领域的最新发展氟硅橡胶混合涂料和添加剂已经成功地弥合差距提供独特的性能和满足环保要求。清洗Fluorosilane anti-fingerprint涂料、hydrosilylation-cure四氟乙烯涂料、硅改性fluoroacrylate纺织治疗和氟硅橡胶uv固化树脂涂料是这些新的可持续技术的一些示例。氟硅有机化学相结合的协同效应导致保护膜,提供优良的耐化学性,耐气候性、耐磨性和热稳定性。淘汰消耗臭氧层的化学物质,降低能耗,将水性系统和解决PFOA /卵圆孔未闭的监管约束可能与氟硅橡胶混合化学。
可持续性意味着良好的商业
化学给社会带来巨大的价值。令人兴奋的新材料和技术、舒188金宝搏bet官网适、方便和经济机会化学都是创新的结果。化学物质对现代生活来说是必不可少的。但是我们如何平衡需要技术创新和经济增长需要保护人类健康和子孙后代的责任提供吗?担心影响我们的生活方式对环境和不可再生资源日益增长。这个问题不仅来自政府机构,也从工业用户和消费者。增加敏感材料对人的影响和自然引起了积极的响应从工业,以确保可持续创新的性质188金宝搏bet官网。
接下来的挑战就在于创新,造福社会的平衡和责任来保护我们的环境。虽然这可能看起来像一个令人生畏的障碍,事实上,它是一个非常现实的目标。确保我们公司有一种经济上可行的维护这种平衡的未来是一个自然的结果。这是在最近的一次国际研究研究证实为道康宁公司的独立市场研究公司哈里斯互动,在全球可持续发展中公司的态度。的一个重要发现是,环境和可持续发展因素有很强的地域影响供应商的选择。(1)此响应凸显了需要提供这种平衡。结果是可持续的商业和更好的环境。
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节能
中最明显的,可衡量的,利益的平衡商业和环境是减少能源使用的方法。大多数涂料技术需要能量来治愈。热疗法是一种常见的治疗方法,聚氨酯,丙烯酸、氟、硅树脂。想办法降低固化温度和时间治愈将节约能源。在卷材涂料操作,例如,热量需要治愈这些涂料;然而,线圈本身升温,吸收更多的能量,并且付出了更多经营涂层线。
新氟硅橡胶最近开发的技术需要治疗较低温度和较短的治疗周期。技术使用hydrosilylation-cure四氟乙烯共聚物(TFEC)描述的反应机理如图1所示。
这氢化硅烷化治疗是一种常见的硅胶添加治疗的好处没有治愈副产品,这意味着基本上没有治愈涂层膜的收缩。这种治疗方法需要较少的能量比传统的三聚氰胺或聚氨酯系统,它不需要必要的工程系统来捕捉、擦洗、浓缩或焚化副产品。与Si-H功能交联剂用于TFEC氢化硅烷化系统,治疗机制结合打破吊坠乙烯基群中的碳碳双键的聚合物骨干Si-H化合物的交联。
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养护可以发生在温度低至150ºC。在这个温度涂料需要大约100秒治疗(治疗被定义为需要多长时间能够承受100双摩擦MEK)。治愈率,时间和温度的函数,需要平衡与其他过程线。对于大容量的流程,这个发展中氟硅酮涂层可以完全治愈10秒230ºC。固化时间的关系如图2所示。典型的三聚氰胺和异氰酸酯固化涂层系统,供参考点的相对比较。
了解影响整体热量需求,一个简单的例子将强调降低固化温度和固化时间的影响的hydrosilylation-cure TFEC涂料技术和聚偏二氟乙烯(PVDF)。2006年约670万吨的钢铁在卷材涂料涂布在全球流程。(2)治疗新TFEC涂料90ºC的温度低于PVDF(150ºC相比240ºC)。使用标准的热容的钢铁0.45 J / g /ºK(3)和假设总数的8%卷材涂料用PVDF涂层(2)2006年,合成节能是每年7.9 x 1015焦耳。使用天然气的价格8.20美元/千立方英尺以下(4)收益的净储蓄每年近150美元。
美国美国能源部(DOE)住宅,2005年调查发现,每个房子的平均年度能源消耗1 x 1011焦耳。(5)因此潜在的节能与新TFEC涂层就足以供应每年在美国大约80000个住宅。当节约能源可以被描述的方式有一个混凝土基础的影响甚至是明确最漫不经心的观察者。
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从这个减少能源使用对环境的影响是减少975000吨的二氧化碳排放到大气中。据报道,1 MCF天然气需要0.18树来抵消产生的二氧化碳的分解1 MCF。(6)这个新TFEC涂层技术,使用上面的假设,将储蓄730万MCF天然气。来抵消产生的二氧化碳从这个数量的天然气需要130万棵树将二氧化碳转换为氧气。
一个更有效的治疗方法是使用特定波长的紫外线能量从灯泡,代替化石燃料的热能。这些新型紫外光固化系统需要更少的热量,也治愈快很多。改善能源使用和生产力都实现了UV固化涂料。新的uv固化fluorosilicone-hybrid硬盖技术使成本节约的好处从较低的能源需求以及改进的疏水、疏油的清洗,且属性如表1所示。
这个新的uv固化混合动力技术可以减少能源需求相同的线圈涂布量的1.76 x 1016焦耳/年,或者1620万年MCF的天然气。假设,如果所有的PVDF涂层用于线圈应用程序被替换为新的uv固化涂料技术减少天然气燃烧可能产生减少220万吨的二氧化碳。这储蓄会导致树木减少290万需要如此大量的二氧化碳转化为氧气。使用UV固化涂料的节能技术将热量每年在美国大约180000所房屋。
改善空气质量
地球的臭氧层保护所有生命免受太阳的有害辐射,但人类活动破坏了这个保护层。防止紫外线可能会更少,久而久之,导致更高的皮肤癌和白内障率以及作物的损害。为了增加臭氧损耗的前景,世界政府创造了1987年联合国蒙特利尔议定书作为全球手段解决这一全球性问题。由于广泛遵守这个协议和行业的发展包含替代品,消耗臭氧气体的全球总积累已经放缓,并且已经开始减少。(7)减少了进一步的臭氧损耗的风险。现在,随着持续合规,恢复臭氧层预计年底在21世纪。目前有191个国家逐步淘汰消耗臭氧层物质的生产,以保护臭氧层。
50多年来,氯氟烃物质被认为是奇迹。他们是稳定的,不燃烧的、低毒性和廉价生产。随着时间的推移,氯氟烃发现使用制冷剂、溶剂、泡沫吹代理和其他较小的应用程序。氯氟烃已经被监管全球特别是对消耗大气臭氧减少负面影响。
然而,并非所有的化学物质含有氟被认为是消耗臭氧层物质。含氟化合物,不含氯的定义被排除在材料已经发现增加臭氧损耗。188金宝搏bet官网具体来说,新家庭的氟硅橡胶混合动力技术已经开发,以改善对环境的影响选择的溶剂使用。
这些涂层的最新创新之一是水性渗透染色的,完全消除溶剂通过使用水作为稀释剂。这种水性fluorosilane材料给多孔建筑材料的拒水和油。188金宝搏bet官网应用作为后处理提供了疏水性和疏油的特征等基质铺路石、灰浆、灌浆和天然石材。这些新的fluorosilane anti-stain治疗可以取代现有溶剂型的渗透液给所需的表面功能性能,同时消除挥发性有机化合物的仪器,用于传统治疗药物。性能和耐久性优化,确保应用程序需求得到满足。治疗基质保留原来的外观与减少污垢皮卡,随后更容易清洗。
在其他最近开发的氟硅橡胶混合涂层系统仍在使用溶剂一直小心故意选择溶剂低挥发性有机化合物的仪器,不含有害空气污染物(也许不久)。例如,hydrosilylation-cure TFEC涂层技术使用醋酸正丁酯(n-BuOAc)作为溶剂的高固体含量55 - 60%。研究还表明,用叔丁基醋酸(t-BuOAc)可以用于这个系统,进一步提高涂料的环境足迹。2004年t-BuOAc被指定为VOC-exempt由美国环境保护署(美国EPA)。(8)这修订修改VOC的定义说t-BuOAc不会VOC的挥发性有机化合物排放的目的限制或挥发性有机化合物含量的要求。
也有意努力选择最环保的溶剂,溶剂的浓度最低的uv固化混合硬盖技术。实现丙二醇单甲醚(PGME)作为载体流体系统,近40%的固体浓度,达到的目标创建一个高性能的涂料和环保意识的方式。高固体含量配方,不含挥发性有机化合物的仪器,可以使用uv固化技术来完成。
空气质量有两个主要的好处。第一个是通过开发高固体涂料配方,在单位涂料的挥发性有机化合物的仪器发出的绝对值减少了。认为超过2500吨涂料预计销售2011年美国防护涂料市场。(2)增加的潜在影响固体含量从30%左右的典型的溶剂型热治疗系统的高固体UV固化涂料在55%固体结果理论每年减少近600吨的溶剂。
第二个优势与uv固化材料减少空气质量能量需要治愈涂料,和相应的减少排放的生成所需要的能量治疗涂层。188金宝搏bet官网最近完成的一项研究由美国能源部已从转换量化节能热固化涂料uv固化涂层铝罐。9最终,这个报告的结论是,全行业的潜在年度节能2.3 x1012焦耳到2010年是可能的如果UV固化涂料完全取代铝罐的热固化涂料。
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Fluorine-Based聚合物规定
近年来政府机构已经认识到问题所做的研究有关perfluoroocanoic酸(PFOA)在生物体内积累的人类。全氟辛酸及其盐类(PFOA)是一个意想不到的工业副产品生产的氟聚合物“C8”。C8调聚物是一种包含全氟烃基化合物组C8F17。对全氟辛酸及其盐类(PFOA)化学式C8F15O2H。在实践中PFOA和C8(所谓的碳链长度)往往交替使用,包括的主要盐酸(如铵盐,碱金属盐)。
许多水和石油驱虫剂含有C8调聚物化合物用于纺织品和地毯的长期保护。全氟辛酸及其盐类(PFOA)是非常稳定的环境中,所以它不容易降解。一旦它进入人体体内消除很慢所以PFOA可能仍然相对较长时间的。人类的半衰期约为4.5年。尽管目前的研究没有证明PFOA的水平发现环境中造成不利人类健康的影响,研究表明,PFOA在实验室动物造成不利影响,得到高剂量在很长一段时间。(10)
2000年,美国环保署成为关心人类血液中发现数据表明PFOA。从那时起,美国环境保护署和氟化物产业合作研究,关于PFOA和收集和共享信息。2005年1月,美国环保署发布风险评估草案PFOA基于可用的研究和数据。(11)这个时候美国环保署宣布成立“2010/15 PFOA管理项目”,问氟化物制造商参与这个项目。参与这个项目的氟化物制造商致力于以下目标。
- 减少产品内容和设备版本的PFOA, PFOA和更高的同系物全氟物质的前体(例如,制备过程,C10, C12) 95%到2010年(从2000年基线)。
- 努力消除这种化学物质环境释放和产品到2015年。
- 发布年度报告这些目标方面的进展。
应对PFOA的担忧导致了一个新的发展氟硅橡胶水性复合乳液的家庭纺织根据C6化学处理药品。美国环保署C6含氟化合物的数据显示特征比PFOA“不同的和更少的有毒”。这是相同的声明,也用于比较C4含C8含。(10)环保局还得出结论认为C6和C4在毒性化合物类似基于当前的毒性研究。
道康宁之间的联合开发项目的结果和大金行业是一个新的氟硅橡胶混合PFOA-free化学治疗。
氟硅有机化学问题与现有的最初提出了一个重要的技术挑战。通常使用与dimethylsilicone共聚物侧链导致减少石油排斥性。硅树脂是天性亲油的,所以一个简单的混合与含氟硅树脂阻碍石油氟化物组件的排斥性。Organofunctional硅烷是常用的添加柔软纺织品。然而,当这些化合物作为混合添加氟化物治疗,石油排斥性是负面影响。此外,乳液的稳定性可以是一个问题。
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这导致了概念,并最终成功的发展,混合接枝共聚物。这个新的共聚物的硅胶骨架使纺织品的柔软而氟组件给予石油抵抗性和耐久性。最终这本小说化学协同作用的解决方案是实现混合动力系统。表2展示了这个新的C6-based纺织的产品性能处理相比,当前的C8和C4氟碳处理的化学物质。
保持表面清洁
身体油含有油脂、盐、肽、水,甚至细菌,和这些组件经常无意中触及转移到表面。现在越来越多的电子设备提供触摸屏显示增强用户设备上的接口,指纹可以存款不必要的污染。因为流行的触摸屏使用更多的在公共场所的含义的潜在转移指纹,指纹的化合物,也越来越多。申请公共使用触摸屏包括自动取款机,在机场登机亭,方向显示在购物中心和公共交通。在每一个应用程序中不受欢迎的污染物可能会不知不觉地沉积在表面的这些显示,等待下一个用户可以很容易地与这些不必要的污染物种。这些表面需要清洁卫生的原因是显而易见的,但清洗他们的实用性非常耗时和昂贵的。
在工业环境中共享安全眼镜的使用带来另一个挑战。美国职业安全与健康协会(OSHA)规定,去污的共享个人防护装备(PPE)之间使用是强制性的消毒表面。(12)去污方法必须(1)身体移除污染物;(2)通过化学解毒或消毒/灭菌灭活污染物;或(3)去除污染物,两者的结合物理和化学手段。这个过程是一个行业没有附加值成本,改善表面化学可能用户的健康有积极的影响。
而不是试图找到合适的去污方法,一个新的氟硅橡胶表面涂层已经被开发出来,它实际上排斥指纹和相关的污染物可能包含在皮肤油脂。这项专利疏油的和疏水alkoxysilane功能perfluoro-polyether (PFPE)化合物可能有助于保持这些表面清洁。这种材料是特别有用在显示屏和卫生洁具以减少指纹和任何自然的皮肤油脂的积累。比较影响表面清洁是如图3所示。
这种新的混合聚合物展品oleophobicity氟和硅胶的疏水性和耐用性。改善耐久性对当前化学治疗是通过使用单功能的线性PFPE聚合物末端烷氧基硅烷改性。烷氧基硅烷反应结束将表面共价债券通过水解和缩合反应羟基-或silanol-containing化合物。这个共价键在触摸屏应用程序所需的耐久性和眼镜。耐磨损的摩擦使表面清洁更长一段时间,这是一个重大的改进的新技术。当表面需要清洁所需要除去表面的污垢和油脂清洗表面就是擦掉它。来自于非常低表面能的烷氧基硅烷功能PFPE聚合物。这意味着需要清洗化学品去除油、水和污垢是最小化,美学是改善。
太阳能电池板也可以受益于拥有顶级玻璃板的表面化学处理。通过使用氟硅橡胶涂层的表面能降低玻璃、水和污垢不债券一样容易,这意味着更多的太阳能量转化为电能。更多的物理障碍有太阳和光伏电池之间,运营效率越低。在太阳能电池板的世界现在的驱动是最大化太阳能电池板的性能优化能量输出。增加能源生产太阳能电池板的总体成本降低能量,所以每一个增量改进成为一个重要因素。太阳能电池板将持续30年在大多数应用程序中,一个小的性能增益放大,因为预期的使用寿命。
太阳能成本的总体趋势,以价格衡量每瓦特高峰,持续下降的太阳能模块零售价格指数最近在4.61美元/瓦特在美国和欧洲€4.48 /瓦特。(13)技术可以继续积极影响这一趋势可能会适应光伏产业。
结论
创新的氟硅橡胶技术提供了许多改进的环境。涂料化学的积极影响,从这个新的范围包括减少挥发性有机化合物的仪器,也许不久,消除PFOA-containing C8的化学物质,和节约能源与减少涂料固化所需的能量。更少的能量固化意味着减少化石燃料产生能量和合成所需减少二氧化碳生产。
氟硅有机化学相结合的混合方法实际上会导致材料表现出最好的每种技术的特点。188金宝搏bet官网硅树脂,天然聚合物灵活性和耐紫外线,氟,耐用和疏油的表面,在许多不同的聚合物和合成树脂在涂料应用中。
保持表面清洁,使它们容易清洁不单单是审美的目的。这些清洁表面也会减少人与人之间的污染。创新氟硅橡胶材料是可持续的基础业务和提供具体的解决方188金宝搏bet官网案,积极影响涂料的环境足迹。
确认
迈克•黑尔斯先生公司Eco-Innovation经理,道康宁公司;小松先生Hayashi、开发化学家,道康宁东丽有限公司;彼得Hupfield博士,技术领先,道康宁有限公司;Yasou伊博士,首席研究员,大金工业有限公司;Kitaura二先生,发展化学家,道康宁东丽有限公司;唐Kleyer博士、高级开发化学家,道康宁公司;Tetsuya Masutani博士,业务发展经理,大金工业有限公司;Yasuhiro Nakai博士研究化学家,大金工业有限公司;比尔·舒尔茨博士应用工程经理,道康宁公司;珍妮特·史密斯女士,开发技术专家,道康宁公司; Mr. Yoshinori Taniguchi, Process Engineer, Dow Corning Toray Ltd.
欲了解更多信息,请访问www.dowcorning.com/ContactUs或电子邮件steve.block@dowcorning.com。
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