油漆和涂料的颜色添加到我们的生活,使产品和材料更安全、更易于使用。亚博网站下载年生产的稳定增长反映了这个行业的重要性。
图片来源:伤风/塞巴斯蒂安·杜达
从2007年到2012年,全球每年复合增长率涂料产业在国内生产总值(GDP)的4.3%,2012年的收入为1100亿美元。1增长已经在增加,由于需求来自亚太、东欧和拉丁美洲地区。2
油漆和涂料的重要性的主要原因可以归结为范围的应用潜力。它们被应用使基质看起来更好的保护,绝缘、防滑表面,或电导体。
为了满足应用程序的需求,复杂的公式,这是由溶剂、粘结剂、颜料和添加剂,生产。个人的这些可能发生显著的变化。例如,溶剂是不必要的在开发粉末涂料(见图1)。
图1所示。概述的成分和可能的溶剂型和状涂料。图片来源:黑与白Tek
用户期望的产品,满足他们的期望和应用需求,可以通过这些主要组件的智能组合实现的。质量控制程序必须可靠和执行较快保证最优的结果。然而,这与产品复杂度的增加变得越来越困难。
质量控制,基本每一步
质量控制必须在进行生产,以确保最终产品标准。各个生产步骤有各种需求的分析。三个主要生产步骤不同分析需求下面列出:
高吞吐量是关键在仓库里
在仓库,这是至关重要的识别和验证传入的原材料为油漆和油墨生产质量和纯度。亚博网站下载分析方法可以取代耗时的湿化学过程应该用于满足高吞吐量的需求。
成功的生产精度和准确性
在每一步的配方和生产、各种特征值的数量设置和中间体的身份进行求值。这些控制机制进行行(旁边的过程)和在线(过程中绕过)。
精密度和准确度在每一个参数是至关重要的步骤。适当的分析方法应小心选择和对细节的关注。
复杂的矩阵需求强大的方法
在交付之前,最后和质量控制的关键步骤是最后的测试。所有通用质量和相关属性必须验证,以确保最佳的产品性能在用户结束。作为最终产品的各种组件意味着复杂的矩阵,最终测试可以快速成为一个艰巨的任务。因此,结合一系列合适的分析工具是获得可靠的结果的关键。
许多参数——一个具有挑战性的任务
制造商获得帮助和湿化学方法,用于在整个生产流程。作为参考,制定的标准操作程序ASTM方法可以应用(见表1)。3
表1。概述的ASTM方法关键参数和相应的方法和工具。来源:黑与白Tek
| 参数 |
工具/方法 |
ASTM方法 |
| 液体的密度 |
比重瓶 |
ASTM D1475 |
| 在水漆 |
滴定法 |
ASTM D4017 |
| 颗粒大小 |
油吸附色素 |
ASTM D1483 |
| 挥发性有机化合物含量 |
色谱法 |
ASTM D6886 |
| 粉末涂料 |
比色法 |
ASTM D3451 |
| 粘度 |
旋转粘度计 |
ASTM D2196 |
本节仅演示了为什么需要各种分析仪器和方法,导致一个重要的培训为员工努力,花费时间和金钱。
湿化学分析——一个悠久的传统
传统的湿法化学分析方法包括滴定法、离子色谱法、比色法。每个高度准确的精度,由于他们长期的重要性作为分析工具,研究和文献关于性能良好的文档记录。然而,这些技术仍局限于特定的参数。所需额外成本累计购买化工助剂样品制备和分析。
实施严格的安全法规和定期培训员工增加了成本。因此,发现和访问替代仪器方法已经获得了更多的关注。
特定的仪器方法可以进行了轻微的训练过程,而快,需要更少的化工助剂。这些好处可以看到当使用可见光光谱可见光。
可见光光谱可见光-一个简单的解决方案
可见近红外光谱(可见)技术是一种行之有效的分析方法应用在化工、制药、食品和饲料等行业。其特殊的准确性和可靠性提出扩张在各种应用领域。
可见光谱的灵活性,在它的多功能性流程分析视为一个内联,网上,轮廓,和离线工具,也导致其日益普及作为一种分析方法。
可见光谱的功能
支撑的测量原理可见光谱是基于无损光和物质的相互作用。这种交互应用于识别一些物理和化学参数在一个测量,通常只需要几秒钟。
可见光和近红外光的组合允许用户获取信息相对于样品的颜色以及信息与化学相关团体。
经济和生态
可见光谱可以实现高吞吐量通过识别几个参数在一个单一的测量。此外,它符合所有的经济和生态标准。
需要昂贵的化工助剂是消除样品制备液体或固体样品,不需要和非破坏性分析。与此同时,安全是提高和成本显著降低。
可见光谱无损,拥有巨大潜力的现成的技术,特别是对粉末涂料的发展领域,更好的符合挥发性有机化合物(VOC)的规定。
颜料
提高底物的美学是最明显的油漆和涂料中的应用。浓度范围为0 - 30%,颜料包括一些中央成分在大多数油漆和涂料。除了颜色的强度,色素也确定不透明度,涂层厚度和涂层的光泽。每一个属性是由颜料的化学和物理结构。这些通常是分组的结晶度,粒度和粒度分布。
DIN 5943分类色素相对于他们的化学结构和光学效果。第一个分类排序颜料为无机和有机颜料。随后,他们又分组为白色,彩色,效果,发光颜料。
最终产品获得必需的属性,它是至关重要的,选择合适的颜料,以及确保颜料浓度是正确的。涂料层厚度和颜色强度由于总颜料体积浓度(PVC),相对于颜料体积的固体的体积。3
除了PVC、粘结剂/色素浓度的关系是至关重要的。该参数临界颜料体积浓度(CPVC),必须满足不足危害涂料稳定性和力量。3因此,验证色素浓度是关键。可见光谱的分析是在以下部分中描述。
图片来源:黑与白Tek
量化的染料墨水中的内容
Triphenylmethanphenazin和偶氮染料是传统上用于圆珠笔油墨。油墨是由几个成分,包括染料本身。这些额外的原料包括溶剂,以避免堵塞和防止泡沫表面活性剂。
建立绝对染料内容可以是一个挑战由于复杂的矩阵的油墨组件。在应用程序报告-近红外光谱- 026,20油墨样本评估对圆珠笔蓝色墨水染料的浓度。4
浓度范围检查是在0.56%和4.56%之间。图2显示了一个光谱的选择。获得的数据在评估与主要方法的值有关,这导致高度相关,如图2所示。
图2。一)模范的五个不同染料浓度通常用于光谱圆珠笔油墨。可见区域400 - 800 nm显示之间的高度关联性染料数量和样品的吸光度。b)相关的染料内容由可见光光谱可见光和滴定。除了高相关性的R2= 0.99,验证的标准误差< 0.1%,两个因素。图片来源:黑与白Tek
添加剂
虽然添加剂构成的总体数量相对较小比例的油漆和涂料配方,他们正在修改某些属性为特定应用程序的关键。
除了这些特定于产品的添加剂,只在很小的浓度,可观察到的三个主要添加剂通常出现在所有油漆和油墨配方:油漆催干剂,表面活性剂,和抗氧化剂。
这些控制最终产品的关键特性,如涂刷性能、sprayability,干燥时间,耐用性和加工性。小添加剂引入的数量的变化制定可以显著改变最终产品的行为,一些化学和物理性质的添加剂必须坚持高质量的标准。
表2总结了油漆的标准参数所定义的ASTM司机及其限制。可见光谱是一个有价值的工具帮助质量控制方法,可用于确定只有一个测量多个参数。
表2。概述质量控制的相关参数和各自的限制根据ASTM油漆催干剂。3来源:黑与白Tek
| 参数 |
规范 |
ASTM方法 |
| 比重/ - |
±0.05 |
ASTM d1289 - 85 |
| 固体含量/ % |
±5.00 |
ASTM D1644 |
| 金属含量/ % |
±0.30 |
ASTM d2373 - 85 |
| 动态粘度/海洋保护区 |
±1.00 |
ASTM D2196 |
多参数分析,油漆催干剂
油漆催干剂是每个油漆或涂料产品的关键因素,因为他们修改油漆和涂料的干燥过程。
干燥过程可以分为两个阶段:第一个是物理过程,溶剂蒸发。第二个阶段是化学过程,粘结剂经历氧化交联反应。
油漆催干剂的金属配体加快第二阶段,这意味着涂料完成有时从小时减少到几分钟。然而,催化功能取决于金属总额,即使一分钟不同浓度大大改变配方的行为。5
因此,它是必要的,以确保生产过程中浓度准确量化。最常用的油漆催干剂钴辛酸酯复合物。配方由评估这些添加剂对金属含量、粘度、比重,可以很容易地在一个测量评估使用可见光光谱可见光-近红外光谱- 033所示(参见图3)。6
图3。)的光谱不同钴辛酸酯涂料催干剂。b)相关的物理参数值粘度获得根据ASTM d1289 - 85,可见光谱测量。图片来源:黑与白Tek
绑定
绑定的集中度和颜料(CPVC)可以产生相当大的影响最终涂层的稳定性。绑定使涂料固体和持久。在干燥过程中,粘结剂进行化学交联反应。
确保涂层黏贴到衬底是至关重要的。因此,绑定被认为是最关键的油漆和涂料产品成分。颜料和溶剂相比,他们可以发现在每个涂料和涂料配方。
最常用的绑定是高分子物质,包括聚氨酯、聚酰胺、聚酯、环氧树脂(见图4)。合成树脂取代了传统天然树脂用于油漆和涂料配方。粘结剂影响CPVC,控制最终产品的硬度和附着力,以及粘度。5
图4。化学结构的两种典型绑定用于油漆和涂料。图片来源:黑与白Tek
自由胺定性差聚氨酯粘结剂可以在某些涂层过程产生不利影响。下面的部分将讨论如何用可见光谱可以支持质量控制过程通过识别自由胺油漆和涂料。
量化蘸颜料的胺值
标准方法应用均匀涂层的电沉积过程(EPC)蘸颜料。这个过程的主要好处在于层的厚度可以控制精度高,即使面对更复杂的结构。
因为EPC是一个电化学过程,干扰redox-active分子阻碍所需的涂层的结果。这些干扰分子经常出现由于其他涂层成分的残差,如免费氮残留杂质的粘结剂使用。
应用程序指出一个-近红外光谱- 030细节可见光谱如何量化胺数量作为衡量免费氮浸漆。7浓度范围是33.82 - -48.31更易/公斤,与相关系数R2 = 0.97五请因素(参见图5)。
图5。胺数量的)的光谱分析浸渍漆。b)相关的情节胺数量值由可见光光谱可见光和滴定。图片来源:黑与白Tek
溶剂
溶剂型涂料、溶剂的主要元素,是最受欢迎的一类涂料。的两个主要参数溶剂蒸发率和受拉的力量,这两种影响最终产品的粘度和润湿行为。溶剂也会影响几个方面的特定于产品的行为。
因此,仔细选择产品时最重要的考虑目标应用程序。溶剂通常根据其化学性质分类。溶剂可以分为三类:碳氢化合物溶剂、含氧溶剂、水和其他溶剂,例如,。3
后者存在于所有的水性涂料,近年来获得了更重要的作用,因为它们含有低水平的挥发性有机化合物(挥发性有机化合物的仪器)。有限制的使用挥发性有机化合物的仪器在一些国家和州。水性产品,因此在市场上变得更加突出。
可见光谱,作为一个精确的技术,可以帮助促进溶剂的质量控制,特别是对水性涂料。
图片来源:黑与白Tek
分析助溶剂的水性涂料
正如前面强调的,粘结剂、颜料和添加剂成分在涂料生产至关重要。使用水性涂料中的这些化合物,必须引入所谓的助溶剂。
助溶剂,如butylglycol propylheptyl酒精,帮助溶解粘结剂,可用于控制流变学和增塑剂。增塑剂控制涂料的几个特征,如干膜外观或衬底附着力。8
瑞士万通应用注意-近红外光谱- 029描述使用可见光谱量化butylglycol和propylheptyl酒精含量在各种水性涂料。9预测模型基于光谱数据和引用值为每个溶剂促进预测精度高使用可见光谱标准验证误差< 1%(参见图6)。
图6。相关的情节)propylheptyl酒精和b)丁基醇。图片来源:黑与白Tek
摘要和结论
油漆和涂料的应用是非常重要的大范围的目的,因此必须满足用户期望的高要求。
这些复杂的产品必须受到强大的质量控制措施,需要复杂的技术,以确保可靠和准确的分析。可见光谱需要得到满足,满足其经济和生态要求。
由于可见光光谱可见光结合分析近红外光谱的可见光谱范围和用户确定不同的化学参数,如个别成分的胺数量和浓度,除了物理参数,如特定的密度和动态粘度。
可见光谱提供的优势与传统方法相比,是可以评估多个参数同时使用一个测量样本的前提下尽可能在一分钟。
在这篇文章中列出的应用程序提供洞察可见光谱提供的可能性。因为它的众多优点,可见光谱可以完成,部分取代传统方法用于油漆和涂料的质量控制,这将使它在未来几年必不可少的工具。
引用和进一步阅读
- 和查尔斯·斯科特•Detiveaux Bangert, (2016)。全球涂料行业的状态:完成产品。[网络]Pfonline.com。可以在:http://www.pfonline.com/yabo214articles/the-state-of-the-globalcoatings-industry(2016年9月28日通过)。
- Ihs.com。(2016)。油漆和涂料行业概述——化学IHS Markit经济学手册(CEH) |。(在线)可以在:https://www.ihs.com/products/paint-andcoaingsindustry-chemical-economics-handbook.html(2016年9月28日通过)。
- Koleske, j . (2012)。油漆和涂料测试手册。,西肯肖霍肯PA: ASTM国际。
- Partners.metrohm.com。(2016)。-近红外光谱- 026。(在线)可以在:http://partners.metrohm.com/GetDocument?action=get_dms_document&docid=2353270(2016年9月28日通过)。
- 古普塔(2013)。确定最优数量的不同类型的司机还在批涂料配方。国际期刊的工程,科学和技术,5 (4),pp.1-13。亚博老虎机网登录
- Partners.metrohm.com。(2016)。-近红外光谱- 033。(在线)可以在:http://partners.metrohm.com/GetDocument?action=get_dms_document&docid=2501413(2016年9月28日通过)。
- Partners.metrohm.com。(2016)。-近红外光谱- 030。(在线)可以在:http://partners.metrohm.com/GetDocument?action=get_dms_document&docid=2405651(2016年9月28日通过)。(2016年9月28日通过)。(2016年9月28日通过)。
- Stoye, d和Freitag w (1998)。油漆、涂料和溶剂。Weinheim: Wiley-VCH
- Partners.metrohm.com。(2016)。-近红外光谱- 029。(在线)可以在:http://partners.metrohm.com/GetDocument?action=get_dms_document&docid=2404593(2016年9月28日通过)。
这些信息已经采购,审核并改编自黑白Tek)提供的材料。亚博网站下载
在这个来源的更多信息,请访问黑与白Tek。