气相法白炭黑是一个纳米级无机添加剂,可以特别使聚合物薄膜和涂层系统,特别是在WB配方。碎片形的形状和高提供粘度控制气相法白炭黑的比表面积,这是一个函数通常采用气相法白炭黑。1然而,气相法白炭黑结构的这一特性,当适当地分散在世行涂料配方,有助于聚合物乳胶膜的形成。这种粒子添加剂也可以帮助增加干燥速率提高处理吞吐量时间。他们还可以帮助加强电影和缓解压力通过改变当地micro-rheology和干燥动力学2减少裂纹形成乳胶聚合物凝固和合并过程中,发生在干燥的涂层。3、4此外,与挥发性有机添加剂通常用作平整剂,增塑剂和co-solvents蒸发干燥,颗粒留在涂层气相法白炭黑和可以实现额外的功能,如机械加固,同时帮助使整个配方更“绿色”。
商业化生产和供应,气相法白炭黑很难处理,因为它的存在主要是粉末团聚体比表面积高,不易分离或分散成单个粒子。我们已经开发出一种证明方法,气相法白炭黑或熏氧化铝分散成单个粒子在聚合物乳胶水高效利用系统。商标CAB-O-SPERSE下的生产线生产®,可用一系列浓度、粒子大小、粒子表面电荷和不同pH值范围用于各种各样的应用程序。
由于优越的分散度下降到纳米级,CAB-O-SPERSE产品借给自己涂层的应用程序。方便添加气相法白炭黑的分散体涂料配方,他们可以产生优越的力学性能相对于干粉同行。此类添加剂提供微观聚合物纠缠在聚合物链的流动性限制的涂料,可以帮助改善涂层机械性能如抗拉强度、块阻力,硬度,划痕或耐磨性。5
聚合物乳胶强化
纳米粒子是众所周知的,提供增强的聚合物薄膜和涂料的力学性能。5、6分散的最终状态和分布在聚合物薄膜的能力产生重大影响粒子添加剂来提高涂层系统的性能。优越的分散状态提供最大程度的连续相中的颗粒间的分离,以及最有效的使用添加剂的质量提供增强的机械性能在最后涂层产品。6
在分散过程中,气相法白炭黑聚合粒子稳定分解为小尺寸的50 - 300纳米(以光散射技术)是极其难以动摇。添加二氧化硅分散像CAB-O-SPERSE聚合物乳胶配方结果非常稳定的混合粒子分散保持优越的无机添加剂在宿主体内的分布聚合物,即使在干燥(图1)。分布式和二氧化硅粒子保持好,根据相对干燥期间的时间——温度剖面,可以保持在残留乳胶粒子间的边界post-coalescence或者inter-diffuse整个聚合物矩阵。7
的基本物理效应由于硅聚合物乳液和乳胶很大程度上保持着真正的不管使用的聚合物乳胶或最终用途的应用程序。卡伯特曾研究这种乳胶强化现象在各种天然和合成橡胶乳液系统和显示优越的机械性能在干燥产品相对于基地当predispersed二氧化硅粒子添加到橡胶胶乳橡胶配方。7最近,支持普遍性的气相法白炭黑纳米颗粒强化的概念,卡博特的模型系统研究high-glass-transition-temperature (Tg) non-coalescing聚苯乙烯(PS)乳胶。这是用于演示CAB-O-SPERSE聚合物乳胶系统之间的相互作用在制定和hetero-coagulation和干燥之后。high-Tg PS乳胶故意选择允许更好的扫描电子显微镜分辨率的单个粒子自乳胶没有合并成电影。添加CAB-O-SPERSE后乳胶使用温和搅拌,混合系统仍然非常稳定,没有解决的迹象。
模型中PS系统,在hetero-coagulation二氧化硅粒子保持他们的分布和几乎没有证据表明聚合物内的相分离为一种域(图2)。图2包含电子显微图显示的证据好分配主机的硅聚合物,即使在高载荷。聚苯乙烯乳胶粒子是圆的,球形粒子大约有50 - 100纳米大小。气相法白炭黑粒子稍亮,fractal-string-like更小的微粒分散。
这种添加剂分散状态保存后膜的形成有重要影响平衡取舍时的所需的物理性质,纳米颗粒负载和涂料。上级分散度CAB-O-SPERSE能提供或多或少可能允许硅用于比赛或超过各种性能需求和打破功能性涂料需求之间的权衡。这个证据证实了Anand, et al。7报告他们的硅强化研究,表明这种现象应该适用各种各样的聚合物胶乳的应用程序包括世行涂料和粘合剂。
性能的研究
我们实验室的应用程序已经使用代理WB工业涂料配方含有气相法白炭黑作为加强添加剂根据Neocryl 6085水乳液丙烯酸树脂。表1中列出的配方。这里的主要目的是观察更相关的涂层系统的性能结果。比较和研究了涂料的硅石粉M-5状样品气相法白炭黑配方和涂料的使用等级CAB-O-SPERSE气相法白炭黑分散,2017,其中包含一个等价的气相法白炭黑粒子pre-dispersed形式提供。水的粉末是地面mill-base在我们的应用程序中使用高剪切混合器实验室2017年商业产品的等效固体,wt. 17%水。然后,实验室mill-base或商业2017增加了分散乳胶涂料配方达到所需的净二氧化硅负载。
所有涂料都是沉积在基板使用3毫升画下来酒吧涂料产量约1.0 - -1.5毫升干燥的厚度。涂层沉积到2 x3-inch玻璃基板或到B1000钢优惠券。镀膜玻璃基板是用于透明和清晰的测试以及nano-indentation量化涂层的机械性能。使用B1000钢面板用于其他测试像耐腐蚀盐雾室,和其它机械测试。
光学性质
制定之前,刚刚准备、初始粒径分布的硅mill-base和CAB-O-SPERSE 2017分别非常相似,如表2所示。然而,随着时间的推移,CAB-O-SPERSE产品保持非常稳定,不改变大小,而硅的mill-base显示重要的聚集和沉降,进而可以帮助解释这个可怜的清晰度和高阴霾的涂料。
这一发现的重要性与CAB-O-SPERSE性能的一致性。缺乏变化和一致的性能是几十年的经验的结果发展CAB-O-SPERSE产品家族的当前状态。虽然立即mill-base可能看起来像CAB-O-SPERSE,它可能适合某些应用程序,它不会有长时间的保质期,或同一配方的稳定可靠。
独自mill-base的稳定和配方还不到2017年的色散,是显而易见的粒度数据在表2中,和霾百分比数据如图3所示。涂料与猎人实验室UltraScan Pro测量垂直入射光源。高阴霾值显示对应的缺乏清晰度和透明度。图3的重要性在于它表明在合适的配方,CAB-O-SPERSE可以适合WB实验,及相关应用高清晰度和保光性涂层功能是重要的。这主要归因于优越的分散和分布的保留硅纳米颗粒分布在主机聚合物涂层。
力学性能
Nano-indentation力是一种量化的方法取代探针或抄写员头一个已知尺寸的表面。探测器需要缩进的单位面积上的力或划痕表面有效地测量涂层的硬度。Nano-indentation实验与Nanovea纳米模块(P-Macro /纳米)以下的指导方针禁止ASTM e - 2546。涂层的硬度增加的函数添加二氧化硅(表3)。注意,内部错误,如表3所示,样品的硬度之间的丙烯酸涂料成倍地增加1% wt.石英和5% wt.二氧化硅添加到涂料,并超过三倍的努力当wt.二氧化硅10%纳入涂层。
改变涂层硬度的能力可以为块重要阻力,耐磨性,减少策略和anti-dirt捡起,所有这些都是涂料耐久性的关键和一致的应用程序的性能。通过使用CAB-O-SPERSE而不是干粉,可以获得更大的钢筋和硬度的同时达到相同的清晰度(表3和图3)。机械和光学性质可以通过使用定制CAB-O-SPERSE性能需求平衡取舍。
耐蚀性
腐蚀保护和工业金属电阻是一个特别重要的功能和汽车涂料。测试等性能,涂层B1000金属板受到中性的盐雾加速曝光室后抄写员/ ASTM D1654挠。这些涂层板被定期检查在美国商会对腐蚀的证据,以及基体的腐蚀涂层下传播。
图4包含图像的挠涂料和腐蚀环境下执行。虽然在CAB-O-SPERSE亲水,气相法白炭黑和涂层配方都是白平衡,仍有由这些涂料提供腐蚀保护。此外,耐蚀性等于,如果不大于,控制(拥有没有硅)大约5% wt.二氧化硅涂层。除此之外加载级别,腐蚀预防是贫穷和二氧化硅的存在似乎成为有害的腐蚀保护。我们属性这种性能增强硅的能力,导致聚合物强化和加强聚合物的纠葛,收益率涂料更好的屏障属性,减少水的能力通过涂层并创建腐蚀途径扩散。因此,与流行的看法相反,通过使用适当的对于一个给定的系统加载,亲水的气相法白炭黑粒子可以援助与耐蚀性。
结论
CAB-O-SPERSE是一种有效的世行涂料添加剂,可以帮助最大化效用的气相法白炭黑的应用程序性能通过提供优越的纳米级分散,收益率(殖利率)均匀分布的硅在最终的聚合物涂层。优化硅分布在宿主聚合物产量增强属性,可以帮助世行涂料桥向某人涂料存在的一些差距。CAB-O-SPERSE产品安全处理,易于使用,低变异性和高一致性。这些特征使他们能扮演一个角色在许多属性在整个产品生命周期从液体配方(如粘度控制),通过应用程序和涂层沉积(如剪切稀化行为和减压干燥),最终使用功能(如改善光学或机械性能)。此外,结果表明,CAB-O-SPERSE可以帮助平衡性能权衡,根据功能需求的涂料必须提供最终用途的应用程序。
引用
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2罗伯茨,林祖嘉;弗朗西斯,L.F.软乳胶涂料的干燥和开裂,j .外套。Technol.Res。在线web发布,2012年。
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5 Overbeek j .聚合物异质性在水性涂料中,j .外套。Technol.Res。2010年7 (1)21。
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