追求“绿色”涂料gydF4y2Ba

追求“绿色”涂料gydF4y2Ba

没有严格的规定由当地和联邦当局正在推动可接受的涂料VOC水平降至更低的水平,在某些情况下,低至50 - 100 g / l。水性涂料技术的发展提供了市场上新的“绿色”,环保和节约涂料选项,其中许多都是基于丙烯酸乳液和聚氨酯分散体。根据2005年化学经济学手册,建筑和工业水系统维护涂料由大约40%的总在2004年全球涂料市场。gydF4y2Ba ^1gydF4y2Ba

最近,乳液聚合技术的进步使我们能够开发新的fluoropolymer-based水性涂料的材料。188金宝搏bet官网传统solventborne建筑涂料基于聚偏二氟乙烯(PVDF)均聚物和共聚物有良好记录的优越的外部耐用性和性能。gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba在本文中,我们讨论小说水性系统基于PVDF聚合物和共聚物,耐用性和性能与solventborne类似物。基于这项新技术平台的产品现在已经商业化的聚偏氟乙烯Aquatec®商标名。gydF4y2Ba

在论文的第一部分的形态学fluoropolymer-based水性材料,和选择结构提供了理由。188金宝搏bet官网此外,数据从南Florida-exposed测试板,这证明乳胶粒子形态对耐久性的影响是相同的加速试验内阁和户外暴露。论文的后部分处理这个产品的配方升级屋顶涂料。含氟聚合物系统的重要性能优势传统粘结剂系统进行了探讨,以及对未来发展的一些挑战。gydF4y2Ba

乳胶Morphology-Its影响风化作用的性能gydF4y2Ba

为了理解形态学的基本原理的新fluoropolymer-based水性材料,是有用的评论最后一部电影形态的溶剂型地坪PVDF涂料。188金宝搏bet官网在一个典型的PVDF solventborne色散公式、PVDF树脂分散在助溶剂以及颜料的正确选择,co-resins和助溶剂。通常,丙烯酸共聚物是选为co-resins自热力学与PVDF树脂混溶优惠,最后和混合给优秀的电影属性。PVDF:丙烯酸的重量比70:30似乎是一个“神奇”的比例提供正确的平衡优异的耐久性,以及物理性质如光泽和附着力。由于PVDF是半结晶聚合物,聚合物分散形式,需要烤高于PVDF涂层熔点(170°C)为了获得一个同质,强烈的电影。在烘烤在升高的温度下,PVDF微晶融化,形成一个同质与丙烯酸树脂合金。冷却后,大规模的PVDF晶体结构改革,与层间的地区组成的一个非晶态PVDF-acrylic阶段。gydF4y2Ba ^3gydF4y2Ba 原则上,不需要溶剂这一过程发生在高温,但在实践中,潜溶剂如异佛尔酮通常用于协助膜的形成过程,这样烤PVDF涂料通常也相对高挥发性有机化合物的仪器(500 - 700 g / L)。gydF4y2Ba

水性涂料,一种亲密的、连续的混合PVDF和丙烯酸聚合物在影片最后还应该提供耐用性和性能类似于solventborne类似物。图1显示了某些方面的两个聚合物可能使用低voc胶乳技术相结合。一个简单的方法是冷硬半晶质的混合PVDF乳胶粒子与柔和的丙烯酸胶乳(左边的图片,上面)。更复杂的方法是将两种类型的聚合物合成复合乳胶粒子。与硬核壳形态,结晶PVDF在核心和柔和的丙烯酸形成壳是一种选择(中间顶部图片)。在另一个方法中,乳胶粒子紧密混合PVDF和丙烯酸阶段,即一个互穿网络类型形态学(IPN),可以使用(最右边的图片,上面;在实践中这些材料通常还含有少量的残余188金宝搏bet官网PVDF结晶度也表示在图像)。gydF4y2Ba

没有热量的积极促进聚合物混合,乳胶膜形成的一般原则表明,感冒两胶乳混合会产生,在影片中,异构的硬PVDF粒子分散软(更好的成膜)丙烯酸矩阵。4从核壳形态,最后一部电影将有更多PVDF粒子均匀分散而寒冷的混合,但它仍然有一个连续的丙烯酸阶段。最近的电影形态的烤solventborne系统会将来自一个IPN-type结构,其中每个粒子已经包含一个亲密的PVDF和丙烯酸。gydF4y2Ba

自PVDF聚合物非常耐光化攻击,是预期混合胶乳粒子IPN内部结构,生成一个连续的网络PVDF聚合物成膜后,会比核壳乳胶粒子混合生成更好的室外耐候性只有一个丙烯酸连续相。为了测试这个期望,混合胶乳样本生成的粒子形态,从核壳完全互。合并漆电影形成从这些样本,和电影的耐候性测试在南佛罗里达和紫外荧光内阁与UV - b(313海里)的灯泡——后者条件选择特别,因为它们是已知的加速丙烯酸降解率,相对于在佛罗里达州。gydF4y2Ba

紫外线内阁结果,先前报道,gydF4y2Ba ^{4、5gydF4y2Ba} 期望证实一个IPN形态会有最好的耐候性。特别是,材料用核壳乳胶迅速失去188金宝搏bet官网了光泽,和扫描电子显微镜(SEM)图像表明,风化表面是一个松散的组合uncoalesced PVDF丙烯酸后留下的“核”矩阵被侵蚀掉。相比之下,IPN乳胶膜的表面保持不变和相对平滑,事实上保留小起皱(< 10 nm)从原始乳胶粒子填料,在数千小时的紫外线照射。gydF4y2Ba

这里我们报告一些结果佛罗里达暴露测试这些相同的电影,已经几乎达到了七年在户外暴露。图2显示了SEM暴露和未曝光区域的图像。顶部图像,显示未曝光的电影的一部分,显示,几乎相同的形态在所有三个案例(从粒子包装)。风化核壳乳胶膜的表面图像显示大量的侵蚀,在高放大(嵌入)同样的uncoalesced核心结构可以被视为在uv - b风化明显相同的电影。最右边显微照片,从乳胶氟聚合物和丙烯酸之间的渗透程度最高,显示了表面缓慢而均匀的侵蚀。gydF4y2Ba

有趣的是要注意,因为优越的耐候性的PVDF聚合物丙烯酸相比,涂层表面的这些PVDF-acrylic混合在PVDF变得丰富表面随着时间的推移,衰减全反射红外光谱法可以测量的。这发生在佛罗里达州和紫外线荧光内阁,接近100%表面PVDF后长时间的曝光。gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba

这些结果表明,uv - b加速风化能够繁殖的户外的基本物理退化发生在这些清晰的外套在佛罗里达州。gydF4y2Ba

图3显示了另一个验证这种方法的创建非常抗寒耐热的低voc涂料。一系列的白色油漆准备使用各种商业等级的金红石二氧化钛,由制造商推荐的抗寒耐热的外观油漆。六年的佛罗里达的保光性颜料卓越,和实际上是与行业标准的性能烤基于聚偏氟乙烯的溶剂系统500®PVDF。相比之下,油漆用核壳乳胶2年内失去了光泽。gydF4y2Ba

鉴于这个演示的出色业绩,我们现在已经完全扩大这项新技术平台,在聚偏氟乙烯Aquatec商标。第一个商业产品,指定rc - 10206,有一个最低成膜温度(MFFT)约30ºC。为了避免任何潜在的未来的健康或监管问题,该产品是完全免费的任何含氟或烷基酚乙氧基化物(APEO)表面活性剂。gydF4y2Ba

在售后市场的屋顶涂料中的应用gydF4y2Ba

在北美的今天,各种各样的材料是用于保护屋顶。188金宝搏bet官网重要屋面基板包括金属,如铝或铝锌合金镀层®,混凝土或复合瓷砖,改性沥青,和灵活的聚合物基质如三元乙丙橡胶(乙烯丙烯二烯单体),灵活的PVC,传真照片。这样的聚合物膜的使用是缓坡应用程序的增加,对住宅和商业建筑。gydF4y2Ba

“降温屋顶”概念可以被理解为在屋顶表面能量平衡。gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba一部分太阳辐射总量的侵犯建筑表面反射回大气中;其余的被吸收。吸收能量,紫外线和可见光,但也从红外线,它包含大约一半的总能量在太阳光谱,表面升温高于环境温度。被吸收的能量的一部分是通过热传导损失,主要进入大楼,剩下的放射,通过黑体辐射回大气层。无量纲数描述反射和热发射率材料属性被称为总太阳能反射率(TSR)和发射率(E)。gydF4y2Ba

如图所示,研究在劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL),gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba最有效的方法来减少热量积聚在建筑物的屋顶表面有大量值太阳能反射率和热发射率。许多常用的屋顶屋面材料不适合酷的应用程序。188金宝搏bet官网深色的聚合物屋面基质通常TSR和温和的发射率较低;裸金属太阳能反射率很高,但低发射率。这种材料的表面温度上升40到50ºC以上环境在一个阳光明媚的夏日在188金宝搏bet官网中纬度地区。在城市地区的累积效应是导致室外平均温度上升,所谓“热岛效应”。gydF4y2Ba

在职的转换一种简单而经济的方法和新屋顶降温屋顶是应用high-TSR涂层表面。往往这些都是白色或米色的颜色,虽然冷屋顶金属氧化物颜料(在红外反射率较低)也在商用和彩色空间开辟了更广阔的地区TSR值相当高。在劳伦斯的研究中,典型的温度升高值白色油漆类似的夏季条件下只有大约10ºC环境之上。白色涂料,颜料和粘合剂的合适的选择是必要的。gydF4y2Ba

各种联邦和地方当局引入法规或激励促进屋顶凉爽的概念(参见表1)。这些规定非常严格。例如加州的标题24规定商业缓坡的初始总太阳能反射屋顶应大于或等于0.7,并且应该保持3年后几乎80%的价值。同时发射率要求高0.75。售后(site-applied)屋顶涂料在加州,涂层还必须满足严格的地方VOC的要求。gydF4y2Ba

当然,屋顶涂料必须符合其他性能要求除了会议凉爽屋顶标准。需要涂层保护底层从紫外线层,水分退化和其他元素的天气。它应该很容易合同和扩大屋顶衬底热,寒冷的季节。它应该有优秀的泥土皮卡和防沾污性。生物经济增长不应该支持和在美国的一些地方,一定程度的耐火性也可能是必要的。gydF4y2Ba

一个常用的售后屋顶涂料低voc方法是基于低TgydF4y2Ba_ggydF4y2Baelasto-meric丙烯酸共聚物乳液聚合物。这些丙烯酸涂料的物理性能要求详细的ASTM D 6083。这个标准从而可以用作基准对其他系统的性能。gydF4y2Ba

据报道,这些弹性丙烯酸涂料往往被可怜的积尘随着时间的推移,导致总太阳能反射率下降。gydF4y2Ba^9gydF4y2Ba对于一些白色acrylic-based涂料领域,一个初始TSR的超过70%,下降TSR降到尽可能低20 - 30%已报告在2 - 3年。gydF4y2Ba^10gydF4y2Ba可怜的TSR保留的原因是多种的,包括一辆小的灰尘由于低TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba,编制组件或光致氧化产品作为营养来源深色真菌和藻类,和微生物孢子的能力立足在涂层表面由于风化后涂层表面变得粗糙。风化变色屋顶通常可以恢复和重新涂,但这个选项是成本密集型,需要定期清洁和洗涤。gydF4y2Ba

新聚偏氟乙烯Aquatec PVDF-based水性技术可以提供一个解决这些问题所面临的传统丙烯酸。这种技术的优越的耐用性是证明不仅在优异的保光性,TiO如图3所示gydF4y2Ba _2gydF4y2Ba 系列中,而且在颜色保留,抵抗微生物攻击,TSR保留。在图4中,TiO TSR的值相同gydF4y2Ba _2gydF4y2Ba 系列,前后六年南佛罗里达曝光。测试板(铬酸铝)有一个非常高的初始TSR 0.80左右的,更重要的是保持超过95%的这个值在6年之后——面板是否已经洗了。gydF4y2Ba

这些增强了涂料的TSR保留其他机制。颜料通常比弹性丙烯酸树脂有更好的泥土小电阻。也,因为PVDF氟聚合物不支持生物生长,由于长期接触后涂层表面依然流畅,与PVDF内容浓缩在随着时间的推移,表面涂料保留TSR通过上级霉菌和真菌耐药性——即使在长时间曝光时候有机防霉剂将不再是预计将出现在涂层。gydF4y2Ba

乳胶PVDF共聚物系统还可以提供一个很好的屏障水分和许多有机溶剂和增塑剂。后者的一个例子财产是块迁移的能力在改性沥青基质沥青生色团的应用。水蒸气屏障属性而言,渗透实验表明,50微米(2毫升)rc - 10206漆膜足以给25烫发的防潮层,容易低于ASTM D 6083磁导的要求(< 50烫发)——要求弹性丙烯酸树脂通常是使用厚很多电影了。gydF4y2Ba

这种新技术可以很容易地适应现有屋面系统。因为优秀的属性保留,我们设想,涂上一层薄薄的1 - 2毫升(25 - 50微米)足以满足或超过性能标准ASTM D 6083,取代传统涂料厚很多,同时容易满足长期“降温屋顶”需求。这一薄层可以作为表面涂层厚底漆层弹性丙烯酸,或可以作为一个独立的层上的弹性膜三元乙丙、改性沥青等。gydF4y2Ba

对三元乙丙橡胶膜涂料gydF4y2Ba

面对新的标题24要求,尤其迫切需要有低voc涂料产权这个新的乳胶平衡技术,可factory-applied三元乙丙橡胶膜。三元乙丙橡胶的使用已经迅速增长,随着沥青,它包含大约70%的今天使用的屋面衬底。自三元乙丙橡胶膜高度灵活,涂层也应该非常灵活,能够响应随着膜在安装过程中操作,随着膜合同和扩大在季节性温度变化。在努力适应新的聚偏氟乙烯Aquatec水性技术对于这类应用程序,我们遇到一些意想不到的挑战。特定rc - 10206涂料配方,轻松地通过了一项T-0延性试验应用于铬酸铝时,显示可怜的灵活性应用三元乙丙橡胶等高度柔性衬底上——即。,系统的灵活性是不如它的每个组件的灵活性。gydF4y2Ba

为了理解这个问题,我们有一些固体力学的计算进行探讨应力-应变分布在rc - 10206夹大衣在三元乙丙橡胶或铝,而系统是在纯弯曲模式。图5显示的图表计算的基本特征。涂层的应变和应力计算与中性轴,即。,飞机的应变为零。gydF4y2Ba^11gydF4y2Ba在图6中两个不同系统的应力应变分布进行了比较。随着系统的弯曲,地区高于中性轴,包括涂层,正在紧张。整个截面应变线性增加,相对于中性轴。分析表明,同样的曲率半径,最后紧张的涂层是相似的两个系统。事实上,涂层铝的应变是略高于在三元乙丙橡胶涂层,然而,失败只在弯曲在后一种情况下。gydF4y2Ba

除了这种相似性,两个系统的主要区别是明显的计算(参见图6)。铝、韧性,收益率完全显示的曲率半径,与三元乙丙橡胶。同样的曲率半径,压力差在涂层和基体之间的界面是相当高,比铝三元乙丙橡胶,大约12与8 MPa。涂层和基体是弯曲,两层留在注册界面应力微分必须匹配一个大小相等,方向相反界面附着力。然而水性rc - 10206涂料的附着力的三元乙丙橡胶不如铬酸铝(作为比较,定性交叉影线带附着力试验提供大约50%附着在干燥环境条件下三元乙丙橡胶,100%铝)。我们相信,界面应力差,加上不同的界面粘合强度,负责系统的灵活性在三元乙丙橡胶(开裂)问题。gydF4y2Ba

力学分析表明,两种不同的路线可以提高耐开裂的柔性基板上的面漆。改善附着力,或减少压力微分在接口,应该大大减少开裂倾向。改善界面附着力,使用合适的tie-layer,并给系统一个力烤约60 - 80°C,已被证明是有效的解决方案。gydF4y2Ba

我们最近也证明它有能力减少开裂倾向通过减少压力差的路由接口。压力差是因为rc - 10206轻便外套有一个更高的模量比三元乙丙橡胶在室温下。然而,由于MFFT rc - 10206的材料只是略高于周围,和MFFT发病往往是非常接近TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba(针对单一复合胶乳),我们认为,添加少量的增塑剂、或非常缓慢接合的如Texanol®(可以作为一种有效的塑化剂两周后环境干燥),可能将有效的TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba足以导致显著降低室温轻便外套的模量。gydF4y2Ba

图7对比拉伸性能结果免费电影的rc - 10206白漆在20 PVC,制定了只有10 wt %二丙二醇甲醚(DPM)聚合物固体联合,与配方,额外Texanol (5 wt %)补充道。可以看出添加Texanol减少了近一半的干膜,模量相比没有Texanol控制。弯曲测试这些涂料的三元乙丙橡胶底物显示大幅改善涂料与Texanol DPM-only相比控制。减少压力不匹配与三元乙丙橡胶基质显著提高抗裂性能。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

论述了小说PVDF-based水性技术,提供了一个低voc,耐用,环保涂料替代传统的粘结剂系统。聚偏氟乙烯的Aquatec技术基于乳胶粒子紧密混合PVDF共聚物和丙烯酸,互穿网络类型形态。南佛罗里达风化作用的结果,现在在5 - 7年,确认乳胶形态的重要性最终膜性能和耐久性。这项新技术可以用于售后屋顶涂料提供持久、不褪色的低voc涂料为缓坡商业屋顶。优越的抗灰尘传感器和生物增长,相对于弹性丙烯酸涂料、新技术是理想的降温屋顶应用颜色保留维持太阳能反射率的关键。stain-blocking属性的聚偏氟乙烯Aquatec材料改性沥青时也导致颜色保留用作屋面衬底。188金宝搏bet官网gydF4y2Ba

在三元乙丙橡胶等柔性基板力学分析表明,获得了良好的结果通过实现优秀的衬底附着力烘焙或使用领带外套,或通过使用少量的增塑剂或缓慢接合的像Texanol减少层间的应力不匹配。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

我们要感谢韦恩Skilton,辛西娅·赫斯和塞德Robien技术聚合物涂料集团的技术支持。这项工作不可能没有乳胶合成专业博士的Lotfi Hedhli博士白木Amin-Sanayei含氟聚合物的合成。最后但并非最不重要的是我们的特别感谢业务开发经理凯文•汉拉罕和杰瑞Petersheim带来新的机会和应用程序。gydF4y2Ba

本文提出了水性研讨会,智能涂层设计的进步,2007年2月,新奥尔良,洛杉矶。gydF4y2Ba