Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices



Download 12,13 Mb.
Pdf ko'rish
bet136/213
Sana10.06.2022
Hajmi12,13 Mb.
#650360
1   ...   132   133   134   135   136   137   138   139   ...   213
Bog'liq
Automotive Coatings Formulation Ulrich Poth - Chemistry, Physics und Practices (2008, Vincentz Network) - libgen.li

3.7.3.4 Rheological additives
As already described, rheological additives are necessary for immobilising the orientation of alu-
minium flakes during film forming. Preferred additives are those that do not generate a certain 
degree of structural viscosity until physical drying starts. The advantage is that such additives do 
not increase the application viscosity or lower the application solids. The viscosity curves shown 
in Figure 3.7.7 as a function of the shear rate of basecoats containing optimum additives illustrate 
how structural viscosity arises and increases during physical drying.
Various classes of materials make suitable rheological additives: modified bentonites (swellable 
by solvents), polyethylene wax dispersions (prepared by precipitation in solvents of hot wax 
solutions), crystalline ureas (low-molecular weights, precipitated 
in situ
 
from primary amines 
and polyisocyanates during formation in a resin solution), polyamides and polyurethanes which 
are partly crystalline.
3.7.3.5 Effect substances
The first effect substances to be used for coatings and which are still the most important are 
alu-
minium flakes
. These pigments contain highly pure aluminium.
Physical data of pure aluminium for pigments 
[127]
:
Melting temperature 
660.2 °C
Boiling temperature 
2495 °C
Density (20 °C) 
2.699 g/cm³
Density (liquid, at 660.2 °C) 
2.357 g/cm³
Crystal structure 
Cubic, lattice length 4.0496 * 10
-10
m at 298 K
Electrical resistance 
2.5 µ

cm
Aluminium is essentially obtained 
from pure aluminium oxide (Al
2
O
3
). 
Pure aluminium oxide is rare in 
Nature but is found in the minerals 
corundum and natural emery. Corun-
dum is also the essential ingredient 
of rubies and sapphires. Relatively 
high quantities are contained in 
bauxite (50 to 60 % by weight Al
2
O
3

plus silica). However, various ben-
tonites lend themselves to the 
preparation of aluminium metal as 
well. A number of dressing proce-
dures are employed to separate the 
aluminium oxide from by-products 
such as silica and iron oxides.
The aluminium metal is prepared 
from aluminium oxide by elec-
trolysis in a fused state. Since pure 
Figure 3.7.7: Change in viscosity of basecoats containing 
rheological additives during physical drying
Automotive OEM coatings


147
aluminium oxide has a melting temperature of 2,050 °C, a flux has to be used. A suitable flux is 
cryolite (Greenland spar, sodium hexafluoroaluminate, Na
3
AlF
6
) which in the past was mined in 
Greenland, but now is made synthetically by making aluminium oxide react with hydrofluoric acid 
and sodium carbonate. The melting temperature is 1,010 °C. The eutectic mixture of cryolite (81.5 % 
by weight) and aluminium oxide (18.5 % by weight) melts at 935 °C. The electrolysis is initiated 
by adding aluminium metal to increase the conductivity and is carried out at 940 to 985 °C. The 
cryolite dissociates into sodium and hexafluoroaluminate ions. Hexafluoroaluminate reacts with 
aluminium oxide to form fluoroxoaluminates. All aluminate ions are decomposed to aluminium 
ions and fluoride ions. The theoretical decomposition voltage is 2.2 Volts, but to overcome the elec-
trical resistance a higher voltage of 6 to 7 Volts is chosen. The excess current power is converted 
into heat to boost the melting process. The discharged aluminium is deposited on the cathode, 
which is the floor of the electrolysis cell. The sodium is not discharged. When the voltage rises, 
more aluminium oxide is added. The molten aluminium is covered and protected from oxidation 
by the overlying melt, and can be removed from the cell. The electrodes are made of carbon. Since 
oxygen is formed at the anode, the carbon is oxidized and must be replaced. Aluminium prepared 
by this process has a purity of more than 99.9 % by weight.
Aluminium of such high purity is suitable for the preparation of aluminium pigment flakes. The 
pure metal is easy to shape (it is ductile). In addition, there is the advantage that pure aluminium 
is much more resistant to chemicals (acids) and more weather resistant than aluminium that 
might contain small quantities of silica or iron oxide. The pigments are produced by atomising 
melted metal in a cyclone. The resultant powders are passed through screens. Wetting materi-
als, e.g. fatty acids and aromatic hydrocarbons to act as solvent, are added to batches of defined 
particle size which are then shaped in ball mills. The resultant slurries are screened again and 
the excess solvent is removed. In a kneader, other solvents and additives are added. The delivery 
form is a paste containing mainly 65 % by weight aluminium and 35 % aromatic hydrocarbons, 
along with small quantities of additives.
Aluminium pigments are either leafing or non-leafing, the difference arising from the degree 
of surface treatment. Leafing types are covered with wetting agents which are solid, very non-
polar, and not easy to remove from the flake surface (e.g. stearic acid). After application of paints 
containing leafing pigments, the aluminium flakes float on the surface to form a mirror-like layer 
(like leaves on a lake). Non-leafing effect pigments are covered with liquid, more polar additives 
that are removable (e.g. oleic acid or fatty amines). Such pigments are distributed within the film 
layer, and do not float on the surface.
Leafing types are suitable for heat-resistant paints and corrosion-protection paints. They can 
also be used to create coating layers with a so-called chrome effect. Such effect coatings are very 
sensitive and cannot be recoated. Non-leafing types are suitable for metallic basecoats because 
distribution of the particles is one of the preconditions for the flip-flop effect. Different influences 
govern the effect created by aluminium flake pigments. Most important – of course – are optimum 
distribution in the basecoat layer, efficient wetting of the particle surfaces, and good compatibility 
with the resin matrix. Also important are the viscosity, the application solids, the application 
process and its conditions, and the type of clearcoat and its method of application. Shrinking and 
the effect of rheological additives during film forming by physical drying are important for immo-
bilising the aluminium particles to achieve the requisite metallic effect. The effect also depends 
on the particle size of the aluminium pigments, the particle size distribution, and the shape of the 
particles. The conventional process of atomising and milling aluminium yields irregularly shaped 
flakes. These are called “corn-flake” aluminium 
[128]
because of their shape under a microscope. 
Figure 3.7.8 (page 148) shows scanning electron microscope (SEM) micrographs of conventionally 
prepared aluminium pigments after atomization and milling. 
Basecoats


148

Download 12,13 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   132   133   134   135   136   137   138   139   ...   213




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish