要回答这个问题,是很有意义的研究试图在涂料应用程序中使用纳米粒子的进化。在某些情况下,由纳米技术公司产品被送往市场,虽然可能专家在纳米材料的合成和操纵,没有技术、涂料行业市场或销售经验。188BET竞彩188金宝搏bet官网在其他情况下,大型、知名化学添加剂公司在涂料与现有一个强大的存在,但知之甚少的试图发明或购买纳米技术和纳米材料通过现有渠道市场迅速部署它。188金宝搏bet官网这些方法都没有特别成功的商业;许多小的纳米技术公司干脆消失了,至少有一个大型特种化工公司完全退出nanoadditives业务。
作者发现了他们所认为的主要壁垒的成功技术和商业使用纳米技术在涂料行业,并组建了一个模型,该模型已被证明是成功的在指导商业涂料产品的开发利用纳米技术解决方案来解决长期以来,未满足的挑战。188BET竞彩虽然是通用的模型,目前的例子将选定区域的划痕保护透明所用的涂料系统,显示性能改进可能nanometric铝氧化物添加剂和一个框架考虑性能、成本和同时透明度。
讨论
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一个说明性的三步模型成功
由于非常高的表面积,nanoparticulate金属氧化物分散体系的稳定(如氧化铝)可能是一个挑战,常常需要专门的化学和过程的技术。如果没有(或不能)纳米颗粒分散他们的主要粒度,透明涂料将无法实现除了事件的折射率涂层完全匹配的粒子。nanometal氧化物由于这个原因,大多数用户,即使是那些经验丰富的颜料分散体,将无法达到预期效果,当试图使用纳米材料粉末形式。188金宝搏bet官网不完整或反常色散将导致高粘度、快速重力沉降和大粒子聚结。
除了基本粒子稳定分散,也必要的色散是兼容涂料配方的打算被纳入。因为各种各样的涂层成分(树脂、添加剂、色素等)和变量的数量通常呈现(树脂化学、偿付能力、pH值、固体载荷等),纳米添加剂的有效使用并不是一个“一刀切”的情况,和公司试图市场与纳米颗粒分散但有限的制定工具可能会失败。例子中被认为是在这里,未能实现兼容与目标所用的配方将导致不透明度(烟雾)和可怜的保护。它主要是这个原因,纳米材料添加剂的公司只是“把样品墙”没有办法保证兼容客户配方,在大多数情况下,让顾客失望。
最后,考虑到基本粒子是可用的和稳定的分散兼容目标可以实现涂料配方,它是必要的(再)经验确定纳米颗粒的影响类型,大小,加载水平和表面处理的涂层性能,以确定最优解决方案,平衡性能、成本和系统的透明度。这种优化的解决方案可能会不同配方配方,因此纳米材料的知识属性以及最终用途的应用程序如果要实现成功是至关重要的。
氧化铝纳米颗粒
众所周知,micron-size氧化铝(勇气)的整合应用,如pre-finished强化地板大大提高了划痕和耐磨性。氧化铝粒子的极端硬度转化为有效的耐磨性等纳入涂料;然而,使用仅限于基质产生的高烟雾粒子加载可以容忍,或系统的折射率树脂粘结剂是足够高,以面具氧化铝的存在(例如,三聚氰胺甲醛)。为了允许使用的氧化铝粒子在清楚面漆,同时保持高水平的透明度和光泽度,有必要粒度降低到纳米尺寸范围。
sub-micron-sized粒子的光散射行为分散到液体培养基,如涂料矩阵是由米氏理论,描述和总结了的关系方程1,指的是散射光的强度,N =数量的粒子,d =粒度,∆η=折射率的差异和流体介质之间的粒子。
= (N) (d6)(∆η)2 (1)
自氧化铝折射率(1.72)明显高于所用的涂料树脂,粒子数或粒度必须最小化,以减少光散射(被认为是烟雾眼睛)。的两个参数,颗粒大小影响光散射的程度越强,产生的烟雾;作者发现在所用的涂料、氧化铝平均粒径< 50 nm需要为了留住高水平的透明度。
一个纳米氧化铝粒子的过程可以准备是通过物理气合成(pv)使用等离子弧。透射电子显微镜(TEM)氧化铝准备的这个过程如图1所示。氧化铝的水晶阶段由这个过程是γ/δ,和初级粒子出现球形形态。等离子体过程的一个独特的方面是,每个晶氧化铝球形式作为一个离散的实体没有任何持久的粒子与粒子之间的上层建筑,如果存在,可以防止对初级粒子分散。
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物理气过程产生一个对数正态分布的分布离散氧化铝初级粒子,所描绘的粒度分布如图2所示,这是获得使用CPS圆盘离心机粒子筛选器。该图显示了氧化铝粒子的相对大小分布由两种不同的等离子体过程。等离子体条件允许的变化控制的平均粒径以及粒径分布。
粒子分散和配方兼容性
而第一步生产的氧化铝产品适用于透明所用的涂料的合成离散纳米粒子表现出没有明显的二级结构,第二步是那些从粉末粒子的分散状态,由静电力量弱相关,格式适用于涂层的应用程序。创造稳定分散的纳米材料可能是一个很大的挑战由于强烈倾向于这种规模的初级188金宝搏bet官网粒子关联和絮凝液体由于很高的表面积。已经发现稳定的纳米粒子分散准备通过等离子体蒸汽过程可以通过表面处理的初级粒子稳定方案专门为粒子/液体界面。为了准备集中用于100%氧化铝分散固体光固化涂料配方、表面处理的目的是使稳定分散在低粘度直接生成丙烯酸酯单体如tripropyleneglycol丙烯酸(TPGDA)和1,制成6-hexanediol丙烯酸(HDDA)制成。如此稳定包集中,但液体分散体包含30 wt %氧化铝可以做好准备。
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表面处理方案用于分散和稳定的氧化铝粒子对絮凝和沉降集中分散还必须能够提供兼容性让此集中时涂料配方。作为一个例子,图3所示的瓶代表两个极端的兼容性。
从相同的所用的涂料配方,瓶的左侧包含1 wt % nano-alumina产品,这是准备与表面处理,允许完全兼容和稳定的系统,而B瓶右边包含相同浓度的nano-alumina但是准备了一个无效的表面处理系统,展品不相容和已经开始絮凝的涂料配方。纳米粒子的生成兼容系统的关键和涂料是一种亲密的理解不仅纳米材料的表面化学本身,而且涂料应用的纳米材料是被整合。
结果
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清晰性和抗划伤
氧化铝纳米颗粒的性能改善抗划伤,但最小影响清晰度评价商业所用的涂料配方。氧化铝与平均粒径20和40 nm准备通过物理气合成工艺表面处理和分散在30 wt % TPGDA单体。这些集中氧化铝分散被融入商业涂料配方在加载水平从0.5到2.5 wt %氧化铝固体树脂。结果配方应用于玻璃基板在10µm膜厚度,由紫外线照射治愈,霾测量来确定氧化铝粒子的影响清晰的涂料。结果图中描绘的阴霾与氧化铝负载如图4所示。
在加载水平2.5 wt %的40纳米氧化铝粒子,烟雾仍不到1%的涂层。正如预期的那样,20纳米氧化铝粒子对这部电影影响更清晰和明显降低烟雾对40纳米系统相比。虽然阴霾的值小于1%可以测量在这些nano-alumina包含电影应用于透明衬底时,在实际实践中阴霾的不到1%没有可察觉的眼睛在涂料应用于不透明基板。正是这种高清晰度水平,实现只有说法氧化铝粒子在纳米范围内,允许他们所用的涂料应用程序中使用透明的。
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评估的影响纳米氧化铝颗粒的物理性质所用的涂料、商业涂料配方含有40纳米氧化铝粒子为0.5,1.0和2.0 wt %在树脂(使用集中分散的粒子HDDA单体)。系统被应用于4毫升玻璃衬底,厚度和固化后的铅笔硬度测量。在该测试中,加权包含石墨笔铅笔芯是拖过的表面涂层和表面检查。
发展从软到硬“铅”笔抓之前观察可能显示改善的相对硬度的电影。系统正在讨论的结果如表1所示。氧化铝粒子的结合增加了涂层的硬度HB水平空缺(0 wt %氧化铝)涂层3 h(4“铅”成绩困难)为2.0 wt %氧化铝负载。而薄膜硬度的增加并不总是积极联系增加耐磨性,这是一个好迹象,氧化铝纳米粒子改善涂层的防刮性能,即使在相对较低的浓度,而不会降低涂层的外观通过减少光泽或贡献阴霾。
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的防刮属性所用的涂料含有纳米氧化铝也用钢丝绒划痕试验测量。在这个测试中,一个钢丝绒垫装了一个一磅的重量和附加到往复直线运动的手臂磨石乐器。涂料是应用于一个透明的衬底和受到重复周期与加权钢丝绒垫。一定数量的周期后,电影的阴霾测量来确定抓就是明证的程度的增加涂层的阴霾。
划痕试验是进行商业所用的涂料,40纳米氧化铝成立水平从0.5到2.5 wt %氧化铝在树脂使用TPGDA集中作为车辆交付氧化铝纳米颗粒。# 0000 -等级钢羊毛垫,和涂料受到1000双周期线性运动磨石。在这种情况下,两种不同的表面处理方案被应用于氧化铝粒子在分散过程中。
处理系统提供了完整的粒子之间的兼容性和涂料配方的清晰;然而,治疗方法导致不同的性能对耐擦伤性。划痕测试的结果如图5所示。包含氧化铝颗粒具有表面处理的涂层显示出显著改善抗划伤的氧化铝负载仅为0.5 wt %,然后一个相对平坦响应随着氧化铝负载增加。通过这种表面处理,涂层的耐擦伤性增加了一倍多的使用仅为1.0 wt % nano-alumina添加剂。使用表面处理铝系统B的性能更富有戏剧性。结果表明,抓痒的程度可以减少5倍使用氧化铝载荷在1.5到2.5 wt %的范围内。这个例子说明了必要性进行最后的优化步骤,取得了分散性和兼容性之后,为了实现最大的性能和/或最经济使用的纳米添加剂在一个特定的系统。
结论
成功整合nanometric氧化铝粒子为改善抗划伤所用的涂料配方需要坚持分为三个步骤:(1)准备一个稳定、集中,主要氧化铝粒子的液体分散直接在丙烯酸酯单体;(2)确保兼容性的纳米颗粒分散集中的涂料配方;和(3)优化性能的纳米粒子对清晰(外观),抗划伤(性能)和加载(成本)。
如果三步模型之后,氧化铝纳米颗粒可以启用透明所用的涂料配方大幅改进的耐擦伤性而对涂层清晰表达最小的负面影响或光泽。通过选择合适的氧化铝粒子表面处理,这些添加剂的抗划伤可以优化以实现最佳性能。
本文提出了在2010 RadTech技术博览会和会议,巴尔的摩,医学博士www.radtech.org。
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