ナノサイズの粒子の割合は、金属の保護塗料、コーティング、プライマー、およびワックスの有効性を大幅に向上させます。
グラフェン ナノシートを使用して性能を大幅に向上させることは、比較的新しいものの、塗料業界で急速に成長している応用分野です。
グラフェン ナノシート (NNP) は、金属保護製品での使用はかなり新しいものであり、ここ数年で商品化されたばかりですが、プライマー、コーティング、塗料、ワックス、さらには潤滑剤の特性に大きな影響を与えることが証明されています。典型的な圧力制御比は数十分の一から数パーセントまで変化しますが、GNP の正しい添加は多機能添加剤となり、コーティングの耐用年数と耐久性を大幅に延ばし、耐薬品性、耐腐食性、耐酸化性および摩耗を改善します。抵抗。;表面が水や汚れを簡単に取り除くのにも役立ちます。さらに、GNP はしばしば相乗剤として作用し、有効性を犠牲にすることなく、他のサプリメントが低濃度でより効果的に作用するのを助けます.グラフェンナノシートは、自動車のシーラント、スプレー、ワックスから、自動車メーカー、建築請負業者、さらには消費者が使用するプライマーや塗料に至るまで、金属保護製品ですでに商業的に使用されています。より多くの用途 (海洋防汚/防食プライマーや塗料など) がテストの最終段階にあると報告されており、今後数年間で商品化される予定です。
マンチェスター大学 (マンチェスター、英国) の研究者は、2004 年に単層グラフェンを初めて分離し、2010 年のノーベル物理学賞を受賞しました。グラフェン ナノシート — さまざまなベンダーからさまざまな粒子の厚さと中程度のサイズで入手できる多層形態のグラフェン — は、平らな/うろこ状のナノサイズの 2D 形態の炭素です。他のナノ粒子と同様に、ポリマーフィルム、プラスチック/複合部品、コーティング、さらにはコンクリートなどの巨視的な製品の特性を変更および改善する GNP の能力は、それらの小さなサイズとは完全に釣り合っていません。たとえば、GNP 添加剤の平らで幅が広く薄い形状は、コーティングの厚さを増やさずに効果的な表面被覆を提供するのに理想的です。逆に、コーティング性能を向上させる効果があるということは、多くの場合、必要なコーティングが少なくて済むか、より薄いコーティングを適用できることを意味します。GNP 材料はまた、非常に高い表面積 (2600 m2/g) を持っています。適切に分散すると、化学物質やガスに対するコーティングのバリア特性が大幅に向上し、腐食や酸化に対する保護が向上します。さらに、トライボロジーの観点からは、表面せん断が非常に低く、耐摩耗性と滑り係数の向上に寄与し、コーティングの耐スクラッチ性を向上させ、汚れ、水、微生物、藻類などをはじきます。これらを考慮すると、少量の GNP 添加剤でさえ、業界が毎日使用する膨大な数の製品の特性を改善するのに非常に効果的である理由を理解するのは簡単です.
それらは、他のナノ粒子と同様に大きな可能性を秘めていますが、グラフェン ナノシートを塗料開発者やプラスチックの調合者でさえ使用できる形で分離および分散させることは容易ではありません。プラスチック、フィルム、およびコーティングで使用するための効率的な分散 (および保存安定性のある製品への分散) のためにナノ粒子のより大きな凝集体を剥離することは、困難であることが証明されています。
商用GNP企業は通常、さまざまな形態（単層、多層、さまざまな平均直径、場合によっては化学的機能が追加されたもの）とさまざまなフォームファクター（乾燥粉末および液体[溶媒ベース、水ベース、または樹脂-ベース] さまざまなポリマー システムの分散)。商業化が最も進んでいるメーカーは、他の重要な特性に悪影響を与えることなく塗料の品質を向上させるために、最も効率的な希釈率で特性の最良の組み合わせを見つけるために、塗料の調合者と緊密に協力していると述べています.以下は、金属の保護コーティングの分野での仕事について話し合うことができるいくつかの企業です。
カーケア製品は、塗料業界におけるグラフェンの最初の最も重要な用途の 1 つでした。写真: Surf Protection Solutions LLC
グラフェン金属保護製品の最初の商用アプリケーションの 1 つは、自動車のトリムでした。液体、エアロゾル、またはワックスのいずれの処方で使用される場合でも、これらの高性能カーケア製品は自動車の塗装またはクロムに直接塗布でき、光沢と画像の深度 (DOI) を改善し、車の清掃を容易にし、クレンジングおよびブロードニング特性を維持します。プロテクションは従来品よりもはるかに優れています。消費者に直接販売されるものもあれば、美容院のみに販売されるものもある GNP 強化製品は、セラミック (酸化物) 強化製品 (シリカ、二酸化チタン、またはその両方を含む) と競合します。GNP を含む製品は、セラミック コーティングでは提供できないいくつかの重要な利点を提供するため、性能が高く、価格が高くなります。グラフェンの高い熱伝導率は効果的に熱を放散し、フードやホイールに使用される製品に恩恵をもたらします。グラフェンの高い電気伝導率は静電気を放散し、ほこりが付着しにくくします。大きな接触角 (125 度) により、GNP コーティングはより速く効率的に流れ、ウォーター スポットを減らします。優れた研磨性とバリア性により、傷、紫外線、化学薬品、酸化、反りから塗料をよりよく保護します。透明度が高いため、GNP ベースの製品は、この分野で非常に人気のある光沢のある反射する外観を維持できます。
ウィスコンシン州グラフトンに本拠を置く Surface Protect Solutions LLC (SPS) は、この市場セグメントで強力な足場を持つ製剤メーカーであり、何年も持続する耐久性のある溶剤ベースのグラフェン コーティングと、グラフェンで強化された水性塗料を販売しています。数ヶ月持続するクイックタッチアップ用美容液。どちらの製品も現在、訓練を受けた認可を受けたエステティシャンのみが利用できますが、近い将来、化粧品やその他のアフターケア製品を消費者に直接提供する計画があります.対象となる用途は、乗用車、トラック、オートバイなどで、その他の製品は家庭用やボート用にも実用化されつつあると言われています。(SPS は、表面に UV 保護を提供するアンチモン/スズ酸化物製品も提供しています。)
「従来のカルナバ ワックスとシーラントは、塗装面を数週間から数か月保護できます」と、SPS 社長の Brett Welsien 氏は説明します。「2000年代半ばに市場に導入されたセラミックコーティングは、基材へのより強力な結合を形成し、何年にもわたる耐UV性と耐薬品性、セルフクリーニング表面、より高い耐熱性、および改善された光沢保持を提供します.ただし、弱点は水垢。2015 年に時を進め、添加剤としてのグラフェンの研究が開始されました。 GNP に基づいて同社の製品を開発する中で、研究者は、水の染みや表面の染み (鳥の糞、樹液、昆虫、刺激の強い化学物質との接触によるもの) が平均 50% 減少し、耐摩耗性が向上したことを発見しました。より低い摩擦係数に。
Applied Graphene Materials plc (AGM、レッドカー、英国) は、カーケア製品を開発している多くの顧客に GNP 分散液を供給する会社です。創業 11 年のグラフェン メーカーである同社は、コーティング、複合材、機能性材料における GNP 分散液の開発と応用における世界的リーダーであると自負しています。実際、AGM は現在、塗料およびコーティング業界が同社のビジネスの 80% を占めていると報告しています。これはおそらく、その技術チームの多くのメンバーが塗料およびコーティング業界から来ているためであり、AGM が 2 つのコンパイラの問題点を理解するのに役立ち、最終的には .ユーザー。.
Halo Autocare Ltd. (ストックポート、英国) は、AGM の Genable GNP 分散液を 2 つの EZ カーケア ワックス製品に使用しています。2020 年にリリースされたボディ パネル用のグラフェン ワックスは、T1 カルナウバ ワックス、蜜蝋、フルーツ ナッツ オイルをポリマー、湿潤剤、GNP と組み合わせて、表面の水の挙動を変化させ、長期的な保護、優れたウォーター ビーズとフィルム、低汚れの収集を提供します。お手入れが簡単で、鳥の糞をなくし、水垢を大幅に減らします。グラフェン アロイ ホイール ワックスには、これらすべての利点がありますが、高温、ホイールおよび排気チップの摩耗の増加に対応するように特別に設計されています。GNP は、高温マイクロクリスタリン ワックス、合成油、ポリマー、および硬化性樹脂システムのベースに添加されます。Halo によると、使用状況にもよりますが、この製品は 4 ～ 6 か月間ホイールを保護します。
James Briggs Ltd. (Salmon Fields, UK) は、ヨーロッパ最大の家庭用化学会社の 1 つと自称していますが、GNP 分散液を使用して Hycote グラフェン防食プライマーを開発している AGM のもう 1 つの顧客です。亜鉛を含まない速乾性エアゾール スプレーは、金属やプラスチックへの優れた接着性を備えており、金属表面の腐食を防止または防止し、塗装やコーティングのためにそれらの表面を準備するために、ボディ ショップや消費者などの人々によって使用されています。このプライマーは、ASTM G-85、付録 5 に従って 1750 時間以上の腐食保護を提供するだけでなく、コーン テスト (ASTM D-522) で割れることなく、優れたバリア特性と柔軟性を提供します。プライマー寿命。AGM は、製品コストへの影響を制限しながら付加価値特性を最大化するために、製剤開発プロセス中に顧客と緊密に協力したと述べました。
市場に出回っている GNP を高めるカーケア製品の数と種類は急速に増加しています。実際、グラフェンの存在は主要なパフォーマンス上の利点として宣伝されており、製品チャートで強調されています。| |James Briggs Ltd. (左)、Halo Autocare Ltd. (右上)、および Surface プロテクティブ ソリューション LLCSurface プロテクティブ ソリューション LLC (右下)
防食コーティングは、GNP の用途が拡大している分野であり、ナノ粒子はメンテナンス間隔を大幅に延長し、腐食による損傷を減らし、保証保護を延長し、資産管理コストを削減することができます。| |ハーシーコーティングス株式会社
GNP は、困難な (C3 ～ C5) 環境での防食コーティングおよびプライマーでますます使用されています。AGM の CEO である Adrian Potts 氏は、次のように説明しています。資産の寿命を延ばし、資産のメンテナンスの頻度とコストを削減し、水ベースの製品または亜鉛などのより毒性の高い添加物を含む製品は、もはや必要または使用されないことによる影響。今後5年間の焦点と機会の分野。「腐食は大問題です。錆はクライアントの資産の劣化を表しているため、あまり喜ばしい話題ではありません。深刻な問題です」と彼は付け加えました。
エアゾール スプレー プライマーの発売に成功した AGM の顧客は、英国ワシントンに本拠を置く Halfords Ltd. です。Halfords Ltd. は、自動車部品、工具、キャンプ用品、自転車の大手英国およびアイルランドの小売業者です。同社のグラフェン防食プライマーは亜鉛を含まないため、より環境に優しいものになっています。軟鋼、アルミニウム、ジンテックなどの金属表面への優れた接着性があり、表面の小さな欠陥を埋めて 3 ～ 4 分で乾燥し、わずか 20 分でサンディング可能なつや消し仕上げになると言われています。また、1,750 時間の塩水噴霧試験とコーン試験にクラックなしで合格しました。Halfords によると、このプライマーは優れた耐垂れ性を備え、より深いコーティングを可能にし、優れたバリア特性を提供してコーティングの寿命を大幅に延ばします。さらに、このプライマーは、最新世代の水性塗料との優れた適合性を備えています。
金属屋根の腐食防止の専門家である英国ストラウドの Alltimes Coatings Ltd. は、工業用および商業用建物の Advantage Graphene 液状屋根システムに AGM 分散液を使用しています。この製品は屋根の最小重量を増加させ、耐候性と耐紫外線性があり、溶剤、揮発性有機化合物 (VOC)、およびイソシアネートを含みません。適切に準備された表面に 1 つの層のみが適用され、システムは耐衝撃性と高い弾性、優れた拡張性を備え、硬化後の収縮がありません。3 ～ 60°C/37 ～ 140°F の温度範囲で貼り付けて、再度貼り付けることができます。グラフェンの追加により耐食性が大幅に向上し、製品は 10,000 時間の中性塩水噴霧試験 (ISO9227:2017) に合格しており、Autotech の保証期間が 20 年から 30 年に延長されています。水、酸素、塩分に対して非常に効果的なバリアを作成するにもかかわらず、微孔性コーティングは通気性があります。建築分野を促進するために、オールタイムズは体系的な継続的専門能力開発 (CPD) カリキュラムを開発しました。
英国のリッチフィールドにある Blocksil Ltd. は、自動車、鉄道、建設、エネルギー、海洋、航空宇宙産業の顧客に高度な省エネルギーおよび省力ソリューションを提供する受賞歴のあるコーティング会社であると自負しています。Blocksil は AGM と緊密に協力して、開放的で腐食性の高い環境における構造用鋼のグラフェン強化最上層を備えた新世代の MT 防食コーティングを開発しました。さまざまな色が用意されており、VOC および無溶剤のシングル コート システムは非常に耐湿性が高く、11,800 時間を超える中性塩水噴霧試験で、以前の製品よりも 50% 高い耐久性を実現しています。対照的に、Blocksil は、このテストで可塑化されていないポリ塩化ビニル (UPVC) は通常 500 時間持続するのに対し、エポキシ塗料は 250 ～ 300 時間持続すると述べています。同社はまた、塗料はわずかに湿った鋼に塗布でき、塗布後すぐに水の浸入を防ぐと述べています。表面耐性があると説明されており、遊離した破片が取り除かれる限り錆び、外部の熱なしで硬化するため、現場で使用できます.このコーティングは、0 ～ 60°C/32-140°F の広い適用範囲を持ち、厳しい火災試験 (BS476-3:2004、CEN/TS1187:2012-Test 4 (EN13501-5:2016-test 4 を含む)) に合格しています。 ). 4)) 耐落書き性があり、優れた耐紫外線性と耐候性を備えています。このコーティングは、RTÉ (Raidió Teilifís Éireann、ダブリン、アイルランド) のランチャー マスト、Avanti Communications Group plc (ロンドン) の通信衛星、および EN45545 に合格した分割平行柱 (SSP) 線路で使用されたと報告されています。 -2:2013、R7 から HL3 へ。
金属を保護するために GNP 強化コーティングを使用している別の企業は、グラフェン強化ポリアミド (PA、ナイロンとも呼ばれる) コーティングされた乗用車を使用する世界的な自動車サプライヤー Martinrea International Inc. (トロント) です。(その優れた熱可塑性特性のため、モントリオールのサプライヤーである GNP NanoXplore Inc. は、Martinrea にオールコンポジット GNP/PA コーティングを提供しました。) この製品は、重量を 25% 削減し、優れた耐摩耗性、強化された優れた強度、および改善された化学薬品を提供すると報告されています。保護。耐性は、既存の生産設備やプロセスを変更する必要はありません。Martinrea 氏は、コーティングの性能が向上したことで、その用途がより広い範囲の自動車部品、特に電気自動車に広がる可能性があると述べました。
多数の長期試験の完了により、海洋防食および防汚はGNPの重要な用途になる可能性があります。グラフェン添加剤 Talga Group Ltd. は現在、2 隻の大型船で実際の海洋条件でテストされています。船舶の 1 つは 15 か月の検査を完了したばかりで、GNP 強化プライマーでコーティングされたセクションは、すでに腐食の兆候を示していた強化なしの元のサンプルと同等以上の結果を示したと言われています。| |株式会社タルガグループ
多くの塗料開発者とグラフェン メーカーは、海洋産業向けの防食/防汚コーティングの開発に熱心に取り組んできました。この分野で承認を得るために必要な広範かつ長期的なテストを考えると、私たちがインタビューしたほとんどの企業は、自社の製品はまだテストおよび評価段階にあり、秘密保持契約 (NDA) により、彼らの仕事について議論することはできません。分野。それぞれが、これまでに実施されたテストでは、GNP を海の舗装に組み込むことで大きな利益が得られることが示されていると述べています。
シンガポールに本拠を置く 2D Materials Pte.同社は、2017 年に実験室規模で、昨年は商業規模で GNP の生産を開始しました。同社のグラフェン製品は塗料業界向けに特別に設計されており、同社は2019年以来、この分野向けの塗料とコーティングを開発するために、最大の海洋防食コーティングサプライヤーの2社と協力してきたと語った.2D Materials はまた、大手鉄鋼会社と協力して、輸送中および保管中に鉄鋼を保護するために使用されるオイルにグラフェンを組み込むことも行っていると述べました。2D 材料の応用の専門家である Chwang Chie Fu 氏によると、「グラフェンは機能性コーティングに最も大きな影響を与えます。」「たとえば、海洋産業の防食コーティングでは、亜鉛が主成分の 1 つです。グラフェンは、これらのコーティングの亜鉛を削減または置換するために使用できます。2% 未満のグラフェンを追加するだけで、これらのコーティングの寿命を大幅に延ばすことができます。これは、これが拒否しにくい非常に魅力的な価値提案になることを意味します。」
2010 年に設立されたバッテリー アノードおよびグラフェンの会社である Talga Group Ltd. (オーストラリア、パース) は、プライマー用の Talcoat グラフェン添加剤が実際の海洋試験で肯定的な結果を示したことを今年初めに発表しました。この添加剤は、耐腐食性を向上させ、水生生態系における塗料の損失を減らし、乾ドック間隔を延ばして性能を向上させるために、船舶用コーティングで使用するために特別に配合されています。特に、この乾式分散性添加剤は、その場でコーティングに組み込むことができます。これは、通常、良好な混合を確保するために液体分散体として供給される GNP 製品の重要な商業的発展を表しています。
2019 年、この添加剤は主要なコーティング サプライヤーの 2 液型エポキシ プライマーと事前に混合され、過酷な海洋環境でのコーティングの性能を評価するための海上試験の一環として、700m²/7535ft² の大型コンテナ船の船体に塗布されました。(現実的なベースラインを提供するために、各製品を区別するために従来の標識プライマーが別の場所で使用されました。その後、両方のプライマーがトップコートされました。)当時、この用途は世界最大のグラフェン用途と見なされていました。船舶は 15 か月の検査を受け、GNP 強化プライマーでコーティングされたセクションは、すでに腐食の兆候を示していた強化なしのベースラインと同等以上の性能を発揮したと報告されています。2 番目のテストでは、塗料アプリケーターに現場で粉状の GNP 添加剤を別の大手塗料サプライヤーからの別の 2 液型エポキシ塗料と混合させ、大型コンテナの大部分にスプレーさせました。2 件の訴訟が現在も進行中です。タルガ氏は、パンデミック関連の旅行制限が引き続き海外旅行に影響を与えており、2 隻目の船で報道がどのように機能しているかについてのニュースが遅れていると指摘しました。これらの結果に後押しされて、Talga は防汚船舶用コーティング、金属およびプラスチック用の抗菌コーティング、かさばる金属部品用の防食コーティング、およびプラスチック包装用のバリア コーティングを開発していると言われています。
東レ株式会社先端材料研究所（東京）が3月に発表したGNP開発プロジェクトは、流動性に優れるとされる超微分散グラフェン溶液の創出など、コーティング剤開発者の関心を集めました。高い導電性と高い熱伝導性を兼ね備えた高伝導性。開発の鍵は、グラフェンナノシートの凝集を阻害することによって粘度を制御すると言われている独自の (名前のない) ポリマーの使用であり、それによって高濃度の GNP 分散液を作成するという長年の問題を解決します。
従来のGNP分散液に比べ、グラフェンナノ粒子の凝集を抑えて粘度を制御する独自のポリマーを含む東レの高流動性新製品は、高い熱伝導性と電気伝導性を備えた高濃度の超微細GNP分散液を生成し、取り扱いや取り扱いが容易な流動性を高めます。混合。| |東レ工業株式会社
「グラフェンが薄いほど凝集しやすくなるため、流動性が低下し、分散ブレンド製品を適用しにくくなります」と、東レの研究員である玉木栄一郎は説明しています。「付着の問題を避けるために、ナノプレートは通常、低濃度の溶液で希釈されます。しかし、これはグラフェンを最大限に活用するのに十分な濃度を達成することを困難にします.」超微細なGNP分散と増加した流動性により、取り扱いとブレンドが容易になります。初期の用途としては、電池、印刷用電子回路、水分や酸素の侵入を防ぐ防食コーティングなどが挙げられる。同社は 10 年間グラフェンの研究と製造を行っており、グラフェンをより手頃な価格にするための分散技術を開発したと主張しています。研究者は、ユニークなポリマーがナノシート自体と分散媒体の両方に影響を与えると信じており、玉木氏は、極性の高い溶媒で特にうまく機能すると述べています.
GNP が提供するすべての潜在的な利点を考えると、2,300 を超える GNP 関連の特許が企業や学界に発行されていることは驚くことではありません。専門家は、この技術の大幅な成長を予測しており、塗料やコーティングを含む 45 以上の産業に影響を与えると述べています。成長を妨げるいくつかの重要な要因が排除されます。第 1 に、環境、健康、安全 (EHS) の懸念は、規制承認 (例えば、欧州連合の REACH (化学物質の登録、評価、認可および制限) システム) が緩和されるにつれて、新しいナノ粒子にとって問題になる可能性があります。さらに、多くのサプライヤーが GNP 補強材を広範囲にテストして、スプレーしたときに何が起こるかをよりよく理解しています。グラフェン メーカーは、GNP が天然の鉱物グラファイトから作られているため、他の多くの添加剤よりも本質的に環境に優しいと指摘しています。2 つ目の課題は、手頃な価格で十分な量を入手することですが、メーカーが生産システムを拡張するにつれて、これにも対処しています。
NanoXplore 技術プロジェクトである Lead Carbon Technologies の Tarek Jalloul は次のように説明しています。「これら 2 つのハードルは克服されつつあり、グラフェン強化製品は、電力と価格のギャップが縮小するにつれて商業段階に入りつつあります。たとえば、私自身の会社は 2011 年に設立され、IDTechEx Research (ボストン) によると、現在年間 4,000 トン/トンを生産できます。当社は世界最大のグラフェン メーカーです。当社の新しい製造施設は完全に自動化されており、拡張が必要な場合に簡単に複製できるモジュラー構造になっています。グラフェンの産業用途に対するもう 1 つの大きな障壁は、規制当局の承認が得られていないことですが、これは現在起きていることです。」
「グラフェンが提供する特性は、塗料およびコーティング業界に大きな影響を与える可能性があります」と Velzin 氏は付け加えます。「グラフェンは他の添加剤よりもグラムあたりのコストが高くなりますが、使用量が非常に少なく、長期的なコストが手頃な価格であるという利点があります。グラフェン?コーティングを開発??
「これは機能し、本当に優れていることを示すことができます」と Potts 氏は付け加えました。「レシピにグラフェンを加えると、ごく少量であっても、変化をもたらす特性を提供できます。」
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
マスキングは、部品の表面の特定の領域のみを処理する必要があるほとんどの金属仕上げ操作で使用されます。代わりに、マスキングは、処理が不要または避けるべき表面に使用できます。この記事では、アプリケーション、テクニック、使用されるさまざまな種類のマスキングなど、金属仕上げマスキングの多くの側面について説明します。
接着性の向上、耐腐食性とブリスター耐性の向上、部品とのコーティング相互作用の低減には、前処理が必要です。
投稿時間: 2022 年 11 月 28 日