Mi teszi a Hardenert nélkülözni a bevonatokban?
A bevonatok döntő szerepet játszanak a felületek védelmében, a megjelenés javításában és a különféle funkcionális tulajdonságok biztosításában. A bevonatok kulcsfontosságú elemei között a keményítő rendkívül fontos. Ebben a mélyreható kutatásban azt az okot fogjuk benyújtani, hogy a keményítők elengedhetetlenek a bevonatokban, kémiai funkcióikat, teljesítménynövelést és gyakorlati alkalmazásokat az elméleti megértés, a valós példák és a részletes adatelemzés kombinációjával.
A keményítők kémiai alapjai
A keményítőszerek, más néven gyógyító szerek, olyan anyagok, amelyek kémiailag reagálnak az alapgyantával egy bevonó készítményben. Az alapgyantának általában olyan polimer szerkezete van, amely bizonyos fizikai és kémiai tulajdonságokat, például rugalmasságot, adhéziót és kémiai ellenállást biztosít. Önmagában azonban a gyanta nem rendelkezik a kívánt keménységgel és tartóssággal. Itt kerül a keményítő.
Például az ipari és kereskedelmi alkalmazásokban széles körben alkalmazott epoxi bevonatokban az epoxi gyanta kulcsfontosságú elem. Az epoxi gyanták kiváló tapadási és kémiai ellenállásukról ismertek. De keményítő nélkül viszonylag puha és nem ismerős állapotban maradnak. A keményítő, általában egy amin-alapú vegyület epoxi bevonatok esetén, a gyantában lévő epoxicsoportokkal reagál egy keresztkötésnek nevezett folyamaton keresztül. Ez a térhálósítási reakció háromdimenziós hálózati struktúrát képez a bevonaton belül, jelentősen növelve annak keménységét és merevségét.
A kémiai elemzési vizsgálatokból származó adatok kimutatták, hogy a keményítő és a gyanta közötti reakció által elért térhálósodás mértéke közvetlen hatással lehet a bevonat mechanikai tulajdonságaira. Például a magasabb szintű térhálósítás általában a bevonat szakítószilárdságának növekedéséhez vezet. Egy különféle epoxi -bevonat -készítményen végzett tanulmányban, amely változó keményítő koncentrációval rendelkezik, kiderült, hogy mivel a keményítő mennyisége egy bizonyos tartományon belül növekedett, a kikeményített bevonat szakítószilárdsága is növekedett. Pontosabban, amikor a keményítő koncentrációja a teljes gyanta tartalom 10% -ról 20% -ára nőtt, a bevonatok átlagos szakítószilárdsága körülbelül 30% -kal nőtt, standard mechanikai tesztelési módszerekkel mérve.
A teljesítmény tulajdonságainak javítása
A bevonatok keményítőjének egyik elsődleges funkciója a bevonat keménységének javítása. A keménység kritikus tulajdonság, mivel meghatározza a bevonat képességét, hogy ellenálljon a kopásnak, a karcolásnak és a behúzásnak. Azokban az alkalmazásokban, ahol a bevont felület valószínűleg mechanikus kopásnak van kitéve, például ipari gépeken, padlón vagy autóipari külsõkön, a kemény bevonat elengedhetetlen.
Vegyük példát a gyári padló bevonására. Megfelelő edző nélkül a bevonatot a nehéz berendezések és a lábforgalom mozgatása könnyen megsemmisítheti. A megfelelő keményítő beépítésével a bevonási készítménybe a padló bevonatának keménysége jelentősen megnövekszik. Egy tanulmány, amely összehasonlítja a padló bevonatait, egy adott edzővel és anélkül, azt mutatta, hogy a tartósítóval történő bevonat keménységi besorolással rendelkezik (egy Shore D keménységi tesztelővel mérve), amely körülbelül 50% -kal magasabb volt, mint a bevonat a keményítő nélkül. Ez a megnövekedett keménység sokkal hosszabb élettartamot jelent a padló bevonatához, csökkentve a gyakori újbóli felújítás és karbantartás szükségességét.
A keménység mellett a keményítők hozzájárulnak a bevonatok kémiai ellenállásának javításához is. A kémiai ellenállás létfontosságú azokban az alkalmazásokban, ahol a bevont felület különféle vegyi anyagokkal, például kémiai feldolgozó üzemekben, laboratóriumokban vagy élelmiszer -feldolgozó létesítményekben érintkezhet. A keményítő által kiváltott térhálósítási reakció segít egy sűrűbb és áthatolhatatlan szerkezet létrehozásában a bevonatban, megnehezítve a vegyi anyagok behatolását és reagálását a mögöttes szubsztráttal.
Például egy laboratóriumi környezetben, ahol a munkalapokat bevonják, hogy megvédjék a kémiai kiömlést, a jól megválasztott keményítővel ellátott bevonat hatékonyan ellenáll a közös laboratóriumi vegyi anyagok széles skálájának, beleértve a savakat, bázisokat és oldószereket. A különböző bevonási készítményeknél végzett tesztek sorozata azt mutatta, hogy egy meghatározott típusú keményítővel rendelkező bevonatok szignifikánsan alacsonyabbak a kémiai lebomlás sebességével, ha sósav és nátrium -hidroxid keverékének vannak kitéve a bevonatokhoz képest. A keményítővel ellátott bevonatok csak 10% -kal csökkentek a vastagságban 24 órás folyamatos expozíció után, míg a keményítő nélküli bevonatok vastagsága akár 50% -kal is csökkent ugyanolyan körülmények között.
Hatás a tapadásra és a kohézióra
A tapadás és a kohézió a bevonat teljesítményének két fontos szempontja. Az adhézió arra utal, hogy a bevonat képes -e ragaszkodni a mögöttes szubsztráthoz, míg a kohézió magának a bevonat belső erősségére utal, azaz hogy a bevonaton belüli molekulákat mennyire tartják össze.
A keményítőszer jelentős hatással lehet mind az adhézióra, mind a kohézióra. A tapadás szempontjából a keményítő és a gyanta közötti kémiai reakció kedvezőbb felületet hozhat létre a bevonat és a szubsztrát között. Például fémszubsztrátok esetén a keményítő reagálhat a fém felületi oxidjaival, és olyan kémiai kötést képez, amely javítja a bevonat tapadását. Az epoxi bevonatok az acélszubsztrátokhoz való tapadásáról szóló tanulmány azt mutatta, hogy amikor egy adott keményítőt használnak, a tapadásszilárdság, a húzóvizsgálat alapján, több mint kétszerese volt a bevonatnak a keményítő nélkül. Ez a jobb tapadás elengedhetetlen annak biztosítása érdekében, hogy a bevonat érintetlen maradjon a szubsztráton, különösen olyan alkalmazásokban, ahol jelentős mechanikai stressz vagy környezeti expozíció van.
Ami a kohéziót illeti, a keményítő által elősegített térhálósítási reakció megerősíti a bevonat belső szerkezetét. A jól keresztelhető bevonat magasabb kohéziós fokú, ami azt jelenti, hogy a bevonaton belüli molekulák szorosabban vannak összekapcsolva. Ennek eredményeként egy olyan bevonatot eredményez, amely kevésbé valószínű, hogy repednek, hámoznak vagy delaminálnak. Például a poliuretán bevonatok vizsgálatában azt találták, hogy a megfelelő keményítő használata miatt a keresztkötés miatt magasabb szintű keresztkötéssel rendelkező bevonatok szignifikánsan alacsonyabb a repedés előfordulási gyakorisága, összehasonlítva az alacsonyabb keresztkötésű bevonatokkal. A kültéri expozíció egy éve alatt a magasabb térhálósítási fokú bevonatoknak csak 5% -os előfordulási gyakorisága volt, míg az alacsonyabb térhálósítási fokú bevonatok akár 30% -os repedést jelentettek.
Gyakorlati alkalmazások és esettanulmányok
A keményítők fontossága a bevonatokban egyértelműen látható a gyakorlati alkalmazások széles skálájában. Például az autóiparban a járművek külső bevonatainak olyan tulajdonságok kombinációjával kell rendelkezniük, mint a magas fényű, jó kémiai ellenállás és a kiváló kopásállóság. A keményítőket az autóipari festékkészítményekben használják ezen kívánt tulajdonságok elérése érdekében.
Egy adott autóipari festékrendszerről szóló esettanulmány kimutatta, hogy a festékkészítményben használt keményítőszer gondos kiválasztásával és optimalizálásával a festék szignifikánsan magasabb fényességi szintet ért el, ami fokozta a jármű esztétikai vonzerejét. Ezenkívül a festék kopásállóságát javítottuk, a Taber kopási teszttel mérve. Az optimalizált keményítővel ellátott festék kopási sebessége körülbelül 40% -kal alacsonyabb volt, mint a festék az optimalizált keményítő nélkül, a Taber kopási teszt 1000 ciklusa után. Ez nemcsak javította a jármű megjelenését, hanem növelte tartósságát is, csökkentve a gyakori újrafestés szükségességét.
Az építőiparban a bevonatokat különféle célokra használják, ideértve az épület homlokzatok, padló és tetők védelmét. A keményítők elengedhetetlenek ezekben a bevonatokban, hogy biztosítsák a szükséges keménységet és tartósságot. Például a tetőbevonatok esetében egy edzőt gyakran használnak a bevonat időjárási viszonyok ellenállásának növelésére, ideértve a napfénynek, az esőnek és a szélnek a kitettségét.
A durva időjárási körülmények közötti tetőbevonatokról szóló tanulmány azt mutatta, hogy egy adott keményítővel ellátott bevonatok szignifikánsan hosszabb élettartamúak voltak a keményítő nélküli bevonatokhoz képest. A keményítővel ellátott bevonatok legfeljebb öt évig képesek voltak megőrizni integritásukat és funkcionalitásukat, míg a keményítő nélküli bevonatok két éven belül elkezdték mutatni a lebomlás jeleit, például a repedést és a hámozást. Ez bizonyítja annak fontosságát, hogy a megfelelő edzőt a bevonatokban a hosszú távú védelemhez és az építési alkalmazásokban való teljesítményhez használják.
A tengeri iparban a hajók testének bevonatainak ellenállniuk kell a kemény tengeri környezetnek, ideértve a tengervíz, só spray és a tengeri organizmusok kitettségét. A keményítők döntő szerepet játszanak ezekben a bevonatokban azáltal, hogy javítják a korrózió, a kopás és a szennyeződés ellenállását.
A hajó hajótestének bevonásáról szóló esettanulmány azt mutatta, hogy a bevonat készítményében egy speciális keményítő felhasználásával a bevonat jelentősen csökkentette a korrózió sebességét, az elektrokémiai módszerekkel mért mértékben. A keményítővel történő bevonat korróziós sebessége körülbelül 60% -kal alacsonyabb volt, mint a bevonat, a keményítő nélkül, a hat hónapos tengervíznek való kitettség után. Ezenkívül a keményítővel történő bevonat jobb ellenállást mutatott a szennyeződésnek, amint azt a tengeri szervezetek csökkentett növekedése bizonyítja a hajótest felületén, összehasonlítva a megkeményítő nélküli bevonathoz képest. Ez nemcsak a hajó testét védte, hanem javította annak hidrodinamikai hatékonyságát, csökkentve az üzemanyag -fogyasztást.
A megfelelő keményítők kiválasztása
Tekintettel a keményítők fontosságára a bevonatokban, elengedhetetlen egy adott alkalmazáshoz a megfelelő kiválasztása. Számos tényezőt kell figyelembe venni a keményítő kiválasztásakor.
Először figyelembe kell venni a bevonat készítményében lévő bázisgylans típusát. A különböző gyantákhoz különféle típusú keményítőket igényelnek az optimális reakcióhoz és teljesítményhez. Például az epoxi gyanták általában jól működnek az amin-alapú keményítőkkel, míg a poliuretán gyantáknak izocianát-alapú keményítőkre lehet szükségük. A gyanta és a keményítő közötti eltérés hiányos kikeményedéshez, rossz teljesítményhez és akár bevonat meghibásodásához vezethet.
Másodszor, figyelembe kell venni a bevonat kívánt tulajdonságait. Ha a nagy keménység az elsődleges cél, akkor ki kell választani egy olyan keményítőt, amely elősegíti a nagyfokú térhálósítást. Másrészt, ha a kémiai ellenállás sokkal fontosabb, akkor előnyben részesíthető egy olyan keményítő, amely átereszthetőbb struktúrát hoz létre. Például egy kémiai tárolótartály bevonatában egy olyan keményítő, amely javítja a kémiai ellenállást, alapvető fontosságú lenne, még akkor is, ha ez bizonyos fokú keménység feláldozását jelenti.
Harmadszor, az alkalmazási feltételek is szerepet játszanak a keményítő kiválasztásában. Ha a bevonatot magas hőmérsékleti környezetben kell alkalmazni, akkor azt a magas hőmérsékleten stabil keményítőt kell választani. Hasonlóképpen, ha a bevonatot nedves környezetben kell alkalmazni, akkor figyelembe kell venni azt a keményítőt, amely ellenáll a nedvesség felszívódásának. Például egy trópusi éghajlat bevonása esetén, ahol a páratartalom magas, a nedvességálló keményítő lenne, hogy megakadályozzák az olyan problémákat, mint például a hólyagolás és a nedvességkötés miatti delamináció.
Végül, a költség szintén fontos tényező. A különböző keményítőknek eltérő költségei vannak, és a teljesítménykövetelményeket a költségkorlátozásokkal egyensúlyba kell hozni. Egyes esetekben egy drágább keményítő igazolható, ha jelentősen jobb teljesítményt és hosszabb élettartamot biztosít a bevonathoz. Más esetekben azonban egy költséghatékonyabb keményítő elegendő lehet, ha az alkalmazás nem igényli a legmagasabb szintű teljesítményt.
A jövőbeli trendek és fejlemények
A bevonatok és a keményítők területe folyamatosan fejlődik, új tendenciák és fejlemények alakulnak ki, hogy megfeleljenek a különféle iparágak változó igényeinek. Az egyik kialakuló trend a környezetbarát keményítők fejlesztése. Ahogy a környezetvédelmi előírások szigorúbbá válnak, egyre növekszik a kereslet a kevésbé mérgező és fenntartható bevonatok és keményítők iránt.
Például a kutatók megújuló forrásokból, például növényi olajokból és szénhidrátokból származó bio-alapú keményítők használatát vizsgálják. Ezek a bioalapú keményítők képesek csökkenteni a bevonatok környezeti hatását, miközben továbbra is biztosítják a szükséges teljesítmény tulajdonságokat. Egy nemrégiben egy bio-alapú epoxi-keményítővel kapcsolatos tanulmány kimutatta, hogy képes összehasonlítható térhálósítási és mechanikai tulajdonságokat elérni a hagyományos amin-alapú keményítőkhöz, miközben lényegesen alacsonyabb környezeti lábnyomot mutat az üvegházhatású gázok kibocsátása és a toxicitás szempontjából.
Egy másik tendencia az intelligens keményítők kifejlesztése, amelyek reagálhatnak a külső ingerekre, például a hőmérsékletre, a páratartalomra vagy a mechanikai stresszre. Ezek az intelligens keményítők felhasználhatók az öngyógyító vagy adaptív tulajdonságokkal rendelkező bevonatok létrehozására. Például egy intelligens keményítő, amely reagál a hőmérsékleti változásokra, felhasználható egy olyan bevonat létrehozására, amely hideg hőmérsékleten merevebbé válik, hogy megvédje a repedést, és meleg hőmérsékleten rugalmasabb legyen az ölelés megakadályozása érdekében.
Ezenkívül a nanotechnológia fejlődését is alkalmazzák a keményítőkre és a bevonatokra. A nanorészecskék beépíthetők a keményítőkbe, hogy javítsák teljesítmény tulajdonságaikat. Például, ha nanorészecskék, például szilícium -dioxid vagy titán -dioxid hozzáadása a keményítőhöz javíthatja a kopásállóságát, a kémiai ellenállást és az optikai tulajdonságokat. A nanorészecskékkel fokozott keményítővel kapcsolatos tanulmány kimutatta, hogy a továbbfejlesztett keményítővel ellátott bevonat 20% -kal javult a kopásrezisztencia és a kémiai ellenállás 30% -os javulásában a hagyományos keményítővel történő bevonathoz képest.
A Coatings -i keményítők jövője ígéretesnek tűnik, a folyamatos kutatás és fejlesztés, amelynek célja a teljesítmény javítása, a környezeti hatások csökkentése és az új és hasznos tulajdonságokkal rendelkező bevonatok létrehozása.
Következtetés
Összegezve, a keményítők a bevonatok nélkülözhetetlen elemei, amelyek létfontosságú szerepet játszanak a teljesítmény tulajdonságaik javításában. A keménység és a kémiai ellenállás javításától kezdve a tapadás és a kohézió javításáig a keményítők jelentősen hozzájárulnak a bevonatok általános minőségéhez és tartósságához.
Kémiai funkcióik, gyakorlati alkalmazások és esettanulmányok részletes vizsgálata révén láttuk, hogy a keményítőket hogyan használják különféle iparágakban, például az autóiparban, az építésben és a tengerben a konkrét követelmények és kihívások teljesítése érdekében.
A mező tovább fejlődésével, a tendenciák, mint például a környezetbarát és az intelligens keményítők, az adott alkalmazáshoz a megfelelő keményítő kiválasztásának fontosságának fontossága továbbra is döntő jelentőségű. Az olyan tényezők gondos mérlegelésével, mint például az alapgyűrű, a kívánt bevonási tulajdonságok, az alkalmazási feltételek és a költségek, a gyártók és a felhasználók biztosíthatják, hogy megfelelő keményítők segítségével a bevonatokból a legjobb teljesítményt szerezzék be.
