或化学攻击和不那么容易退化从阳光,水吸收和紫外线(UV)光。

结合附着力、耐磨性和机械强度的环氧树脂与硅树脂的热稳定性和灵活性在真正的混合动力系统收益率较高的强大和灵活的材料抵抗裂纹在暴露在严酷的环境下比传统的树脂。188金宝搏bet官网

新材料来188金宝搏bet官网构建Epoxy-Silicone混合动力车

新的活性硅树脂——SiVance^®C1008 amino-functional硅胶治疗和SiVance^®C2010 epoxy-functional硅树脂,现在可以构建用于构建epoxy-silicone混合动力车,满足客户日益严格的要求(表2)。然而,活性硅树脂的发展对于提高现有环氧系统意味着寻找两个挑战的解决办法。

第一个挑战是缺乏溶混性环氧树脂和硅树脂之间。一般来说,他们分别相混合,从而防止完全固化。科学家们开发一些策略来克服这个问题,包括:化学构建环氧树脂与硅烷;形成基团nanolevel二氧化硅粒子(业内称为MQ或太树脂或其变化);并形成嵌段共聚物。^{5 - 6}SiVance研究者考虑这些传统方法的优点和缺点。这两个新活性硅树脂是专门设计的最优平衡硅胶内容提供所需的属性和增容组织提供与环氧树脂混溶。例子是图2所示。

第二个挑战是设计所以它可以提供所需的硅酮结构一旦纳入混合性能。正确架构新的活性硅树脂的结构,科学家测试了各种几何图形的有机硅分子之间的相互依存和机械性能,强调灵活性和冲击吸光度。

关键因素在开发配方,满足客户需求包括选择适当的活性硅、优化使用级别,并确定最佳的环氧树脂,治疗和添加剂提供所需的性能。要求供应商制定和测试功能,如高温热液测试260°C (500°F)——可以帮助构建零迅速在一个解决方案。

两个测试用例说明活性硅树脂可以提高环氧聚硅氧烷涂料。

制定一个更持久的环氧聚硅氧烷面漆

达到良好的耐候性外墙涂料用于保护钢结构(桥梁、船舶水线以上部分和上层建筑、海上平台、管道、坦克外壳,风车)对腐蚀、行业传统上使用了一种三层系统。这个耗时的过程需要三个不同的材料分层的一个在另一个地方。188金宝搏bet官网涂抹器必须熟练使用的无机底漆、环氧漆和聚氨酯面漆有两篇文章,不当的应用只是一层妥协整个涂层的完整性。环氧聚硅氧烷涂料消除聚氨酯面漆的需要通过提供优秀的紫外线环氧层阻力,节省时间和金钱上的涂层的应用程序(图3),但仍有需要改进这些两层涂料的耐久性,延长其使用寿命,避免频繁的重新绘制。

失败的一个主要来源为当前环氧聚硅氧烷涂料开裂。油漆的水分治愈分量随时间继续后固化,导致脆性形成高度交联网络。这些紧密交联网络失去能力压力消散的涂层结构弯曲/收缩,因为他们的聚合物链的有限自由分子运动(卷/开卷)。通常,债券断裂是主要的剩余能量耗散机制导致裂纹的形成。

风化是脆性的另一个原因。氧化涂层由于紫外线照射和大气中的氧气会导致网络退化,导致涂层开裂和粉化。

增加灵活性,在涂层的生命周期维护,构建可以使用新的amino-functional硅胶,这是一个氨基改性聚硅氧烷终止。这个新产品被设计成完全混相氢化双酚a环氧树脂,通常用于户外应用。

测试案例# 1

一个商业,黑色环氧聚硅氧烷用作基础配方。两个涂层测试样品,准备18%的硅氧烷治疗每一个(一个新的氨基功能硅胶和另一个竞争amino-functional硅胶),评估他们的灵活性与原始样本环氧聚硅氧烷。涂料是铝制面板上准备和接受一个0.5英寸(13毫米)芯棒弯曲试验后一个星期,然后一年的老化。

如图4和表3,商业环氧聚硅氧烷和竞争amino-functional硅胶配方破裂和剥落的芯棒弯曲试验后只有一个星期的老化。然而,制定修改新的amino-functional硅胶通过芯棒弯曲试验后一个星期,甚至一年之后——的老化。

测试案例# 2

商业、清晰环氧聚硅氧烷通过amino-propyltriethoxysilane治愈被用作基础配方。新添加amino-functional硅胶的装载15重量百分数。板冷轧钢材制成的涂层两种材料和年龄在70°C (158°F) 18小时,然后进行锥形心轴弯曲测试的灵活性和逆转耐冲击188金宝搏bet官网。

如表4所示,新的amino-functional硅显著增加配方的灵活性,使涂层通过锥形心轴弯曲试验。相比之下,未改性环氧聚硅氧烷开裂和剥落。此外,新amino-functional硅胶反向冲击阻力增加了近200%。

制定更耐用的环氧树脂涂料能在恶劣条件下使用

环氧树脂涂料通常是用来保护钢铁的腐蚀在苛刻的环境中。管涂料和罐衬里用于石油和天然气业务,离岸业务和化学制造业,例如,涂料通常暴露于高温、水和/或化学混合物。一个常见的失效模式在这种恶劣的条件是水泡和开裂。增加环氧树脂的灵活性不牺牲其他属性可以防止这种失效模式的发生和增加涂层的一生。这是特别重要的在近海石油钻探石油和天然气行业,现在位于深水平台和更困难的访问进行检查和维护。²

构建新的epoxy-functional硅胶给一个新工具添加耐用弹性环氧树脂涂料。这种新材料被设计成符合双酚a和酚醛环氧树脂——通常用于这些应用程序。可能性是演示了通过比较一个epoxy-silicone混合由这个新epoxy-functional硅胶标准bis-A环氧涂层。配方如表5所示。

薄膜太阳能电池板(热轧钢,0.125 x 2 x 6英寸)和厚板(钢铁、呆滞无光表面0.32 x 3 x 5。、诅咒2 ~ 3毫升概要文件)被涂上一层表5中所示的两个配方使用10毫升垂伸酒吧。由此产生的涂层厚度从6到8毫升不等。

的初始弹性涂料测量锥形心轴弯曲试验,三点弯曲试验。如图5所示,新的epoxy-silicone混合了优越的灵活性,通过锥形心轴弯曲试验(1.5。1.0),而bis-A环氧开裂和剥落。

图6和7说明三点弯曲试验的结果。厚板的弯曲30毫米/分钟的速度,和裂缝的角度首次观察到被记录。epoxy-silicone混合涂层弯曲15度进一步比bis-A环氧涂层裂缝出现之前。

除了增加灵活性,epoxy-silicone混合显示,反向影响性能显著增加,显示在图8和9。

取得的收益在灵活性和反向影响性能只有轻微降低其他重要属性。正如所料,结合灵活的硅胶单位在环氧略微降低了硬度和玻璃化转变温度(表6)。这些值,然而,在可行的范围内涂层性能为目标应用程序。

扯下附着力也测试来确定硅胶的合并将产生负面影响附着力的涂层基质。粘附强度(表6)略高的epoxy-silicone混合配方,配方也都显示了粘性测试期间的失败。

有价值的目标应用程序,一个环氧配方必须保持其flexibility-hardness平衡在暴露在恶劣的条件包括高温、热水和强烈的化学物质。选择三种不同的曝光条件来演示这种性能。

干热曝光:120°C (250°F)

薄涂板暴露在120°C (250°F)热烤箱了五天。epoxy-silicone混合涂层继续通过锥形心轴弯曲试验经过五天的干热暴露在硬度没有显著变化(表7和图10)。

热液接触:175°C (350°F)

厚板完全沉浸在175°C (350°F)去离子水在160 psig 28天。板在空气中干燥24小时后,他们接受了三点弯曲弹性和硬度测试。如图11所示,在热液接触两样本显著增加灵活性。epoxy-silicone混合配方,更好地维护其硬度在曝光(图12),表明硬度更好的平衡和灵活性。

溶剂接触:90°C (195°F)

厚板也完全沉浸到一个50/50体积/体积(v / v)的混合甲苯和煤油在90°C (195°F) 28天。在空气中干燥24小时后,他们接受了三点弯曲弹性和硬度测试。epoxy-silicone混合暴露期间保持较高的灵活性,而这两个样本在治疗后的硬度下降。结果在图13和14显示新的混合动力系统提供了一种改进的平衡灵活性和硬度。

混合涂料由epoxy-functional硅胶显示增加灵活性和逆转耐冲击硬度没有显著减少,玻璃化转变温度或粘连。这些新混合动力车的改善flexibility-hardness平衡维持热暴露在恶劣的条件后,水和溶剂。这种持久的灵活性应该使涂料在实际使用条件下更有效地抵抗开裂,从而提供更长的寿命。新混合动力车可能特别有用的新管道涂料和罐衬里为石油和天然气,离岸和化学制造业的应用程序。

比较竞争

证明所有epoxy-functional硅树脂不执行相同的混合配方,新epoxy-functional硅胶相比竞争等级,如表8所示。拉伸酒吧是由混合和每个配方涌入硅胶模具,其次是固化在70°C (158°F) 16小时。差示扫描量热法被用来证明超过90%治愈每个样品完成。拉伸性能(破坏应力,应变和弹性模量百分比)和悬臂梁式冲击强度测量每个样品的之前和之后暴露在175°C (350°F) 28天。

epoxy-silicone混合建造新的epoxy-functional硅胶被证明是更强硬的材料热液接触后。图15显示了一个比较之前和之后的拉伸和冲击性能的热液接触(5是最理想的结果,比较数据点了一小部分的值)。

两个硅胶修饰符显示相似的模量,断裂应力和应变百分比在曝光之前,但数据显示,新epoxy-functional硅胶更有效地保留在热液接触拉伸和冲击性能。

结论

高性能维护涂料2014年消费总量约为2.1亿升。环氧树脂和聚氨酯消费增长为代价,less-durable(便宜)涂料,因为需求完成后使用的时间更长。³客户升级他们的要求产品有更长的使用寿命在严酷的条件下,构建必须解决树脂系统的缺点,这是经常的薄弱环节材料的耐久性。-SiVance帮助构建提供活性硅树脂,可用于创建epoxy-silicone混合树脂系统。通过使用这些新的活性硅树脂,采用可以开发更持久的解决方案,使客户通过扩展重新油漆之间的间隔,降低系统成本和通过保持他们的坦克,管道、船舶和其他资产服务以更少的停机时间。

引用

¹先进的涂料的新应用程序。化学工程。2014年12月。http://www.chemengonline.com/advanced-coatings-for-new-applications/?printmode=1。

²高性能防腐涂料。IHS专用化学品更新程序。2015年8月。

³油漆和涂料行业概述。188BET竞彩IHS化学经济学手册。2015年3月。

⁴Riew C.K.);佛朗西斯,J.K.ed.Rubber改性热固性树脂,化学的进步系列。208年,美国化学学会,华盛顿特区,1984年。

⁵Maciejewski h;Dąbek i;Fiedorow, r .等。基于环氧树脂混合材料的热稳定性功能(聚硅氧烷)。188金宝搏bet官网热分析和量热法杂志》上。2012年;110 (3):1415 - 1424。

6·迪亚兹,即;奇科,b;de la款,等。新Epoxy-Siloxane混合涂层的耐蚀性。实验室研究。有机涂料的进展2010年;69 (3):278 - 286。