Фракциите наноразмерни частици значително повишават ефективността на защитните бои, покрития, грундове и вакси за метал.
Използването на графенови нанолистове за значително подобряване на производителността е сравнително нова, но бързо развиваща се област на приложение в бояджийската индустрия.
Въпреки че използването им в продукти за защита на метали е сравнително ново – комерсиализирано едва през последните няколко години – е доказано, че графеновите нанолистове (NNP) оказват огромно влияние върху свойствата на грундовете, покритията, боите, восъците и дори смазочните материали.Въпреки че типичното съотношение на контрол на налягането варира от няколко десети до няколко процента, правилното добавяне на GNP ще се превърне в многофункционална добавка, която може значително да удължи експлоатационния живот и издръжливостта на покритието, да подобри химическата устойчивост, устойчивостта на корозия, устойчивостта на окисление и абразия съпротива.;дори помага на повърхността лесно да отстранява вода и мръсотия.В допълнение, БНП често действат като синергисти, помагайки на други добавки да работят по-ефективно при по-ниски концентрации, без да се жертва ефективността.Графеновите нанопластини вече се използват в търговската мрежа в продукти за защита на метали, вариращи от автомобилни уплътнители, спрейове и восъци до грундове и бои, използвани от автомобилни производители, строителни предприемачи и дори потребители.Съобщава се, че повече приложения (като морски противообрастващи/антикорозионни грундове и бои) са във финалните етапи на тестване и се очаква да бъдат комерсиализирани през следващите няколко години.
Изследователи от Университета на Манчестър (Манчестър, Обединеното кралство) бяха първите, които изолираха еднослоен графен през 2004 г., за което бяха удостоени с Нобелова награда за физика за 2010 г.Графенови нанолистове - многопластова форма на графен, достъпна от различни доставчици с различна дебелина на частиците и средни размери - са плоски/люспести наноразмерни 2D форми на въглерод.Подобно на други наночастици, способността на БНП да променят и подобряват свойствата на макроскопични продукти като полимерни филми, пластмасови/композитни части, покрития и дори бетон е напълно непропорционална на техния малък размер.Например, плоската, широка, но тънка геометрия на GNP добавките ги прави идеални за осигуряване на ефективно повърхностно покритие без увеличаване на дебелината на покритието.Обратно, тяхната ефективност при подобряване на характеристиките на покритието често означава, че е необходимо по-малко покритие или могат да се нанасят по-тънки покрития.GNP материалът също има много висока повърхност (2600 m2/g).Когато са правилно диспергирани, те могат значително да подобрят бариерните свойства на покритията срещу химикали или газове, което води до подобрена защита срещу корозия и окисление.В допълнение, от трибологична гледна точка, те имат много ниско повърхностно срязване, което допринася за подобрена устойчивост на износване и коефициент на приплъзване, което помага да се даде на покритието по-добра устойчивост на надраскване и отблъсква мръсотия, вода, микроорганизми, водорасли и т.н. свойства, лесно е да се разбере защо дори малки количества GNP добавки могат да бъдат толкова ефективни за подобряване на свойствата на широкия набор от продукти, които индустрията използва всеки ден.
Въпреки че те, подобно на други наночастици, имат голям потенциал, изолирането и диспергирането на графенови нанолистове във форма, която може да се използва от разработчици на бои или дори производители на пластмаси, не е лесно.Деламинирането на по-големи агрегати от наночастици за ефективна дисперсия (и дисперсия в устойчиви на рафт продукти) за използване в пластмаси, филми и покрития се оказа предизвикателство.
Търговските GNP компании обикновено предлагат различни морфологии (еднослойни, многослойни, различни средни диаметри и в някои случаи с добавена химическа функционалност) и различни форм-фактори (сух прах и течност [на базата на разтворител, на водна основа или смола- базирани] дисперсии за различни полимерни системи).Производителите, които са най-напреднали в комерсиализацията, казаха, че са работили в тясно сътрудничество с производителите на бои, за да намерят най-добрата комбинация от свойства при най-ефективните съотношения на разреждане, за да подобрят качеството на боята, без да оказват отрицателно въздействие върху други ключови свойства.По-долу са някои компании, които могат да обсъдят работата си в областта на защитните покрития за метали.
Продуктите за грижа за автомобила бяха едно от първите и най-значими приложения на графена в бояджийската индустрия. Снимка: Surf Protection Solutions LLC
Едно от първите комерсиални приложения на графенови метални защитни продукти беше в автомобилната облицовка.Независимо дали се използват в течни, аерозолни или восъчни формули, тези високоефективни продукти за грижа за автомобила могат да се нанасят директно върху автомобилна боя или хром, подобрявайки блясъка и дълбочината на изображението (DOI), правейки автомобилите по-лесни за почистване и поддържайки почистващи и разширяващи свойства.защитата е много по-добра от конвенционалните продукти.Продуктите с подобрен БНП, някои от които се продават директно на потребителите, а други се продават само на салони за красота, се конкурират с продукти, обогатени с керамика (оксиди) (съдържащи силициев диоксид, титанов диоксид или смес от двете).Продуктите, съдържащи GNP, имат по-висока производителност и по-висока цена, тъй като предлагат няколко важни предимства, които керамичните покрития не могат да осигурят.Високата топлопроводимост на графена ефективно разсейва топлината — предимство за продуктите, използвани в капаци и колела — и високата му електрическа проводимост разсейва статични заряди, което затруднява полепването на прах.С голям контактен ъгъл (125 градуса), GNP покритията текат по-бързо и по-ефективно, намалявайки водните петна.Отличните абразивни и бариерни свойства защитават по-добре боята от надраскване, UV лъчи, химикали, окисление и изкривяване.Високата прозрачност позволява на продуктите, базирани на GNP, да запазят лъскавия, отразяващ външен вид, който е много популярен в този сектор.
Surface Protective Solutions LLC (SPS) от Графтън, Уисконсин, производител на формули със силни позиции в този пазарен сегмент, продава издръжливо графеново покритие на базата на разтворители, което издържа години и продава боя на водна основа, подсилена с графен.Серум за бърза корекция, която издържа няколко месеца.И двата продукта в момента са достъпни само за обучени и лицензирани естетици, въпреки че има планове за предлагане на козметика и други продукти за последваща грижа директно на потребителите в близко бъдеще.Целевите приложения включват автомобили, камиони и мотоциклети, като за други продукти се твърди, че са близо до комерсиализиране за домове и лодки.(SPS също предлага продукт от антимон/калаен оксид, който осигурява UV защита на повърхността.)
„Традиционните карнаубски восъци и уплътнители могат да защитят боядисаните повърхности от седмици до месеци“, обяснява президентът на SPS Брет Уелсиен.„Керамичните покрития, въведени на пазара в средата на 2000-те години, образуват по-здрава връзка със субстрата и осигуряват години на UV и химическа устойчивост, самопочистващи се повърхности, по-висока топлоустойчивост и подобрено задържане на гланц.Тяхната слабост обаче са водните петна.повърхностна боя и петна по повърхността, които нашите собствени тестове показаха, че са причинени от лош пренос на топлина Бързо напред към 2015 г., когато започнаха изследванията върху графена като добавка През 2018 г. ние бяхме първата компания в САЩ, която официално пусна графенова добавка за боя в процеса от разработването на продукти на компанията, базирани на GNP, изследователите установиха, че петна от вода и повърхностни петна (поради контакт с птичи изпражнения, сок от дървета, насекоми и силни химикали) са намалени средно с 50%, както и като подобрена устойчивост на абразия поради към по-нисък коефициент на триене.
Applied Graphene Materials plc (AGM, Redcar, UK) е компания, която доставя GNP дисперсии на редица клиенти, разработващи продукти за грижа за автомобила.11-годишният производител на графен се описва като световен лидер в разработването и прилагането на GNP дисперсии в покрития, композити и функционални материали.Всъщност AGM съобщава, че индустрията за бои и покрития в момента представлява 80% от нейния бизнес, вероятно защото много членове на техническия му екип идват от индустрията за бои и покрития, което помага на AGM да разбере болезнените точки на двамата компилатори и в крайна сметка, потребители..
Halo Autocare Ltd. (Стокпорт, Обединеното кралство) използва дисперсията Genable GNP на AGM в два восъчни продукта EZ за грижа за автомобили.Пуснат през 2020 г., графеновият восък за панели на каросерията съчетава T1 карнаубски восък, пчелен восък и масло от плодови ядки с полимери, омокрящи агенти и GNP, за да промени поведението на повърхностните води и да осигури дълготрайна защита, отлични водни перли и филми, ниско събиране на мръсотия, лесен за почистване, елиминира птичите изпражнения и значително намалява водните петна.Graphene Alloy Wheel Wax има всички тези предимства, но е специално проектиран за по-високи температури, повишено износване на колелата и накрайниците на ауспуха.GNP се добавя към основата на високотемпературни микрокристални восъци, синтетични масла, полимери и системи от втвърдяващи се смоли.Halo казва, че в зависимост от употребата, продуктът ще защити колелата за 4-6 месеца.
James Briggs Ltd. (Salmon Fields, Обединеното кралство), която се описва като една от най-големите европейски компании за битова химия, е друг клиент на AGM, използващ GNP дисперсии, за да разработи своя графенов антикорозионен грунд Hycote.Безцинковият бързосъхнещ аерозолен спрей има отлична адхезия към метали и пластмаси и се използва от хора като магазини за каросерии и потребители за спиране или предотвратяване на корозията на метални повърхности и за подготовка на тези повърхности за боядисване и покритие.Грундът осигурява повече от 1750 часа защита от корозия в съответствие с ASTM G-85, Приложение 5, както и отлични бариерни свойства и гъвкавост без напукване при конусен тест (ASTM D-522).живот на праймера.AGM заяви, че работи в тясно сътрудничество с клиентите по време на процеса на разработване на формулата, за да увеличи максимално свойствата с добавена стойност, като същевременно ограничи въздействието върху цената на продукта.
Броят и видовете подобряващи БНП продукти за грижа за автомобила на пазара нарастват бързо.Всъщност наличието на графен се рекламира като основно предимство в производителността и е подчертано в продуктовата диаграма.|James Briggs Ltd. (вляво), Halo Autocare Ltd. (горе вдясно) и Surface Protective Solutions LLCSurface Protective Solutions LLC (долу вдясно)
Антикорозионните покрития са нарастваща област на приложение за GNP, където наночастиците могат значително да удължат интервалите на поддръжка, да намалят щетите от корозия, да разширят гаранционната защита и да намалят разходите за управление на активи.|Hershey Coatings Co., Ltd.
ГНП все повече се използват в антикорозионни покрития и грундове в трудни (C3-C5) среди.Адриан Потс, главен изпълнителен директор на AGM, обясни: „Когато е правилно включен в покрития на основата на разтворители или вода, графенът може да придаде отлични антикорозионни свойства и да подобри контрола на корозията.“въздействие чрез удължаване на живота на активите, намаляване на честотата и разходите за поддръжка на активи, както и за продукти на водна основа или продукти, съдържащи по-токсични добавки като цинк, вече не се изискват или използват.област на фокус и възможност през следващите пет години.„Корозията е голяма работа, ръждата не е много приятна тема, защото представлява влошаване на активите на клиента, това е сериозен проблем“, добави той.
Клиент на AGM, който успешно пусна грунд за аерозолен спрей, е Halfords Ltd. със седалище във Вашингтон, Обединеното кралство, водещ британски и ирландски търговец на дребно на авточасти, инструменти, оборудване за къмпинг и велосипеди.Графеновият антикорозионен грунд на компанията не съдържа цинк, което го прави по-екологичен.Твърди се, че има отлична адхезия към метални повърхности, включително мека стомана, алуминий и Zintec, запълва малки повърхностни несъвършенства и изсъхва за 3-4 минути до матово покритие, което може да се шлайфа само за 20 минути.Той също така премина 1750 часа тестове със солен спрей и конус без напукване.Според Halfords, грундът има отлична устойчивост на увисване, позволява по-голяма дълбочина на покритието и осигурява отлични бариерни свойства за значително удължаване на живота на покритието.Освен това грундът има отлична съвместимост с последно поколение бои на водна основа.
Alltimes Coatings Ltd. от Страуд, Обединеното кралство, специалист в защитата от корозия на метални покриви, използва AGM дисперсии в своите течни покривни системи Advantage Graphene за промишлени и търговски сгради.Продуктът увеличава минималното тегло на покрива, устойчив е на атмосферни влияния и UV лъчи, не съдържа разтворители, летливи органични съединения (ЛОС) и изоцианати.Само един слой се нанася върху правилно подготвена повърхност, системата има удароустойчивост и висока еластичност, отлична разтегливост и без свиване след втвърдяване.Може да се нанася в температурен диапазон от 3-60°C/37-140°F и да се нанася отново.Добавянето на графен значително подобрява устойчивостта на корозия и продуктът е преминал 10 000-часовия тест за неутрален солен спрей (ISO9227:2017), удължавайки гаранционния живот на Autotech от 20 на 30 години.Въпреки че създава високоефективна бариера срещу вода, кислород и сол, микропорестото покритие е дишащо.За да улесни архитектурната дисциплина, Alltimes разработи систематична учебна програма за продължаващо професионално развитие (CPD).
Blocksil Ltd. от Личфийлд, Обединеното кралство, описва себе си като наградена компания за покрития, предоставяща усъвършенствани решения за спестяване на енергия и труд на клиенти в автомобилната, железопътната, строителната, енергийната, морската и космическата индустрия.Blocksil работи в тясно сътрудничество с AGM, за да разработи ново поколение MT антикорозионни покрития с подсилен с графен горен слой за конструкционна стомана в открити и корозивни среди.Предлага се в разнообразие от цветове, еднослойната система без VOC и разтворители е изключително устойчива на влага и е надминала 11 800 часа тестване на неутрален солен спрей за 50% по-голяма издръжливост от предишните продукти.За сравнение Blocksil казва, че непластифицираният поливинилхлорид (UPVC) обикновено издържа 500 часа при този тест, докато епоксидната боя издържа 250-300 часа.Компанията също така казва, че боята може да се нанася върху леко влажна стомана и предотвратява проникването на вода малко след нанасянето.Описан като повърхностно устойчив, той ще ръждясва, докато се отстранят свободните остатъци и се втвърдява без външна топлина, така че да може да се използва на полето.Покритието има широк диапазон на приложение от 0 до 60°C/32-140°F и е преминало строги тестове за пожар (BS476-3:2004, CEN/TS1187:2012-тест 4 (включително EN13501-5:2016-тест 4) 4)) са устойчиви на графити и имат отлична устойчивост на UV и атмосферни влияния.Съобщава се, че покритието е било използвано върху мачти на ракети-носители в RTÉ (Raidió Teilifís Éireann, Дъблин, Ирландия) и на комуникационни спътници в Avanti Communications Group plc (Лондон) и върху железопътни релси със сегментирани и паралелни колони (SSP), където премина EN45545 -2:2013, R7 до HL3.
Друга компания, използваща GNP-подсилени покрития за защита на метала, е глобалният автомобилен доставчик Martinrea International Inc. (Торонто), който използва леки автомобили с покритие от подсилен с графен полиамид (PA, наричан още найлон).(Поради добрите си термопластични свойства доставчикът от Монреал GNP NanoXplore Inc. достави на Martinrea изцяло композитно GNP/PA покритие.) Съобщава се, че продуктът намалява теглото си с 25 процента и осигурява превъзходна защита срещу износване, подобрена превъзходна здравина и подобрен химикал защита.устойчивостта не изисква промени в съществуващото производствено оборудване или процеси.Мартинреа отбеляза, че подобрената производителност на покритието може да разшири приложението му към по-широк набор от автомобилни компоненти, особено електрически превозни средства.
Със завършването на многобройни дългосрочни тестове, защитата от морска корозия и противообраставането вероятно ще се превърнат във важно приложение на GNP.В момента графеновата добавка Talga Group Ltd. се тества в реални океански условия на два големи кораба.Един от корабите току-що беше завършил 15-месечна инспекция и беше казано, че секции, покрити с грунд, подсилен с GNP, показват сравними или по-добри резултати от оригиналните проби без армировка, които вече показват признаци на корозия.|Targa Group Co., Ltd.
Много разработчици на бои и производители на графен работят усилено, разработвайки антикорозионни/противообразуващи покрития за морската индустрия.Предвид обширните и дългосрочни тестове, необходими за получаване на одобрение в тази област, повечето от компаниите, които интервюирахме, посочиха, че техните продукти все още са във фаза на тестване и оценка и споразуменията за неразкриване на информация (NDA) им пречат да обсъждат работата си в поле.всеки заяви, че тестовете, проведени до момента, са показали значителни ползи от включването на GNP в морските настилки.
Една компания, която не успя да разясни работата си, е базираната в Сингапур 2D Materials Pte.Ltd., която започна да произвежда БНП в лабораторен мащаб през 2017 г. и в търговски мащаб миналата година.Нейните графенови продукти са специално проектирани за бояджийската индустрия и компанията каза, че работи с двама от най-големите доставчици на морски антикорозионни покрития от 2019 г. за разработване на бои и покрития за сектора.2D Materials също каза, че работи с голяма стоманодобивна компания за включване на графен в масла, използвани за защита на стоманата по време на транспортиране и съхранение.Според Chwang Chie Fu, експерт по прилагането на 2D материали, "графенът има най-голямо влияние върху функционалните покрития."„Например, за антикорозионните покрития в морската индустрия, цинкът е една от основните съставки.Графенът може да се използва за намаляване или заместване на цинка в тези покрития.Добавянето на по-малко от 2% графен може значително да увеличи живота на тези покрития, което означава, че това го прави много привлекателно предложение за стойност, което е трудно да се откаже.”
Talga Group Ltd. (Пърт, Австралия), компания за аноди за батерии и графен, основана през 2010 г., обяви по-рано тази година, че нейната графенова добавка Talcoat за праймери е показала положителни резултати при тестове в реални световни океани.Добавката е специално формулирана за използване в морски покрития за подобряване на устойчивостта на корозия, намаляване на загубата на боя във водните екосистеми и подобряване на производителността чрез увеличаване на интервала на сух док.По-специално, тази диспергируема в сухо състояние добавка може да бъде включена в покрития in situ, което представлява значително търговско развитие на GNP продукти, които обикновено се доставят като течни дисперсии, за да се осигури добро смесване.
През 2019 г. добавката беше предварително смесена с двукомпонентен епоксиден грунд от водещ доставчик на покрития и нанесена върху корпуса на голям 700m²/7535ft² контейнерен кораб като част от морско изпитание за оценка на ефективността на покритието в сурови морски среди.(За да се осигури реалистична базова линия, на друго място беше използван традиционен етикетиран праймер, за да се разграничи всеки продукт. След това и двата праймера бяха покрити с горно покритие.) По това време това приложение се смяташе за най-голямото приложение на графен в света.Корабът е подложен на 15-месечна инспекция и според съобщенията секциите, покрити с GNP подсилен грунд, са се представили сравнимо или по-добре от базовата линия без армировка, която вече показва признаци на корозия.Вторият тест включваше апликатора за боя да смеси прахообразната добавка GNP на място с друга двукомпонентна епоксидна боя от друг водещ доставчик на бои и да я напръска върху значителна част от голям контейнер.Две съдебни дела все още се водят.Талга отбеляза, че свързаните с пандемията ограничения за пътуване продължават да влияят на международните пътувания, като забавят новините за това как покритието работи на втория кораб.Окуражени от тези резултати, се казва, че Talga разработва морски покрития против замърсяване, антимикробни покрития за метал и пластмаса, антикорозионни покрития за обемисти метални части и бариерни покрития за пластмасови опаковки.
Проектът за развитие на GNP, обявен през март от Advanced Materials Research Laboratory Toray Industries, Inc. (Токио), привлече интереса на разработчиците на формули за покритие, включително създаването на ултрафин дисперсионен графенов разтвор, за който се твърди, че показва отлична течливост.Висока проводимост, комбинирана с висока електрическа и топлопроводимост.Ключът към разработката е използването на уникален (неназован) полимер, за който се твърди, че контролира вискозитета чрез инхибиране на агрегацията на графенови нанолистове, като по този начин решава дългогодишния проблем със създаването на силно концентрирани GNP дисперсии.
В сравнение с конвенционалните GNP дисперсии, новият високофлуиден продукт на Toray, който съдържа уникален полимер, който контролира вискозитета чрез предотвратяване на агрегацията на графенови наночастици, произвежда силно концентрирани, ултра фини GNP дисперсии с висока термична и електрическа проводимост и повишена течливост за лесна работа и смесване.|Torey Industries Co., Ltd.
„По-тънкият графен има тенденция да се агрегира по-лесно, което намалява течливостта и затруднява нанасянето на дисперсионно смесени продукти“, обяснява изследователят на Toray Eiichiro Tamaki.„За да се избегне проблемът със залепването, наноплаките обикновено се разреждат в разтвор с ниска концентрация.Това обаче затруднява постигането на достатъчна концентрация, за да се възползваме напълно от графена.ултра фина GNP дисперсия и повишена течливост за лесно боравене и смесване.Говори се, че първоначалните приложения включват батерии, електронни схеми за печат и антикорозионни покрития за предотвратяване на проникването на вода и кислород.Компанията проучва и произвежда графен от 10 години и твърди, че е разработила дисперсионна технология, за да направи графена по-достъпен.Изследователите вярват, че уникалният полимер засяга както самите нанолистове, така и дисперсионната среда, отбеляза Тамаки, като каза, че работи особено добре със силно полярни разтворители.
Предвид всички потенциални ползи, които GNP предлага, не е изненадващо, че над 2300 патента, свързани с GNP, са издадени на бизнеса и академичните среди.Експертите прогнозират значителен растеж за тази технология, като казват, че ще засегне повече от 45 индустрии, включително бои и покрития.Елиминирани са няколко важни фактора, възпрепятстващи растежа.Първо, опасенията за околната среда, здравето и безопасността (EHS) могат да бъдат проблем за новите наночастици, тъй като регулаторното одобрение (напр. системата REACH (Регистрация, оценка, разрешаване и ограничаване на химикали) на Европейския съюз) е облекчено.В допълнение, редица доставчици са тествали широко GNP армиращите материали, за да разберат по-добре какво се случва при пръскане.Производителите на графен бързо отбелязват, че тъй като GNP е направен от естествено срещащия се минерал графит, техният процес по своята същност е по-екологичен от много други добавки.Второто предизвикателство е получаването на достатъчно на достъпна цена, но това също се решава, тъй като производителите разширяват своите производствени системи.
„Основната пречка за въвеждането на графен в индустрията е производственият капацитет на производителите на графен, съчетан с исторически високата цена на продукта“, обяснява Тарек Джалул от Lead Carbon Technologies, технологичен проект на NanoXplore.„Тези две препятствия се преодоляват и подобрените с графен продукти навлизат в комерсиалната фаза, тъй като разликата в мощността и цената намалява.Например, моята собствена компания е основана през 2011 г. и сега може да произвежда 4000 t/t годишно, според IDTechEx Research (Бостън), ние сме най-големият производител на графен в света.Нашето ново производствено съоръжение е напълно автоматизирано и има модулна структура, която може лесно да бъде копирана, ако е необходимо разширяване.Друга основна пречка пред индустриалните приложения на графен е липсата на регулаторно одобрение, но това се случва сега.
„Свойствата, предлагани от графен, могат да окажат голямо влияние върху индустрията за бои и покрития“, добавя Велзин.„Въпреки че графенът има по-висока цена на грам от другите добавки, той се използва в толкова малки количества и осигурява толкова положителни ползи, че дългосрочната цена е достъпна.разработване на графенови покрития??
„Това нещо работи и можем да покажем, че е наистина добро“, добави Потс.„Добавянето на графен към рецепта, дори в много малки количества, може да осигури трансформационни свойства.“
Peggy Malnati is a regular contributor to PF’s sister publications CompositesWorld and MoldMaking Technology magazines and maintains contact with clients through her regional office in Detroit. pmalnati@garpub.com
Маскирането се използва при повечето металообработващи операции, при които трябва да се обработят само определени участъци от повърхността на детайла.Вместо това маскирането може да се използва върху повърхности, където обработката не е необходима или трябва да се избягва.Тази статия обхваща много аспекти на маскирането на металното покритие, включително приложения, техники и използваните различни видове маскиране.
Подобрената адхезия, повишената устойчивост на корозия и мехури и намаленото взаимодействие на покритието с частите изискват предварителна обработка.
Време на публикуване: 28 ноември 2022 г