介绍

追求成本效益持久的室内建筑涂料

我们中的许多人可能没有欣赏价值的持久的内部房子油漆,直到不得不花大量的时间在家里由于COVID-19流行;然而,建筑涂料制造商一直在寻找内部改善耐久性建筑涂料,因为他们知道消费者想要画墙壁看起来像新的尽可能长时间。最小化中的抛光斑点,看到反复摩擦,使油漆更适应频繁的清洗方式,油漆制造商可以降低涂料的所有权成本。最近的一项研究强调,ultra-low-VOC水性颜料足够耐用为7到15年不需要重新绘制有优秀的生命周期分析,因为他们减少原材料消耗,油漆涂料生产和浪费¹。雇佣合同的额外的短缺和高成本画家在北美是一个高质量的价值主张,持久的油漆很清楚。

从历史上看,消费者想要更多持久的室内油漆需要完全避免平颜料,相反,使用higher-sheen墙漆——牺牲底层墙中的隐藏缺陷的能力。然而,油漆制造商已经开始开发溢价,100%丙烯酸平涂料物理性能改善,但100%的丙烯酸树脂的成本明显高于乙丙共聚或乙烯醋酸乙烯共聚物(VAE)。技术,可以使成本更低的树脂漆匹配溢价100%丙烯酸涂料的性能将会是一个有价值的工具配方设计师的工具。

在许多地区,矿物霞石正长岩现在用来改善湿耐擦洗内墙涂料。霞石正长岩是silica-deficient,钠钾铝硅酸盐的摩氏硬度6。在地面和分类时,成绩,适合平面和higher-sheen油漆是可用的。这些粒子霞石正长岩角在形态、材料和一个年级有一个广泛的粒度分布(图1)。

最近,3 m公司介绍白色陶瓷微球球形硅酸铝钠的摩氏硬度值约为6。²这些粒子已报告提供改善耐湿擦洗和打磨平建筑涂料,和三个商业成绩是90^th粒子大小(按体积)的百分比≤12日分别≤21和≤32微米。

然而,即使有这些改进,仍然是一个需要额外的工具,使室内油漆基于所有类型的树脂达到类似水平的光泽和耐擦洗。

一种新型沉淀二氧化硅的过程

当夏甲和加利首次开发他们的连续过程生产球形沉淀二氧化硅和碱铝硅酸盐,这些独特的粒子的效用在牙膏磨料清洗剂成分很快就认出了^{3 - 6}。有趣的是,这部小说的过程,酸化的代理和碱金属硅酸盐不断送入循环反应区由一连串的液态反应介质,可以运行使用范围广泛的反应条件来生成球形二氧化硅粒子显著低于预期Einlehner磨耗值和更高的折射率值。他们也兼容阳离子成分,如氯化十六烷吡啶——所需的牙膏、牙粉但以前难以实现的属性使用传统沉淀二氧化硅产品。

沉淀白炭黑过程是这部小说的更大的通用性然后发现当生产球形沉淀二氧化硅粒子的能力很低的表面积、低吸油量,实现一个非常狭窄的粒度分布⁷。这些属性使沉淀二氧化硅粒子的生产涂料配方中特别有用,因为这些球状沉淀二氧化硅没有造成大的粘度增加,不同于大多数商业沉淀二氧化硅和硅酸铝,有更高的吸油值。见扫描电子显微图在图2中,沉淀白炭黑是这部小说的形态明显不同于地面矿物质像霞石正长岩。有利地,这些小说二氧化硅粒子被发现是有用的在增加光泽的阻力,在较小程度上,室内建筑涂料的耐擦洗,在提供铺垫和物理性质的改善粉末涂料配方^{8 - 9}。

建筑涂料的初步调查集中在球形二氧化硅粒子平均尺寸5至15微米,取代了柔和的碳酸钙与球状硅越困难。这里介绍的工作探索较大和较小的粒径的球形二氧化硅,和霞石正长岩取代困难平/哑光和蛋壳配方确定会观察到类似的或额外的好处。

结果与讨论

实验

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从Imerys Drikalite™碳酸钙的粒度中值7微米,摩氏硬度的pH值8 - 9和2.7 g / cc的比重。Minex^®4和10 Minex霞石正长岩的成绩从Covia平均粒子尺寸的7.6和2.5微米,分别。霞石正长岩的摩氏硬度为6和2.6 g / cc的比重。3米^®陶瓷微球(CMS) w - 210 w - 410和w - 610从3米;他们有一个比重2.4 g / cc和pH值为9.9 - 12.0 (ASTM E70)。

沉淀球形二氧化硅粒子(SPH)准备根据专利文献中所描述的方法^{3 - 6}。沉淀二氧化硅的摩氏硬度为6,比重为2.0 g / cc和pH值6.5 - -8.5 5%水;所有成绩研究氮表面区域(B.E.T.)小于12米²/ g和吸油值之间大约30 - 50 mL / 100 g (ASTM D 281)。具体粒子的粒度分布数据评估在这工作是用一个内部开发的测试方法,遵循ISO 13320和雇用库尔特LS粒度分析仪;中位数(d₅₀),以及d₁₀d_90年,d_95年和d_99年粒度数据总结在表1。为简单起见,粒子被命名的方式,以反映他们的平均粒径;然而,广泛的陶瓷微球和双峰粒径分布导致CMS比CMS 9.9 9.0包含更多更大的粒子。

更清晰的理解不同的粒度分布资料的球形二氧化硅(SPH)相对于陶瓷微球(CMS)可以获得通过绘制图3和图4所示的数据较大和较小的粒子,分别。从这些数据,我们可以看到,陶瓷微球有更广泛的比球形沉淀二氧化硅粒径分布。此外,双峰粒径最小的陶瓷微球,CMS 5.1,可以提出一个挑战,因为大量的微粒会导致一个不受欢迎的粘度增加由于其较高的表面积。

涂料配方

水性建筑涂料配方是准备使用配方表2到4所示。大粒径的球形沉淀二氧化硅,SPH 13.8和17.6 SPH,评估在两个持平油漆、和CMS 9.0评估乙丙共聚平光涂料。两个小粒径的球形沉淀二氧化硅,SPH 4.3和5.5 SPH,乙丙共聚蛋壳配方进行了评估。CMS或SPH代替另一个填料时,替换是在量的基础上保持同样的颜料体积浓度(PVC)为所有描绘在一个给定的研究。

测试油漆配方

所有油漆应用程序是在受控房间温湿度进行符合ASTM D1640 / D1640M-14。涂料应用一天后准备撤军在密封Leneta 5 dx图表使用七个千陶氏乳胶膜施法者和BYK-Gardner Byko-drive自动化薄膜涂布。光泽值测量使用BYK-Gardner micro-TRI-gloss米,采取读数在沿着撤军,三分和不透明度测量使用BYK-Gardner spectro-guide 45/0光泽分光光度计。光泽电阻测量使用ASTM D6736 - 08(2019)继续和湿擦洗抵抗决心使用ASTM D2486 - 17日,测试方法。

结果

评估在室内平面描绘

62%的PVC低voc乙丙共聚室内平光涂料配方见表2进行了评估,结果光泽测试和湿耐擦洗的图5和图6所示,分别。应该注意的是,所有油漆不透明度值控制在0.7%以内的油漆。在这项研究中,碳酸钙的替换同等体积的最大particle-containing陶瓷微球级9.0 (CMS)和最大的商业级球形二氧化硅13.8 (SPH)是首次进行的。大粒径SPH 13.8给略微降低初始85°光泽和光泽阻力略优于CMS 9.0和控制油漆。SPH 13.8也略有改善湿擦洗电阻代替碳酸钙,但CMS 9.0似乎没有显著影响湿耐擦洗时碳酸钙所取代。

当球形粒子被用来取代霞石正长岩的体积,类似光泽抵抗行为观察与CMS 9.0和SPH 13.8;然而,最大粒径的球形沉淀二氧化硅,SPH 17.6,显示更好的光泽阻力。令人惊讶的是,乙丙共聚平光涂料包含最大粒径的球形沉淀二氧化硅,SPH 17.6,显示明显光泽阻力比商业乙丙共聚平光涂料的耐湿擦洗远远超过商业乙丙共聚和溢价100%丙烯酸涂料。

PVC ultra-low-VOC溢价52% VAE室内平光涂料配方表3所示,研究了下,只有两个球形沉淀二氧化硅,SPH 13.8和17.6 SPH,结转到第二轮评估。光泽和耐擦洗结果图7和图8所示,分别。而最好的光泽和耐擦洗可以通过替换所有的霞石正长岩与同等容积的SPH 17.6,显著改善可以看到当只有50%的霞石正长岩体积是SPH 17.6所取代。因此,优化成本和性能的能力的VAE平光涂料与100%的丙烯酸平光涂料竞争可以通过巧妙使用各种特种填料配方,包括大粒径的球形沉淀二氧化硅,SPH 17.6。

评估在室内蛋壳油漆

43%的PVC低voc乙丙共聚室内eggshellpaint配方表4所示被研究使用两个小粒径的球形沉淀二氧化硅,SPH 4.3和5.5 SPH,取代霞石正长岩体积的基础上。所有油漆透明度值在1.5%的控制公式。光泽阻力结果在图9中显示,大粒径SPH 5.5引起9.8顾初始下降85°光泽而小粒径SPH 4.3只有最初的光泽——更少的影响造成4.3顾减少最初的85°光泽,当每个用于取代霞石正长岩的总量。商业保险费100%丙烯酸蛋壳画有杰出的表现,作为其85°光泽增加顾只有1.7,而控制乙丙共聚蛋壳经历大幅增加5.0顾抛光。代替完整的霞石正长岩的体积乙丙共聚配方使用SPH 5.5结果最好的光泽阻力(只增加1.3顾85°光泽抛光)。

小粒径的球形沉淀二氧化硅,SPH 4.3,也能够提高耐光泽漆。取代100%的霞石正长岩体积与SPH 4.3结果2.3顾up-sheen但使用50 - 75% (v / v)的SPH 4.3结合霞石正长岩还可以提供改善光泽阻力。

湿擦洗阻力数据43%聚氯乙烯乙丙共聚蛋壳描绘图10所示。令人惊讶的是,商业保险费100%丙烯酸漆失败后更少擦洗乙丙共聚涂料的周期比,和控制乙丙共聚蛋壳画表现很好。SPH 5.5或4.3 SPH,即使在填料体积的25%,大大提高了耐擦洗乙丙共聚蛋壳,引入绩效领域高质量油漆。

讨论

这些评估的结果与沉淀白炭黑粒子在室内平面和球面蛋壳画带来一些重要的知识。正如所料,大粒径材料有更强的影响在85°油漆的光泽。188金宝搏bet官网因此,SPH 13.8和SPH 17.6是最好的用于平面/哑光油漆光泽度值所需的非常低;在这些配方,大粒径17.6 SPH光泽和耐擦洗有更大的影响,可以有效地达到更好的性能通过替换至少一部分霞石正长岩的配方。因此,乙丙共聚和VAE平油漆,超过了耐擦洗的溢价100%丙烯酸涂料。

粒子大小是更重要的在高光泽涂料,甚至球形沉淀二氧化硅,SPH 5.5,显著减少了85°光泽的蛋壳配方测试。而少有效改善光泽阻力,略小的SPH 4.3可以大大提高湿耐擦洗,更对油漆的光泽度的影响。这小年级的沉淀白炭黑可以使高性能球形乙丙共聚蛋壳油漆,对手溢价100%丙烯酸配方的性能。

比较干蛋壳的扫描电子显微图描绘包含霞石正长岩(图11)或小尺寸球形沉淀二氧化硅(图12)作为唯一填料的这些独特的作用机制提供洞察粒子。抛光似乎去除较大的霞石正长岩颗粒的表面涂层,使表面粗糙度降低,霞石正长岩颗粒表面下可见小得多。在图12中,更多更大的沉淀白炭黑粒子可以达到或接近球形的表面涂层包含SPH 5.5。抛光几球体的表面擦伤,但是许多球形粒子仍然提供一个地形,仍然可以散射光线。包含球面沉淀二氧化硅涂层,涂粘结剂似乎好个人硅球而不是小粒子的团聚体。这可能是由于硅球有一个窄的粒度分布;因此,它包含更少的微粒比霞石正长岩用于图11年级。

结论

球形沉淀二氧化硅粒子能够显著提高抗湿擦洗,以及光泽的阻力,室内建筑涂料。这些好处甚至可以利用提高涂料性能和改善乙丙共聚和乙烯醋酸乙烯主要描绘超过湿耐擦洗的溢价100%丙烯酸平光涂料通过部分或完全取代霞石正长岩与球形填料沉淀二氧化硅粒径中值为17.6微米。类似地,乙丙共聚蛋壳形成更好的湿擦洗和光泽阻力可以通过使用一个球形沉淀二氧化硅粒径中值为4.3微米。因此,这些独特的粒子证明有用的工具,可以利用单独或结合一个或多个其他填充物还制定高质量的具有成本效益的室内建筑涂料。

确认

作者想感谢卡尔加利设计和安排的生产试验和生产规模球形沉淀二氧化硅,乔纳森Sefko VAE平光涂料进行评估,摄影记者和多丽丝和丹尼斯·贝格利获得粒度分析数据。

引用

¹Wieroniey, t .生命周期评估建筑涂料,CoatingsTech,2021年,44 - 48。

²Shefelbine t;正手,c;溜冰场,k 3 m™陶瓷微球在建筑涂料、www.3M.com/paintsandcoatings, 2015。

³夏甲,j•;加利,K.W.连续硅生产工艺和硅产品准备一样,美国专利8609068 B2, 2013。

⁴夏甲,j•;加利,K.W.连续硅生产工艺和硅产品准备一样,美国专利8945517 B2, 2015。

⁵夏甲,j•;加利,K.W.连续硅生产工艺和硅产品准备一样,美国专利9327988 B2, 2016。

⁶夏甲,j•;加利,K.W.连续硅生产工艺和硅产品准备一样,美国专利9617162 B2, 2017。

⁷夏甲,j•;罗默,R.L.;Fultz,厕所;加利,K.W.涂料成分组成的球体二氧化硅或硅酸盐,美国专利9028605 B2, 2015。

⁸罗默,r .球形沉淀二氧化硅,油漆和涂料行业杂188BET竞彩志,2017年。

⁹Resch, b .小说合成二氧化硅消光粉末涂料,粉末涂料峰会上表示,2021年。