表面处理对防潮性能的影响在水性涂料|包覆云母颜料PCI杂志

图1——强调在一个未染色的漆膜

在1970年代末,因为他们介绍云母颜料已经成为汽车和高性能涂料行业的主要组成部分。他们开始为人所知的“效果颜料”行业。包覆云母颜料,也被称为珍珠光泽或干涉颜料,结构组成的云母血小板包围一层薄薄的二氧化钛(TiO2)或氧化铁。

颜色生成的薄膜干涉可以比作颜色观察肥皂泡。类似于一个肥皂泡的薄膜,金属氧化物膜与光相互作用,导致特定波长的反射。通过仔细控制薄膜的厚度,观察到的镜面反射是特定的颜色。二氧化钛,本身不吸收可见光,白色反射是观察从最薄的电影,其次是金色,红色,蓝色,最后,绿色的反射从最厚的电影。对氧化铁,红橙色光吸收,观察到的反射开始用金子包裹。non-specular角度,吸收颜色可见随着膜厚度的增加而变得强大。

如果金属氧化物薄膜应用于一个非常小的和/或形状不规则的底物,反映有效地将“分散”的视角。在任何一个角度观察到的颜色就太弱观察。这就是为什么这种颜料本身需要一个大型平(板)表面- 5-50毫米,通常约20毫米。此外,应用方法,使血小板在一个共同的方向珍珠光泽颜料的特殊效果获得最大化。

接受和流行的珍珠光泽颜料在很大程度上是由于它们的外观和性能。这些都是由于二氧化钛和氧化铁和固有的耐光耐湿度通过适当的后处理。从历史上看,后处理用金属氢氧化物,最常见的铬(III) hydroxide.1-2

随着涂料系统进化和水性系统变得更加普遍,氢氧化铬(III)的效用下降。涂层系统跨越了一个广泛的化学反应和铬不再是普遍成功。此外,性能要求提出了对于许多应用程序,和金属氢氧化表面处理已不再能够满足额外的性能需求。最后,铬,甚至在(3)氧化态环境问题在一些国家。

图2 -压力在漆膜与云母(板)颜料色素

理论

实验观测提供了一些见解为什么需要提高稳定性的云母颜料后处理。它有用的疲软归因于三个方面:颜料的大小,表面化学,强调在影片中。

漆膜聚合物,聚合物组成的域作为一个统一的层,有凝聚力和粘合强度。这个统一层可以破坏色素粒子,尤其是大公司,导致削弱影片的结构。

云母的表面化学颜料也可以发挥作用。它包含极地表面网站。水是无处不在的,小、极地和显著的氢键的能力。水可以很容易地进入聚合物薄膜云母颜料表面,形成一个附件。额外的水可以进入并通过氢键连接到第一个水。3不断积累创造了一个“楔子”的水,导致pigment-vehicle分离。可逆或永久美白、水泡和分层可能result.4

另一个要考虑的因素是漆膜的压力。5压力可以存在作为固化过程的残余应力和附加应力引起的肿胀最下面的一层被水吸收。

电影的剩余或内部压力是由于电影的热历史。冷却,当固化的涂膜之间的热膨胀系数差异薄膜和衬底,这部电影比基质收缩以不同的速度。云母颜料可以考虑作为衬底。自从云母片缺乏灵活地变形,应力在创建接口。在极端的情况下,这可能会导致微裂缝和碎片,创建一个入口点水分。当这部电影从水吸收膨胀,云母片的刚度又成为一个因素。未染色的电影,当涂层膨胀,没有压力是创建因为部队离开衬底和不受限制的(参见图1)。侧向力从相邻regions.6-9推相等但相反的力量

大型板状色素的存在导致额外的沿着血小板表面剪切力和扭曲的血小板在电影(见图2),云母片可能会导致额外的力量,因为他们的变化是水障碍。他们会阻碍水的访问区域下方血小板。这导致微分肿胀和不均匀的力量在电影。最终这可能导致失稳的最下面的一层(DOI损失)。

图3 -硅烷后处理方案云母颜料的反应

所有这些因素可以促进附着力损失,特别是湿度曝光后粘连。云母颜料的性能增强邮寄基于金属氢氧化化学治疗。使用最广泛的是氢氧化铬,1但也有金属氢氧化物治疗基于铝、锆、铈、或组合。大概10 - 12,氢氧根与粘结剂比氧化更强烈,因为增加的互动,提高结合位点的数量,或两者兼而有之。超越所提供的增强金属氢氧化物,是有用的关注粘附在云母pigment-binder接口。

硅烷偶联剂改善粘附在许多涂料系统,和已经发现有效的云母颜料。13 - 14日tri-alkoxyl最常见的耦合剂,烷基硅烷,烷基结束的各种官能团。烷氧基组最常见的乙氧基的或甲氧基。

(CH3CH2O) 3 si - nR (CH2)

(CH3O) 3 si - (CH2) nR '

alkyl-functional根的例子是两个或3个碳链以胺、异氰酸酯、环氧树脂、丙烯酸甲酯。甚至存在微量的水,水解的烷氧基组,并将离开,例如:

(HO) 3 si - nR (CH2)

个人单位反应任何可用的网站,包括表面氧化物和氢氧根,以及彼此。创建相互聚合单元,1到3 - o -或-O-H-O联系链接两个硅原子。另外,R组可以接受各种酸碱或水解反应,与一个SiO -创造联系,另一个硅烷分子的- R - R“的另一种偶联剂,氢氧化或金属表面网站。这些都是随机事件,人口的各种“可能性”根据具体条件(浓度、温度和pH值)。

对氢氧化铝和硅烷的情况下,反应方案如图3所示。

图4 - DE变化后湿度曝光

可用的一些有机功能生存和与成膜组件进行交互。此外,这种有机网络在血小板减少其对水的亲和力降低表面能。

各种组合的云母颜料、金属氢氧化物和硅烷进行测试。评估后处理的防潮性能是基于外观和性能(DOI保留和附着力)水性最下面的一层/实验确定油漆系统。

广泛的实验工作后,下面的归纳。

耦合剂直接涂抹金属氧化物表面不太成功。
金属氢氧化物存在的耦合剂引入更成功。
耦合剂的组合比单一的偶联剂。
太多的偶联剂导致pigment-pigment集聚。
固化的硅烷偶联剂是至关重要的。
一些耦合剂比其他人更有效。

图5—DOI在湿度变化风险

实验

当前汽车OEM涂料化学是具体的和有些独特的制造商,旨在满足严格的要求。在某些情况下对个人组装厂进行调整。简化后处理开发一个通用的最下面的一层/实验配方专为云母颜料使用。制定实践和所使用的原材料是代表整个北美。188金宝搏bet官网欧洲和亚洲的系统可以有所不同由于环境法规和原材料的可用性。在这些系统将不讨论的表现。

不同的表面处理比较以下样品。

样本- D:二氧化钛包覆云母:

B -氢氧化铬治疗

C -二氧化钛硅烷处理

D -替代硅烷处理

样品E - H: Fe2O3包覆云母:

E -没有表面处理

F -氢氧化铬治疗

G -硅烷处理

H -替代硅烷处理

云母颜料被纳入一种水性乳液最下面的一层在P / B的25/100多色调公式,然后在0.6 - -0.8密耳应用在底漆干膜厚度下75度F和50 - 80%相对湿度条件。面板被风干10分钟,然后预先准备10分钟180度f 2 k高固体实验应用于1.9 - -2.1密耳的干膜厚度。面板前闪过10分钟烘烤30分钟在285度f .面板至少72岁的前几个小时暴露在允许残留挥发物逃脱并完成治疗。

每个小组评估前20分钟后湿度暴露DOI(图像的清晰度)的变化和颜色。曝光后使用了克利夫兰凝结潮湿箱ASTM D 4585 240小时40度c . 15分钟曝光后,一个阴影附着力试验是根据方法B的ASTM D 3359完成。