專利名稱：邊界破壞油漆、涂料和粘合劑的制作方法
技術領域：
用于促進添加劑在流體，如丙烯酸、瓷漆、聚氨酯、聚脲、環(huán)氧化物、乳香脂(mastic)和各種其它聚合物，的非線性粘度區(qū)內(nèi)的動態(tài)混合的組合物，其包括雙組分的或單組分的，填充的或未填充的。
背景技術：
涂料工業(yè)集中于五個主要特性進行改進，即，I)對表面的附著；2)流動性，即表面潤濕能力；3)添加劑的懸浮；4)添加劑的分散；和5)耐久性(由褪色引起的色移、耐候性以及機械韌性)。對于種類5，從美學觀點來看耐久性涉及變色、褪色、耐候性和耐刮/擦性。從機械的觀點來說，耐久性涉及附著性、硬度、柔韌性、耐化學性、吸水性、耐沖擊性等等。聚合物是否具有好的耐久性受添加劑(如顏料、UV穩(wěn)定劑、殺菌劑、殺蟲劑、偶聯(lián)劑、表面張力調(diào)節(jié)齊U、增塑劑以及用于抗 刮/耐擦的硬化填料等)的分散和懸浮影響。如果這些添加劑沒有遍及聚合物分布以得到均勻混合物，那么將會有產(chǎn)生耐久性不足的區(qū)域。種類1-5的聚合物性能顯著地受粘合劑(例如丙烯酸、瓷漆、聚氨酯、脲、環(huán)氧化物等)的粘度影響。例如:
a)粘合材料越粘，由于與充分潤濕表面有關的困難，粘合材料越不可能很好地附著于復雜表面，如粗糙表面或非常光滑的表面。粘合材料的粘度直接地影響流動。例如，升高的粘度降低了粘合材料在表面上輕易流動的能力，使得難以達到薄膜厚度山)粘合劑的更大粘度導致添加劑的更好懸??；c)粘合劑越粘，越難均勻地分散材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的工藝提供了對上述問題的獨特解決方案。本發(fā)明的工藝提了邊界層的動態(tài)混合，這得到了具有微和納混合的均勻分散體，使得能在減少可能破壞環(huán)境的昂貴添加劑的同時仍然保留與該添加劑有關的益處。本發(fā)明的工藝采用環(huán)境上安全的、化學穩(wěn)定的固體顆粒連續(xù)地混合材料，只要該流體是流動的。本發(fā)明涉及邊界層混合的改進，S卩，本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)機械填料對流體流動的影響，其中該顆粒具有從納米到微米的尺寸。特別地，顆粒的尺寸范圍在500納米-1微米，更特別地，在I微米-30微米，但是在上述限定范圍內(nèi)的任何子區(qū)間也被認為是有效的。本發(fā)明利用了邊界層靜態(tài)膜原理，結(jié)合與由于流體速度差別被迫在邊界層中旋轉(zhuǎn)或翻滾的顆粒有關的摩擦力。結(jié)果，通過使用所述結(jié)構(gòu)顆粒，促進了動態(tài)混合。例如，認為在軟的材料上滾動的硬球在移動的凹陷中行進。在滾動球的前面該軟的材料被壓縮而在滾動球的后面該軟的材料彈回。如果該材料是理想彈性的，在壓縮期間存儲的能量通過在滾動球后面該軟的材料的彈回返回到所述球。實際上，真實的原料不是理想彈性的。因此，發(fā)生能量損耗，這產(chǎn)生動能，即滾動。根據(jù)定義，流體是不能承受靜態(tài)切應力的材料連續(xù)體。不同于用彈性變形回應剪切應力的彈性固體，流體用不能復原的流動回應。該不能復原的流動可以用作用于邊界層中動態(tài)機械混合的驅(qū)動力。通過利用滾動原理、動摩擦和不滑區(qū)表面的流體粘著增加，產(chǎn)生了附著物(adherents)。接近邊界層的流體流動在所述附著顆粒上產(chǎn)生了慣性力。慣性力使得顆粒沿著機械加工設備的表面旋轉(zhuǎn)，與使用的混合機理無關，即與靜態(tài)、動力學或動態(tài)混合無關。幾何形狀設計或結(jié)構(gòu)顆粒的選擇基于與其中速度為零的邊界層中的粘膜的表面相互作用的基本原理。通過增大顆粒表面粗糙度增加了機械表面粘著。顆粒深地穿透入邊界層產(chǎn)生動態(tài)的混合。通過增大顆粒邊緣的或葉片狀顆粒表面的尖銳度，增大了顆粒穿透深度。具有粗糙的和/或尖銳的顆粒表面的顆粒顯示出對不滑區(qū)的增大的附著，與具有較少的到?jīng)]有表面特性的平滑顆粒相比，這促進了更好的表面附著。由于特定流體的粘度，理想粒度將根據(jù)流體而不同。因為粘度根據(jù)流體而不同，工藝參數(shù)(如溫度和壓力)以及通過剪切力和表面拋光在機械表面上產(chǎn)生的混合機理也會不同，這導致了邊界層厚度的變化。粗糙的和/或尖銳的顆粒表面使得顆粒在邊界層中起到滾動的動態(tài)攪拌葉片的作用。沿著流體邊界層滾動的具有粗糙和/或尖銳邊緣的硬化顆粒，將通過攪動邊界層的表面區(qū)域而產(chǎn)生微混合。用于邊界層中的動態(tài)混合的固體顆粒，即動態(tài)邊界層混合料或動態(tài)混合料，優(yōu)選具有下列特征:
顆粒應當具有使得顆粒能夠沿著邊界層表面滾動或翻滾的物理幾何學特征。 顆粒應當具有足夠與零速區(qū)域或不滑的流體表面相互作用的表面粗糙度以促進動摩擦而不是靜摩擦。顆粒的混合效率隨著表面粗糙度提高。 顆粒應當足夠地硬以致流體在顆粒周圍變形，以通過顆粒的翻滾或滾轉(zhuǎn)效應促進動態(tài)混合。 顆粒應當大小與采用的流體邊界層成比例，以致顆粒由于動態(tài)的滾動摩擦而滾動或翻滾。 顆粒不應當太小。如果顆粒太小，該顆粒將會被束縛在邊界層中和將會喪失翻滾或滾動的能力，這在邊界層的整個接觸區(qū)增大了摩擦和促進機械磨損。 顆粒不應當太大。如果顆粒太大，該顆粒將會被掃入本體流體流動中從而對動態(tài)邊界層混合具有極小的(如果有的話)影響。該顆粒應當具有在混合過程期間能在邊界層中從本體流體重新連接的尺寸以及表面特性，比如粗糙的和/或尖銳的葉片狀特性。 顆?？梢允枪腆w 或多孔材料，人造的或天然存在的礦物和/或巖石。顆粒的物理JL何形狀:顆粒形狀可以是球形的、三角形的、菱形的、正方形的等等，但是半扁平或扁平顆粒是不可取的，因為它們不能很好地翻滾。半扁平或扁平顆粒翻滾地比較不好，因為扁平顆粒的截面表面區(qū)域?qū)κ┘拥剿男〉暮穸壬系牧黧w摩擦幾乎沒有阻力。然而，既然期望混合形式的攪動，笨拙形式的翻滾是有益的，因為笨拙的翻滾在邊界層產(chǎn)生動態(tài)的隨機形成的混合區(qū)。隨機混合區(qū)類似于以小的攪拌葉片運轉(zhuǎn)的大攪拌葉片產(chǎn)生的混合區(qū)。一些葉片轉(zhuǎn)得快，一些葉片轉(zhuǎn)得慢，但是結(jié)果是葉片全部混合。在具有較少非彈性性能的更粘的流體中，由于顆粒表面粗糙以及由于顆粒的尖銳的邊緣，通過顆粒的動態(tài)混合將產(chǎn)生破碎和研磨效應。因為下列理由，具有極端光滑的表面的球狀顆粒是不理想的。首先，表面糙度增加顆粒和流體之間的摩擦，這增加了顆粒與粘的和/或不滑的區(qū)域保持接觸的能力。相反，光滑表面，比如可能發(fā)現(xiàn)于球形上的，由于差的表面附著，所以限制了與該粘的層的接觸。其次，表面粗糙度直接地影響顆粒通過翻滾和/或滾動誘導混合的能力，然而光滑表面不行。第三，具有光滑表面的球形形狀傾向于沿著邊界層滾動，這會促進潤滑效應。然而，具有表面粗糙度的球狀顆粒有助于促進邊界層的動態(tài)混合以及促進潤滑效應，尤其對于低粘度流體和氣體。此工藝的好處包括:
通過用便宜的結(jié) 構(gòu)材料替換昂貴的聚合物所實現(xiàn)的成本節(jié)省。 通過增大將更多有機材料結(jié)合入聚合物的能力所實現(xiàn)的成本節(jié)省。 通過用高含量的有機和/或結(jié)構(gòu)材料提高生產(chǎn)率所實現(xiàn)的成本節(jié)省。 通過由邊界混合產(chǎn)生的在大的機械表面上的增大的混合，而實現(xiàn)的更好的添加劑和/或填料支出(disbursement)。 當在正常的混合操作期間聚合物的速度和壓縮影響表面時，通過沿著大的表面區(qū)域滾動的顆粒的研磨和切割效應而實現(xiàn)聚合物更好混合。 由靜摩擦的邊界層效應所引起的機械表面上的摩擦系數(shù)的降低，所述邊界層效應被邊界層中的硬顆粒的滾動動摩擦代替。 通過降低邊界層中的摩擦系數(shù)而實現(xiàn)的產(chǎn)量增加，其中摩擦系數(shù)直接地影響產(chǎn)量。 表面質(zhì)量改善:動態(tài)的混合顆粒的引入在機械表面上生成聚合物富集區(qū)，這是由于在混合期間，即當混合染料、在模中注射時等等，邊界層中顆粒的旋轉(zhuǎn)。不管聚合物是填充的還是未填充的，聚合物富集區(qū)導致優(yōu)異的表面光潔度。 通過動態(tài)混合產(chǎn)生顆粒旋轉(zhuǎn)和邊界層滯膜的攪動，這導致了邊界層的自清潔以除去微粒和薄膜。 由于邊界層中的動態(tài)混合而產(chǎn)生的增強的傳熱，所述邊界層被認為是滯膜，其中傳熱主要是傳導，但是滯膜的混合在傳熱面形成強制對流。通過減少使用某些有毒的添加劑和用對環(huán)境無害的、惰性固體(即化學和熱二者都穩(wěn)定的動態(tài)混合料)替換該有毒的添加劑，動態(tài)混合料將有助于滿足當前的和預期的環(huán)境法規(guī)要求。本發(fā)明的動態(tài)混合顆?？梢允菐追N類型。下面更詳細地論述了顆粒類型。顆粒類型I顆粒類型I深深地包埋入邊界層中以在邊界層和在混合區(qū)二者中產(chǎn)生優(yōu)異的動態(tài)混合。類型I顆粒增強了化學試劑和礦物添加劑的分散。類型I顆粒增強流體流動。與類型I顆粒的質(zhì)量相比類型I顆粒的表面面積較大。因此類型I顆粒能很好地保持懸浮。參照

圖1，顯示了未處理的膨脹珍珠巖。珍珠巖是沒有已知的環(huán)境方面的擔心的可采的礦石，且在大部分大陸上可容易地得到以及在數(shù)量上僅次于砂。膨脹珍珠巖通過熱膨脹工藝生成，其可以適合于生成各種壁厚的氣泡。膨脹珍珠巖昭示了薄壁胞狀結(jié)構(gòu)以及在壓力下它會怎樣變形。在一個實施方式中，可以使用原始的未處理形式的珍珠巖，這是材料的最經(jīng)濟的形式。珍珠巖具有在壓力下自我塑造成邊界層動態(tài)混合顆粒的能力。參照圖2，所示圖像表明膨脹珍珠巖顆粒不結(jié)塊和將在別的工藝顆粒中容易地流動。因此，用極小的混合設備就能輕易地分散膨脹珍珠巖顆粒。參照圖3，顯示了膨脹珍珠巖顆粒的放大圖像，其顯示了處理過的珍珠巖顆粒的優(yōu)選結(jié)構(gòu)形狀。該顆粒可描述為具有各種尺寸的三維楔形的尖銳葉片和尖端。該不規(guī)則的形狀促進了不同的動 態(tài)邊界層混合。圖3中顯示的膨脹珍珠巖非常輕，具有0.1-0.15克/厘米的密度。這使得極小的流體速度就能促進該顆粒的旋轉(zhuǎn)。葉片狀特性容易俘獲流過邊界層的流體的動能，同時鋸齒片狀特性容易刺入邊界層中促進攪動，同時保持附著到該邊界層的表面。優(yōu)選的大概應用尺寸估計是50i!-900nm。此動態(tài)混合顆粒在粘度從高到低的各種流體里生成分散體。另外，該顆粒在發(fā)泡法中是優(yōu)異的成核劑?，F(xiàn)在參照圖4，顯示了自然狀態(tài)的火山灰?？紤]到薄壁胞狀結(jié)構(gòu)，火山灰顯示出與上述討論到的膨脹珍珠巖特性類似的特性?；鹕交沂翘烊恍问降牟牧?，其容易開采且容易處理成產(chǎn)生動態(tài)邊界層混合的動態(tài)混合料。火山灰材料也是可變形的，這使得它是用于通過施加混合或壓力而生成要求形狀的在線工藝的理想候選者?，F(xiàn)在參照圖5，顯示的是大量粉碎的火山灰顆粒。圖5圖解了任何粉碎顆粒形式都趨向生成三維的葉片狀特性，其將在邊界層中以類似上面討論的膨脹珍珠巖的方式以其處理過的形式相互作用。此材料比處理過的珍珠巖大，使得它的應用更適合于較高粘度的材料。優(yōu)選的大概應用尺寸估計為SOiUOi1之間。此材料會以類似于上面討論的處理過的珍珠巖材料的方式起作用?，F(xiàn)在參照圖6A-6D，顯示了在 700°C (圖 6A)、800°C (圖 6B)、900°C (圖 6C)，以及IOOO0C (圖6D)生成的天然沸石模板碳。沸石是具有小孔徑的容易可采的材料，其可被處理生成期望的表面特性的動態(tài)混合料。處理過的珍珠巖以及粉碎的火山灰具有類似的邊界層相互作用能力。沸石具有小的孔隙度以及因此可以生成納米范圍的活性動態(tài)邊界層混合顆粒。優(yōu)選的大概應用尺寸估計在900nm- 600nm之間。對于在中粘度材料中減少摩擦來說該顆粒是理想的?，F(xiàn)在參照圖7，顯示的是具有胞狀結(jié)構(gòu)的納米多孔氧化鋁薄膜，其會破碎和產(chǎn)生類似于任何力材料的顆粒特性。材料破碎將發(fā)生在薄壁上，而不是在交會處，從而得到類似于早先討論的材料的特性，這些特性對于邊界層動態(tài)混合顆粒來說是理想的。優(yōu)選的大概應用尺寸估計在500nm-300nm之間。此材料的顆粒尺寸更適合應用于中到低粘度的流體中?，F(xiàn)在參照圖8，顯示的是在鋁合金AA2024-T3上生長的擬薄水鋁石相Al2O3XH2O15在處理過的珍珠巖表面上可看到葉片狀特性。此材料的斷裂點在一或多個葉片結(jié)合的交會處之間的薄葉片面上。斷裂會生成類似于“Y”、“V”或“X”形或類似的幾何形狀組合的三維的葉片形狀。優(yōu)選的大概應用尺寸估計為150nm-50nm。顆粒類型II
顆粒類型II實現(xiàn)了中等穿透入邊界層，產(chǎn)生極小的動態(tài)邊界層混合以及極小的分散能力。類型II顆粒產(chǎn)生極小的增強流體流動改善，以及基于類型II顆粒的大的表面和極低的質(zhì)量容易懸浮。形成空心球體的大多數(shù)材料可經(jīng)機械加工，產(chǎn)生具有促進動態(tài)邊界層混合的表面特性的蛋殼狀碎片?！がF(xiàn)在參照圖9，顯示了未處理過的空心灰球的圖像?；沂强刹傻牟牧?，根據(jù)處理條件其可經(jīng)自我塑造產(chǎn)生動態(tài)邊界層混合顆粒特性。在自我塑造處理之前優(yōu)選的大概應用尺寸估計為SOil-20 y?？梢酝ㄟ^機械混合或壓力(兩者都產(chǎn)生破碎作用)實現(xiàn)自我塑造?，F(xiàn)在參照圖10，顯示了處理過的空心灰球。破碎的灰球會類似于人行道上的一張紙在邊界層中翻滾。該材料的輕微曲線類似于一片蛋殼，因為該材料由于它的輕質(zhì)和輕微的曲率將趨向于翻滾。優(yōu)選的大概應用尺寸估計在50nm-5nm之間。此材料功能會類似于膨脹珍珠巖，但是它的分配能力較差，因為它的幾何形狀不允許顆粒變得物理上鎖定到邊界層中，這是由于當顆粒沿著邊界層翻滾時兩個或更多葉片產(chǎn)生更大的阻力和更好的攪動這個事實。此材料減少高粘度材料的摩擦?，F(xiàn)在參照圖11，顯示的是3M 玻璃泡，其可被處理成破碎蛋殼狀結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生促進動態(tài)邊界層混合的表面特性。該顆粒在性能和應用上類似灰空心球體，只是壁厚和直徑以及強度可以根據(jù)工藝條件和原料選擇來定制。這些人造材料可用于食物級應用。在通過機械混合或通過壓力進行產(chǎn)生破碎作用的自我塑造處理之前，優(yōu)選的大概應用尺寸估計為80 u 至Ij 5 u o現(xiàn)在參照圖12，顯示了飛灰顆粒的5000x (圖12A)和沸石顆粒的IOOOOx (圖12B)的SEM圖片。這些顆粒包含空心球體。飛灰是常見的通過燃燒生成的廢物。飛灰顆?？扇菀椎玫角医?jīng)濟上可承受。沸石可以是開采的和通過便宜的合成工藝產(chǎn)生成千上萬的變體。因此，可以選擇通過此空心沸石球體說明的結(jié)構(gòu)的期望特性。顯示的沸石顆粒是混合顆粒(hybrid particle),因為該顆粒將具有類似于處理過的珍珠巖的表面特性且該顆粒保持像破碎空心球的蛋殼的半彎曲形狀。在自我塑造處理之前優(yōu)選的大概應用尺寸估計為5i1-800nm。可以通過機械混合或通過井筒(welIbore)壓力產(chǎn)生破碎作用來完成自我塑造。這些顆粒的小尺寸使得該顆粒理想地用于中粘度材料。顆粒類型III
顆粒類型III產(chǎn)生極小的向邊界層中的穿入。類型III顆粒在邊界層中產(chǎn)生極小的動態(tài)混合以及對于軟的化學試劑和硬的礦物添加劑都具有優(yōu)異的分散特性。類型II顆粒增強流體流動和懸浮不好，但是容易混合回懸浮體。一些固體材料有形成康科迪亞破碎以產(chǎn)生促進動態(tài)邊界層混合的表面特性的能力。現(xiàn)在參照圖13和14，顯示的是再循環(huán)玻璃的圖像。再循環(huán)玻璃是容易得到的人造材料，其便宜且容易處理成動態(tài)邊界層混合顆粒。類似于各種其他的可采礦物，該顆粒的尖銳葉片狀特性是通過康科迪亞破碎得到的。這些顆粒的葉片狀特性不像珍珠巖那么薄。這些顆粒的密度與其制備自的固體成正比。除了再循環(huán)玻璃顆粒需要粘性的材料和魯棒性(robust)流速來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)以外，尖銳的葉片與流體邊界層以類似于珍珠巖的相互作用的方式相互作用。處理過的再循環(huán)玻璃沒有靜電荷。因此，在分散期間再循環(huán)玻璃不生成結(jié)塊。然而，由于它的高密度它可以比其他低密度的材料更容易的從流體沉淀出來。優(yōu)選的大概應用尺寸估計為20(^-51!。此材料在具有高流速的高粘流體的邊界層中產(chǎn)生良好性能。此動態(tài)混合顆粒生成分散體。顆粒的光滑表面減少摩擦。現(xiàn)在參照圖15，顯示的是處理過的紅色熔巖火山巖顆粒的圖像。熔巖是容易得到的可采的材料。在美國西南和在加利福尼亞，熔巖典型的用途是用作景觀巖石。此材料經(jīng)受康科迪亞破碎產(chǎn)生類似于再循環(huán)玻璃的特性。然而，斷裂面比再循環(huán)玻璃的光滑表面具有更大的表面糙度。該表面特性產(chǎn)生稍多的研磨效應，伴隨著流動流體的葉片狀切割。因此，該顆粒不但翻滾，而且它們對流體流具有研磨效果。該火山材料將半硬的材料分散到整個粘性介質(zhì)中，比如阻燃劑、鈦、碳酸鈣、二氧化物等等。優(yōu)選的大概應用尺寸估計在40 y-1y之間。在高流速下此材料在流動的高粘材料的邊界層中取得良好性能。此動態(tài)混合顆粒生成分散體。現(xiàn)在參照圖16A-16D，圖16A-16C顯示具有破碎能力的砂粒，其得到適用于動態(tài)邊界層混合顆粒的表面特性。該圖像顯示了具有類似于再循環(huán)玻璃的物理性能的顆粒，其產(chǎn)生類似的好處。圖16A、16B、和16D具有用于與邊界層相互作用的良好的表面特性，盡管它們不同。圖16A顯示一些葉片狀特性，但是用來促進邊界層表面間相互作用的沿著顆粒邊緣的良好的表面糙度卻會需要更高的速度流量來產(chǎn)生翻滾。圖16B具有與如上所述的再循環(huán)玻璃的表面特性類似的表面特性。圖16D顯示了具有良好的表面糙度的顆粒，來促進類似于這些材料通常的相互作用的相互作用。這些顆粒的性能類似于再循環(huán)玻璃的性能。砂是豐富的材料，其是可采的和可以經(jīng)濟地處理成要求的各種尺寸的破碎形狀。砂被認為是環(huán)境無害的，因為它是天然材料。優(yōu)選的大概的應用尺寸估計在250^-51!之間。在高流速下此材料在高粘材料的邊界層中產(chǎn)生良好性能。此動態(tài)混合顆粒生成分散體。顆粒的光滑表面減少摩擦?，F(xiàn)在參照圖17A-17F，顯示的是沸石Y、A和硅酸鹽-1的圖像。在100°C的合成溶液的底部合成Ih (圖17A、1 7B)、6h (圖17C、17D)和12h (圖17E、17F)的膜的SEM圖像?？梢蕴幚磉@些材料生成納米尺寸的動態(tài)邊界層混合顆粒。這些材料合成生長的且數(shù)量有限，因此是昂貴的。全部的六個圖像，即圖17A-17F昭示了此材料產(chǎn)生康科迪亞破碎生成類似于上述結(jié)構(gòu)的葉片狀結(jié)構(gòu)的能力。優(yōu)選的大概應用尺寸估計在1000nm-500nm之間。此材料的粒度范圍使得它可用于中粘度流體。現(xiàn)在參照圖18，顯示的是磷酸鈣羥基磷灰石(分子式Caltl(P(M)6(OH)2)，其構(gòu)成磷灰石(其為具有同樣的六方結(jié)構(gòu)的同構(gòu)化合物)晶族的一部分。這是最常用于生物材料的磷酸鈣化合物。羥基磷灰石主要用于醫(yī)學應用。該表面特性和性能類似于上述討論到的紅色熔巖顆粒的那些，但是此圖像顯示了比在紅色熔巖圖像中顯示的顆粒更好的表面糙度。顆粒類型IV
一些固體簇材料有能力產(chǎn)生簇結(jié)構(gòu)的破碎以生成個體獨特的均勻的材料的能力，其中該均勻材料產(chǎn)生能促進動態(tài)邊界層混合的表面特性?，F(xiàn)在參照圖19A和19B，顯示了在24h結(jié)晶結(jié)合(tie)后在不同放大倍數(shù)下的泡Al沫/沸石復合物的SEM圖像。圖19A顯示了 AL泡沫/沸石結(jié)構(gòu)。圖19B顯示了 MFI聚集體。這兩個圖像顯示了此材料的固有結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在機械加工時容易破碎生成單獨的獨特形成的顆粒的不規(guī)則形狀的簇。材料表面特性越多樣化，材料會越好地與流動流體的邊界層的粘的不滑區(qū)相互作用，產(chǎn)生動態(tài)邊界層混合。此材料具有花狀芽，帶有尖銳的和輪廓分明的突出的無規(guī)的90°角。該角將促進邊界層的機械攪拌。該顆粒還有半球形或筒狀形狀，這些形狀將使得材料在由于多樣化的表面特性而與邊界層保持接觸的同時能夠翻滾或滾動。顆粒的優(yōu)選的大概應用尺寸估計在20 y-1y之間。此材料可用于高粘度流體。該表面特性將產(chǎn)生硬化材料(如阻燃劑、氧化鋅，和碳酸鈣)的優(yōu)異分散。當該材料翻滾時，該塊狀構(gòu)造作用就像微型錘磨，當流體流過時一點點地除去撞擊在邊界層上的材料?，F(xiàn)在參照圖20A和20B，顯示了微晶沸石Y的SEM圖像(圖20A)和納米晶沸石Y的SEM圖像(圖20B)。該顆粒在納米級水平上具有與上面在泡沫/沸石中所述的那些完全相同的特性。在圖20A中，在圖像中心的主要的半扁平顆粒大約為400nm。在圖20B中，多層面的點在粒度上小于lOOnm。在機械加工下，這些材料可以破碎成多樣的動態(tài)邊界層混合顆粒。估計的優(yōu)選的大概應用尺寸，對于圖20A的簇材料在IOi1- 400nm之間，對于圖20B的簇材料在50nm-150nm之間。在高的機械剪切下,這些簇材料具有通過破碎阻止簇顆粒容易地翻滾的最有抵抗力的顆粒來自我塑造的能力。由于它們的動態(tài)無規(guī)旋轉(zhuǎn)的能力，這些簇材料用作摩擦調(diào)節(jié)劑是極好的?，F(xiàn)在參照圖21，顯示了 50nm-150nm的氧化鋅顆粒。氧化鋅是便宜的納米粉末，取決于要求的應用其可以專門做成疏水的或更親水的。氧化鋅形成具有極端無規(guī)形狀的簇。由于在流動流體中它所導致的無規(guī)的旋轉(zhuǎn)運動，所以該材料作用非常好。該顆粒具有多樣的表面特性，帶有在各種形狀中產(chǎn)生葉片狀特性的90°角。表面特性包括突出臂，其以各種形狀聚結(jié)到一起，比如筒體、矩形、球桿(cues)、Y-形顆粒、X-形顆粒、八角形、五角形、三角形、菱形等等。由于這些材料由具有各種形狀的簇構(gòu)成，該材料產(chǎn)生巨大的摩擦降低，因為邊界層被各種機械混合攪成盡可能接近于湍流，同時仍然保持線性流體流。顆粒類型V
顆粒類型V導致中等地穿透入邊界層。類型V顆粒產(chǎn)生類似于干地面上的樹葉耙子的中等的邊界層動態(tài)混合。類型V顆粒對于邊界層膠合區(qū)有極好的附著力，這是兩相界面層混合所需的。顆粒類型V產(chǎn)生添加劑的極小 分散，由此增加了流體流動和將傾向于維持懸浮。一些空心的或?qū)嵭牡陌肭蛐未夭牧蠋в星致孕缘谋砻嫘螒B(tài)，例如粗糙、成群(groups)、條紋和毛發(fā)狀纖維，它們促進在能夠自由翻滾的同時對邊界層的極好附著，以及可用于低粘流體和相變(例如液體到氣體和氣體到液體)材料中。它們具有促進邊界層動態(tài)混合所期望的表面特性?，F(xiàn)在參照圖22A和22B，顯示了固體殘渣的掃描電子顯微鏡照片(圖22A)以及在100°C合成的沸石-P的掃描電子顯微鏡照片和能量色散譜(EDS)面積法分析。不像在顆粒類型IV中論述的簇材料，這些材料具有球形形狀和可能由從顆粒表面突出的毛發(fā)狀材料形成的表面糙度。圖22A顯示了具有良好的球體特性的顆粒。大多數(shù)的球體具有由類似于表面上的砂粒的小的連接顆粒形成的表面糙度。圖22B顯示了半圓形顆粒，其具有從整個表面突出的毛發(fā)狀的纖維。這些特性促進對邊界層良好的附著但不是極好的附著。這些材料必須在邊界層的表面上自由地翻滾來產(chǎn)生極小的混合，以促進二相系統(tǒng)中動態(tài)邊界層混合。例如，當在封閉系統(tǒng)中液體轉(zhuǎn)化為氣體時邊界層迅速地變薄。該顆粒必須維持接觸和翻滾以促進動態(tài)邊界層混合。該材料還必須具有在氣體流內(nèi)部運動以反向循環(huán)回液體中從而在兩相中起活性介質(zhì)作用的能力。這些顆粒具有大約在Iu-5 y之間(圖22A)和在20 u -40 u之間(圖22B)的優(yōu)選粒度范圍。兩者在高壓蒸汽發(fā)生體系中都將很好地工作，其中它們會把鍋爐壁上的滯膜從傳導向?qū)α鱾鳠峁に囖D(zhuǎn)移。顆粒類型VI
現(xiàn)在參照圖23A、23B，和23C，顯示了納米結(jié)構(gòu)CoOOH空心球體，其是各種氧化鈷配位體(datives)(例如Co304、LiCo02)的通用前體，同時具有優(yōu)異的催化活性。CuO是具有窄帶隙(例如1.2eV)的重要的過渡金屬氧化物。CuO已經(jīng)用作催化劑、氣體傳感器、用于Li離子電池的陽極材料中。CuO還用于制備高溫超導體和磁阻材料?，F(xiàn)在參照圖25A和25B，顯示了 2.5 y的均一平坦的Al2O3納米球(圖25A)和635nm的表面上具有毛發(fā)狀纖維的均一平坦的Al2O3納米球?，F(xiàn)在參照圖26，顯示了計算機產(chǎn)生的模型，該模型顯示了促進邊界層附著的毛發(fā)狀纖維，這樣以致當沿著邊界層滾動和產(chǎn)生動態(tài)混合時納米尺寸顆粒將與邊界層保持接觸。附圖的簡要說明
圖1是未處理的膨脹珍珠巖的SEM圖像。圖2是處理過的珍珠巖在500x放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖3是處理過的珍珠巖在2500x放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖4是火山灰的SEM圖像，其中每個刻度線等于100微米。圖5是火山灰 的SEM圖像，其中每個刻度線等于50微米。圖6A是在700C生產(chǎn)的天然沸石模板碳的SEM圖像。圖6B是在800C生產(chǎn)的天然沸石模板碳的SEM圖像。圖6C是在900C生產(chǎn)的天然沸石模板碳的SEM圖像。圖6D是在1，000C生產(chǎn)的天然沸石模板碳的SEM圖像。圖7是納米多孔氧化鋁膜在30000x放大下的SEM圖像。圖8是在招合金AA2024-T3上生長的擬薄水招石相(pseuudoboehmite phase)Al2O3XH2O在120，000倍放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖9是未處理的空心灰球體在IOOOx放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖10是處理過的空心灰球體在2500x放大倍數(shù)的下SEM圖像。圖11是3M 玻璃泡的SEM圖像。圖12A和12B是飛灰顆粒在5，OOOx (圖12A)和10，OOOx (圖12B)放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖13是再循環(huán)玻璃在500x放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖14是再循環(huán)玻璃在1，OOOx放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖15是處理紅色火山巖在750x放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖16A-16D是砂粒的SEM圖像。圖17A是合成I小時的沸石Y、A和硅酸鹽I的SEM圖像。圖17B是合成I小時的沸石Y、A和硅酸鹽I的SEM圖像。圖17C是合成6小時的沸石Y、A和硅酸鹽I的SEM圖像。
圖17D是合成6小時的沸石Y、A和硅酸鹽I的SEM圖像。圖17E是合成12小時的沸石Y、A和硅酸鹽I的SEM圖像。圖17F是合成12小時的沸石Y、A和硅酸鹽I的SEM圖像。圖18是磷酸鈣羥基磷灰石的SEM圖像。圖19A是鋁MFI聚集體的SEM圖像。圖19B是鋁MFI聚集體的SEM圖像。圖20A是微晶沸石Y在20kx放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖20B是微晶沸石Y在IOOkx放大倍數(shù)下的SEM圖像。圖2I 是 5O-15Onm ZnO 的 SEM 圖像。圖22A是半球形簇材料的固體殘渣的SEM圖像。圖22B是在100°C合成的沸石-P的SEM 圖像。圖23A是納米結(jié)構(gòu)CoOOH空心球體的SEM圖像。圖23B 是 CuO 的 SEM 圖像。圖23C 是 CuO 的 SEM 圖像。圖24A是在10(TC、1.5N下熔灰的SEM圖像。圖24B是在100°C、1.5N下6小時的熔灰的SEM圖像，顯示了不知名的沸石。圖24C是在100°C、1.5N下24小時的熔灰的SEM圖像，顯示了立方沸石。圖24D是在100 °C、1.5N下72小時的熔灰的SEM圖像，顯示了不知名的沸石和三水招石大晶體。圖25A是2.5um的均一平坦的Al2O3納米球的SEM圖像。圖25B是635nm的均一平坦的Al2O3納米球的SEM圖像。圖26是顯示CoOOH的毛發(fā)狀纖維的電腦生成的模型。圖27顯示了硬PVC的兩個試樣，兩個試樣中顏料含量相同，其中一個試樣包括動態(tài)邊界層混合顆粒。圖28顯示了聚碳酸酯的兩個試樣，兩個試樣中顏料含量相同，其中一個試樣包括動態(tài)邊界層混合顆粒。圖29顯示了具有ABS斑點的硬PVC。圖30顯示了混合到一起的PVC和ABS。圖31顯示了在有和沒有加入珍珠巖的漆中的分散能力的圖片對比。圖32顯示了其中用無空氣噴涂設備施用18道(下部)和20道(上部)沒有添加劑的漆的試驗結(jié)果。圖33顯示了用無空氣噴涂設備施用30道具有添加劑的漆時的試驗結(jié)果。圖34顯示了用無空氣噴涂設備施用19道具有添加劑的漆時的試驗結(jié)果。圖35是報告霧化試驗結(jié)果的表格。圖36顯示了帶有直接的氣體注入的堿性聚丙烯泡沫，沒有添加劑，其中孔徑為163微米。圖37顯示了孔徑為45微米的聚丙烯泡沫，其帶有4.8%的27微米的膨脹珍珠巖添加劑。圖38顯示了試驗試樣，其中把有和沒有動態(tài)混合顆粒的綠色的反應環(huán)氧樹脂分別與有和沒有動態(tài)混合顆粒的黃色反應環(huán)氧樹脂混合。如更大的藍色面積所證明的，具有動態(tài)混合顆粒的混合試樣實現(xiàn)了更好的混合。優(yōu)選方案的詳細說明
本發(fā)明利用惰性的微米和納米級的結(jié)構(gòu)顆粒(即動態(tài)混合顆粒)改善漆對表面的附著以及改善漆的流動能力，即改善表面潤濕能力。另外，本發(fā)明改善添加劑的懸浮、改善添加劑的分散和改善漆耐久性，例如，由褪色所引起的變色、耐候性和機械韌性。就流體動力學而言，流動流體的邊界層向來就被認為固定的和不動的。在層流區(qū)邊界層對流體流動產(chǎn)生穩(wěn)定形式的阻力。本發(fā)明涉及動態(tài)混合顆粒的添加，比如描述在標題為“具有填料加強的結(jié)構(gòu)上增強的塑料”的美國專利申請12 / 412，357中的那些。美國專利申請12 / 412，357通過引用并入本文。當流體運動時，動態(tài)混合顆粒的動態(tài)添加將移動邊界層，這促進了流動和降低了膜阻力。阻力的降低類似于比較運動體的靜摩擦與動摩擦和將這些概念應用于流體流動。通過添加本發(fā)明的動態(tài)混合顆粒，可以動態(tài)地移動邊界層，這會減少阻力和增加流動。如果該流體不運動，惰性的結(jié)構(gòu)顆粒，即動態(tài)混合顆粒會充當動態(tài)加強結(jié)構(gòu)填料。1.對表面的附著
材料(例如粘合劑或粘結(jié)劑)機械地或化學地附著于表面的能力是表面相互作用以及化學吸引的函數(shù)。典型地，表面越粗糙，粘合劑的附著越好，但是這對于材料來說越難充分地流入該表面的裂縫(cracks)和縫隙(crevices)中。動態(tài)混合顆粒的添加幫助施加的材料在粗糙表面上更好和更均勻地流動，不論該材料是漆、涂料還是粘合劑，因為當該材料，即聚合物，在表面上運動時，該動態(tài)混合顆粒機械地移動邊界層。極端平滑的表面也產(chǎn)生附著問題。當惰性的結(jié)構(gòu)顆粒(即動態(tài)混合顆粒)在聚合物的邊界層中滾動或翻滾時，該動態(tài)混合顆`粒的動作促進改善的表面-粘合劑相互作用以及當粘合劑或流體的邊界層在光滑表面上運動時導致對表面的適度擦洗，從而增強附著。2.流動性(表面潤濕能力)
典型地，當固體添加到流體時，固體降低了流體流動的能力。表面潤濕能力是流體的粘度以及流體與表面的化學相互作用的函數(shù)。動態(tài)混合顆粒的添加改變了表面-表面相互作用，得到與基底或表面更好的接觸以及在整個流體中生成更好的流體流。例如:漆、涂料或粘合劑典型地采用表面張力調(diào)節(jié)劑來增加聚合物的可潤濕性。由于會降低膠粘強度、降低聚合物的交聯(lián)能力，表面張力調(diào)節(jié)劑的添加對許多聚合物具有副作用，并且，就漆而言，表面張力調(diào)節(jié)劑的添加增加了漆在涂覆表面上的流掛和流淌。通過使用動態(tài)混合顆粒降低表面張力(由邊界層滯膜引起)，動態(tài)混合顆粒的添加將消除表面張力調(diào)節(jié)劑的所有上述負面效果。動態(tài)混合顆粒的添加通過增強邊界層的流體流動性促進了更好地表面附著。動態(tài)混合顆粒是結(jié)構(gòu)固體，其能增大機械強度。動態(tài)混合顆粒不化學上限制聚合物交聯(lián)以及，如果它用于漆中，將會降低涂覆表面的流掛和流淌。動態(tài)混合顆粒的添加將容許粘性流體能夠得到較薄涂層以及更好地潤濕表面。相比當前通常通過使用表面張力調(diào)節(jié)劑降低流體粘度的潤濕添加劑，動態(tài)混合顆粒的添加是違反直覺的。3.添加劑的懸浮
聚合物越粘，通過阻止添加劑從聚合物沉析出來，添加劑的懸浮越好。然而，由于對基底的差的表面間相互作用，較高粘度的聚合物會遭受期望的流體流動性能的下降、可潤濕性的降低以及附著力的下降。類型(I)動態(tài)混合顆粒一般是輕質(zhì)，具有0.15-0.5g / cm的平均密度以及0.7和更高的高縱橫比，類似于提高聚合物的粘度這會增強聚合物流體的稠化。然而，與提高粘度相反，通過添加動態(tài)混合顆粒實現(xiàn)的聚合物稠化將改善流體流動性能、可潤濕性以及通過促進更好的表面間相互作用來改善對表面的附著。4.添加劑的分散
過去20年的環(huán)境法規(guī)已經(jīng)迫使漆、粘合劑和復合材料廠商使用更高的固體含量，從而減少有助于差的空氣質(zhì)量的揮發(fā)性有機化合物的使用。新的漆配方具有更高的粘度，這使得添加劑的均勻分散困難。本發(fā)明的動態(tài)混合顆粒技術在微米和納米水平上遍及聚合物機械地混合化學添加劑。例如，在漆的應用之前，通常用漆棒或通過鉆機驅(qū)動的槳式混合機機械地攪拌一般的家用漆來分散添加劑。通過流體運動把添加劑攪拌入粘合劑。然而，沿著漆罐的壁和底部存在難以混合的區(qū)域。難以混合的區(qū)域通常由行為類似于邊界層的滯膜層組成。添加動態(tài)混合顆粒在滯區(qū)產(chǎn)生機械的動態(tài)攪拌，從而促進膜從容器的壁和底部到主混合區(qū)域的轉(zhuǎn)移，這增強了受困添加劑的分散。5.耐久件
“耐久性”從美學的觀點涉及變色、褪色、耐候性和耐刮/擦性。從機械的觀點，耐久性涉及附著、硬度、柔性、耐化學性、吸水率和耐沖擊性等等。耐久性是否良好直接地受添加劑(如顏料、UV穩(wěn)定劑、殺菌劑、殺蟲劑、偶聯(lián)劑、表面張力調(diào)節(jié)劑、增塑劑和用于防刮/耐擦傷性的硬化填料等)的分散和懸浮影響。如果添加劑不遍及聚合物分布以得到均勻混合物，那么在聚合物中會有產(chǎn)生耐久性不足的區(qū)域。動態(tài)邊界層混合顆粒添向聚合物中的加入把停滯混合區(qū)轉(zhuǎn)變成動態(tài)分散混合區(qū)，這促進了添加劑的迅速均勻分散。聚合物的英格瑪(Ingmar)抗劃傷特性通常通過結(jié)合硬顆粒(如砂、玻璃或陶瓷球和各種其它硬礦物)以保護該聚合物來實現(xiàn)。把這些硬化顆粒結(jié)合入較軟的聚合物增強了耐久性，這是通過把磨蝕施加到硬化顆粒上減少聚合物的機械磨蝕來實現(xiàn)的。以由膨脹珍珠巖制造的莫氏硬度5.5 (相當于優(yōu)質(zhì)鋼刀片)的類型(I)動態(tài)混合顆粒為例。通過結(jié)合入聚合物，此動態(tài)混合顆粒將提聞耐擦傷和耐刮傷性。動態(tài)邊界層混合技術在高剪切混合環(huán)境下在粘性材料，如熱塑性塑料，中具有如圖27和28所示的優(yōu)異分散能力。圖27顯示了顏料含量相同的兩個硬PVC試樣?？梢郧宄乜吹阶筮叺钠渲芯哂袆討B(tài)邊界層混合顆粒的試樣分散得更好。圖28顏料含量相同的兩個聚碳酸酯試樣?？梢郧宄乜吹接疫叺陌▌討B(tài)邊界層混合顆粒的試樣分散得更好。圖27和28清楚地圖解了動態(tài)邊界層混合顆粒對于分散的好處。改善的分散性能容許水力破碎流體具有較少添加劑，因為動態(tài)混合流體的存在使添加劑分布地更好，從而產(chǎn)生同樣的添加劑有益性能。不同的材料的混合和共混
圖29顯示了兩個圖像。圖像I顯示了具有ABS斑點的硬PVC。這兩個材料，甚至在高剪切情況下化學上也不想混合或共混在一起。圖30的圖像2顯示了 添加的動態(tài)邊界層混合顆粒對不同的難混合材料的作用。在擠出機中，PVC和ABS混合到一起，這使得ABS的作用像黑色顏料。圖31A和31B顯示了顏料在克萊斯勒工廠著色汽車漆中的增強的分散能力。兩個噴涂試樣始于同樣的預混Chrysler, PB3 Caledonia Blue,系列:293 99384汽車漆。左邊試樣(圖31A)添加有由膨脹珍珠巖制造的類型(I)動態(tài)邊界層混合顆粒。該動態(tài)混合顆粒顏色是白色的和以I質(zhì)量％添加的。右邊的試樣(圖3IB)是標準工廠顏色。很清楚得看到左邊試樣比右邊的試樣具有更黑，以及更豐富的顏色。此實驗表明通過在漆邊界層中混合納米和微米顆?？梢栽鰪婎伭仙?。顏料分散的改善容易看到。然而，其它的添加劑也分散得更好，產(chǎn)生更均勻的混合物，盡管不能遍及聚合物看到該其它改善的分散。通常，聚合物中的添加劑用來提高耐久性。然而，就阻燃劑、填料、消泡劑、表面張力調(diào)節(jié)劑和殺蟲劑等來說，填料經(jīng)常對聚合物具有副作用，其在整個交聯(lián)聚合物體系中產(chǎn)生疲勞。動態(tài)混合顆粒的添加作用不僅是改善混合。動態(tài)混合顆粒的添加機械地降低添加劑的大小，這在聚合物母體中產(chǎn)生更好的相互作用。因此，通過降低添加劑的大小以及改善分散，可以減少添加劑的量。例如，如圖49中所見，由于顏料顆粒被機械地處理成更小的顆粒以及在整個漆中分散得更均勻，汽車漆變得顏色更黑。通過減少產(chǎn)生期望結(jié)果所需的添加劑的量，此均勻混合特性增強了聚合物的交聯(lián)強度。聚合物的稠化
聚合物中的小的內(nèi)含物和/或多孔性可由混合或施加期間的機械攪拌所引起。微米級的內(nèi)含物可能是截留在聚合物中的氣泡，或者該內(nèi)含物可能是由固化期間從聚合物逃逸的溶劑造成的小的管狀構(gòu)造。固化聚合物中的小的內(nèi)含物削弱聚合物承受環(huán)境惡化的能力。例如，反復凍-融循環(huán)將微細龜裂傳播到整個聚合物并最后導致基底附著破壞。因為在沖擊時微內(nèi)含物促進了它們自己之間的裂紋，顯著地降低了聚合物的耐沖擊性，遍及聚合物的微細龜裂迅速地加速。彈性聚合物中微內(nèi)含物導致材料由于正常的磨擦而加速磨損以及由于微內(nèi)含物而導致的表面附著降低。擅長稠化聚合物的聚合物配方設計師通常添加表面張力調(diào)節(jié)劑來促進較低的表面能，以便于諸如氣泡的內(nèi)含物的逃逸。本發(fā)明的動態(tài)混合顆粒的添加使得氣泡能夠通過機械動態(tài)運動逃逸。另外，動態(tài)混合顆粒的添加用結(jié)構(gòu)材料增強了整個聚合物。本發(fā)明的動態(tài)混合顆粒在動態(tài)旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生穿過聚合物的機械穿孔，這使得能夠排出氣泡逃逸出聚合物。動態(tài)混合顆粒的三維幾何結(jié)構(gòu)還具有刺穿氣泡的能力，從而同時還起機械消泡劑的作用。因此，動態(tài)混合顆粒的添加改善聚合物通過使用機械結(jié)構(gòu)的添加劑的稠化，這提高了聚合物的耐久性。漆、涂料和粘合劑的施加方法 一般通過刷、輥或自動化體系施加漆。不管施加方法如何，向漆配方是添加動態(tài)混合顆粒會提供好處。例如:當通過刷施加漆時，通過每筆刷涂動態(tài)混合顆粒變得活化。每筆刷涂在刷涂方向產(chǎn)生速度分布，導致邊界層的動態(tài)運動。結(jié)果是提高的表面附著、提高的表面潤濕、添加劑懸浮的改善和添加劑分散的改善。因為當流體運動時動態(tài)混合顆粒的添加有助于促進流動，所以與用傳統(tǒng)的漆、涂料和粘合劑所可能提供的相比，提供了更好的薄膜涂層。當通過輥或自動化輥體系施加漆時，在輥接觸表面期間動態(tài)混合顆粒活化，這促進了動態(tài)邊界層運動。動態(tài)混合顆粒的添加促進了在復雜表面(如紋理化的干式墻)上的更好的表面覆蓋，因為作用于流體的漆輥的速度垂直于表面，促進邊界層變薄，這改善了流動和降低了由在復雜表面上的漆中形成的氣泡所造成的小孔效應。這導致了改善的表面附著、改善的表面潤濕、改善的添加劑懸浮和改善的添加劑分散。對于工業(yè)自動化輥涂體系的情形，不管表面變化，具有添加的動態(tài)混合顆粒的流體將流動更均勻。在熱膠應用中，比如用于層壓木地板，具有添加到其中的動態(tài)混合顆粒的熱膠將具有更好的表面附著。在最后的附著步驟期間，當把壓力輥施加到層壓板表面時邊界層中的動態(tài)運動促進了表面附著。啼凃測試
下面是對于水和漆的激光顆粒霧化特性的描述。結(jié)論是當膨脹珍珠巖用作動態(tài)混合料時，動態(tài)混合料的添加不影響水或漆的霧化。大部分的商業(yè)漆工使用無空氣噴涂設備施用建筑漆，比如丙烯酸(水基的)、瓷漆(油基的)和漆(溶劑基的)。有許多種用于各種緣由的建筑漆。與噴涂任何涂層有關的最大的挑戰(zhàn)是避免施加太多漆。施加太多漆會產(chǎn)生流淌。施加太少的漆會促進不一致的覆蓋度。試驗旨在集中于動態(tài)邊界層混合添加劑的能力，以施加更多漆到給定表面和避免漆流淌。試驗使用建筑丙烯酸漆，因為該漆是水基的和最環(huán)境友好的漆，其占據(jù)了 80%的美國建筑市場。 實駘#1
試驗的漆是Sherwin 超級漆，室內(nèi)，單層覆蓋度，終生保修，特白:6500-41361，密度為10.91磅/加侖的半光涂料(satin finish)。以1.0質(zhì)量％添加動態(tài)混合顆粒。該動態(tài)混合顆粒是由平均粒度10 U的膨脹珍珠巖制造的類型(I)動態(tài)邊界層混合顆粒。選擇類型I動態(tài)邊界層混合顆粒是由于它的輕質(zhì)和葉片狀特性，其容易混合入流體中和產(chǎn)生邊界層的最大攪動。另外，類型I動態(tài)混合料具有最大的機械保持強度以防止漆流淌。第一和第二漆試樣以I加侖的罐提供。各自在涂料機中機械地搖動5分鐘。另夕卜，在噴涂施加前，兩個I加侖的漆試樣都使用Warner Mfg.(制造商部件#447)制造的帶有I加侖金屬雙葉片機械混合器的無繩電鉆以1，500rpm機械混合10分鐘。在噴涂施加之前，僅僅使用無繩電鉆機械混合把該動態(tài)邊界層混合顆粒結(jié)合進漆。帶有機械混合器的觀測:
A)旋渦深度:將機械混合體系(即附著于電鉆上的雙葉片式攪拌器)置于I加侖漆罐的中心和然后在同樣的rpm下將其慢慢地降低放入漆中直到旋渦崩潰。其中添加有1%動態(tài)邊界層混合顆粒的漆在崩潰前容許形成比沒有動態(tài)混合顆粒的漆深70%的的旋渦。旋渦深度是與在罐內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的漆的表面阻力有關的流體速度的函數(shù)。流體旋轉(zhuǎn)越快，旋渦越深。該阻力是由與邊界層相互作用的丙烯酸漆的內(nèi)聚力引起的，其會限制流體運動。動態(tài)邊界層混合顆粒的添加降低了由邊界層所導致的摩擦系數(shù)。動態(tài)混合顆粒被旋轉(zhuǎn)期間由推壓罐壁的漆的離心力施加的動能活化。這些力導致顆粒在流動的漆的邊界層中旋轉(zhuǎn)，借此把阻力系數(shù)從靜態(tài)的轉(zhuǎn)變到動態(tài)的，從而增大流體速度和旋渦深度。B)氣泡形成:對兩個漆試樣(即對有和沒有動態(tài)邊界層混合顆粒的試樣)施予同樣時長的機械攪拌。在機械攪拌之后，帶有動態(tài)邊界層混合顆粒的漆少于5%的表面覆蓋有氣泡。沒有動態(tài)混合顆粒添加劑的漆有70%的表面為氣泡所覆蓋。然后容許每個2加侖漆試樣在機械混合以后沉降5分鐘。具有動態(tài)邊界層混合添加劑的漆試樣在表面上只留有少數(shù)氣泡。沒有該添加劑的漆試樣仍然有超過50%表面為氣泡所覆蓋。據(jù)認為，具有它們的葉片狀特性的動態(tài)邊界層混合顆粒刺穿其中添加有動態(tài)混合顆粒的漆試樣中的氣泡。因此，該漆試樣被脫氣和通過機械法增濃。設各:
無空氣噴霧器產(chǎn)品:AIRLESSC0，型號:LP540 噴槍產(chǎn)品:ASM，300系列
噴嘴產(chǎn)品:AIRLESSC0，型號:517，類型:10英寸風扇，噴嘴直徑:0.017英寸 噴涂表面:干式墻，類型:1 / 2英寸綠板 設備設置
無空氣噴涂設備設置在2500磅/平方英寸 噴嘴距離:離表面垂直20英寸 單道，各道(pass)之間延遲10秒鐘 在90°C和70%濕度下在直射陽光下把漆施加到干式墻上。試駘結(jié)果
沒有添加劑的漆試樣:漆在20和18道下流掛和流淌；參見圖32。具有添加劑的漆試樣:漆在30道下流掛和流淌；參見圖33。具有添加劑的漆試樣:該漆在19道下不流掛或流淌；參見圖34。認為類型(I)動態(tài)邊界層混合顆粒能防止漆流淌，因為顆粒的三維的薄的突出葉片狀特性可以輕易地刺穿入停滯的不動邊界層，當漆停止運動時這產(chǎn)生“機械鎖閉體系”。該顆粒生成微米擋板體系，防止漆流掛和流淌。此實驗表明動態(tài)邊界層混合顆粒的添加可以顯著地降低機械噴涂失誤，從而使得漆更用戶友好和在意外地施加了過多漆時對操作者更寬容。動態(tài)邊界層混合顆粒與漆產(chǎn)生機械相互作用而不是化學相互作用，增強了可潤濕性和/或流動。其中添加有動態(tài)混合顆粒的漆將具有同樣的防止流掛和流淌特性，不論該漆混合物通過輥、通過刷、通過無空氣噴霧器(典型的水基涂料)，還是通過LPHV體系(通常用于溶劑基漆)施加。如同圖32以及33圖解的那樣，相比當6-8英尺的噴涂壁開始流掛以及然后流淌時你遭受的災難性的混亂，在表面上倒回漆刷或輥改正流掛和流淌漆的過失要容易得多。汽車漆
Spies Hecker Inc.生產(chǎn)的底漆和漆。底漆:5310 HS，固化劑:3315 HS配合比4:1
漆:Chrysler, PB3 Caledonia Blue,系列:293 99384
噴槍:SATA Jet 2000 Digital，類型:HVLP，噴嘴:1.4噴射環(huán)形模式。以1.0質(zhì)量％添加添加劑，類型(I)動態(tài)邊界層混合顆粒由平均粒度IOy的膨脹珍珠巖制備。選擇該類型I動態(tài)邊界層混合顆粒是由于它的輕質(zhì)和葉片狀特性，其容易混入流體。采用Hamilton Beach, Drink Master裝置以低RPMs用I分的混合持續(xù)時間實現(xiàn)添加劑向汽車漆中的機械混入。通過First Class Collision in Grove Oklahoma把汽車漆專業(yè)地施加到矩形4X 6 〃標準金屬片。觀測:兩種材料噴涂得同樣好并提供了平滑的濕膜。當添加了動態(tài)混合顆粒時表面色較黑。對于原料汽車漆來說表面光澤更好。圖31A和31B顯示了色差。當此工藝中，兩種漆作為最終步驟接清漆(clearcoat)。因此，假定由動態(tài)混合顆粒造成的較粗糙表面將為清漆產(chǎn)生更好的粘合表面。霧化試駘
霧化試驗向水然后向丙烯酸漆介質(zhì)中進行。80%的建筑漆是丙烯酸和水基的。因此，商業(yè)上可能接受的動態(tài)邊界層混合顆粒不能對噴涂商業(yè)應用產(chǎn)生任何負面效果。使用了三種粒徑進行水分析:
平均粒徑 30 u 的 Boundary Breaker raw ；
平均粒徑 20 u 的 Boundary Breaker 20 ;和 平均粒徑 10 u 的 Boundary Breaker 10。使用了兩種粒徑進行丙烯酸漆試驗:
平均粒度 20 U 的 Boundary Breaker 20 ;和 平均粒度 10 u 的 Boundary Breaker 10。試驗在兩個不同的壓力下實施，即在1000磅/平方英寸和2000磅/平方英寸下。實驗在兩個不同的噴嘴距離下實施，即在6英寸和12英寸下。 霧化試驗的結(jié)論顯 示霧化期間液滴尺寸的偏差極小，不管動態(tài)顆粒大小如何和或流體是水還是丙烯酸。因此，即使把動態(tài)混合顆粒添加到漆中，我們認為商業(yè)漆工也將能通過無空氣噴涂體系對霧化沒有副作用地如常使用他們的設備。在圖35中查看表格形式的完整報告。啼凃體系
動態(tài)混合顆粒向漆中的添加促進了濕膜在表面上的更好的表面相互作用。當霧化流體沖擊表面時，該霧化流體將活化動態(tài)混合顆粒和移動濕膜的邊界層以及由于霧化顆粒在表面上的運動而擦洗該表面，獲得更好的覆蓋度和更均勻的的噴涂層。在施加期間施加的濕膜的這種運動降低了漆涂層的桔皮效應。另外，動態(tài)混合顆粒的添加將提高漆對表面的附著，將提聞表面潤濕性，將提聞添加劑的懸浮以及將提聞分散。應用的其它區(qū)領域
漆粘合劑和泡沫的噴霧壺(spray can)應用將受益于動態(tài)混合顆粒的添加，因為該顆粒的添加提高了表面覆蓋度、薄膜厚度的總體特性，并有助于防止噴頭堵塞。當堵縫被填縫槍或用其它方式移動時，動態(tài)混合顆粒的添加由于有助于促進改善的流動和與基底的更好表面相互作用，而可能有益于堵縫。在高度填充的粘合劑(如地毯背襯粘合劑)中，其中60-80體積％是碳酸鈣，動態(tài)混合顆粒的添加將提高可潤濕性，即干的材料被濕的材料涂覆，從而提高生產(chǎn)產(chǎn)量以及改善整個產(chǎn)品質(zhì)量。在泡沫中，對于帶有發(fā)泡劑的單組分材料、雙組分材料和熱塑性材料的噴涂應用或注入成型，動態(tài)混合顆粒的添加促進具有更一致壁厚的均勻泡孔結(jié)構(gòu)。通過沖擊噴射混合系統(tǒng)可以移動泡沫。例如:當它們與發(fā)泡劑混合時，銳緣的顆粒提供混合步驟完成時也不停止的動態(tài)混合。當流體在膨脹過程期間運動時該顆粒繼續(xù)保持活性。在泡沫膨脹期間通過反應性和不反應性添加劑在整個流體中的更好分散，這促進了發(fā)泡劑更好的分散以及提高的移動性,從而改善了泡孔的一致性。動態(tài)混合料(類型I)的三維的、尖端的、葉片狀結(jié)構(gòu)這個獨特的特性產(chǎn)生優(yōu)異的成核位置，從而提高了泡壁一致性和強度。通過比較沒有添加劑的聚丙烯泡沫(圖36)和帶有4.8%的27微米膨脹珍珠巖添加劑的聚丙烯泡沫(圖37)，可以看到這個現(xiàn)象。圖37顯示了在生成微型胞狀結(jié)構(gòu)上的相當大的改善。在雙組分粘合劑中，動態(tài)混合顆粒的添加將有助于混合液體-液體接觸面，促進整個聚合物內(nèi)的更好交聯(lián)。動態(tài)混合顆粒添加劑還將改善粘合強度和給予更好的流動特性。對雙組分反應性材料實施靜態(tài)混合試驗:
原料:Loctite雙組分60分鐘環(huán)氧,2種顏料一個黃色一個綠色設備:標準50毫升duel填縫槍，其具有直徑I / 4英寸長6英寸的一次性的靜態(tài)混合器頭。實驗設置
反應混合100毫升環(huán)氧和混入少量黃色顏料；
反應混合100毫升環(huán)氧和混入少量綠色顏料；
然后將該兩個100毫升內(nèi)部帶有顏料的反應的環(huán)氧分成兩半。把50毫升黃色的反應的環(huán)氧放進靜態(tài)混合器中單個的雙組分料筒的一半中。在該靜態(tài)混合器的另一半中，把50毫升綠色的反應的環(huán)氧放入單個的雙組分料筒中。該50毫升黃色的反應的環(huán)氧具有I質(zhì)量％已經(jīng)混入其中的動態(tài)混合顆粒。把黃色的反應的環(huán)氧放進靜 態(tài)混合器料筒的一半中。50毫升綠色的反應的環(huán)氧具有I質(zhì)量％已經(jīng)混入其中的動態(tài)混合顆粒。然后把該50毫升綠色反應的環(huán)氧放入該雙組分料筒的另一邊。在以同樣低的速率把原料從靜態(tài)混合中噴射出來之前，實施混合工藝大約5分鐘。然后使得該靜態(tài)混合管完全固化。然后使用水射流切割機把該管切成兩半。如同參考圖38可以看到的那樣，上面的試樣，即帶有邊界破壞者(boundary breaker)動態(tài)混合顆粒的試樣是兩個試樣中更充分混合的。換句話說，上面的試樣更充分地混合該綠色和黃色反應的環(huán)氧，得到更大數(shù)量的藍色混合環(huán)氧。實施例1:在下面實施例中命名為“Boundary Breaker”的原料指上面提到的申請人的動態(tài)混合顆粒。雖然下面指定了具體的重量含量，但是應當理解其它含量可能同樣有效。據(jù)估計0.5%-10%的重量百分含量可能有效。
權利要求
1.聚合物混合物，包括: 其中分散有動態(tài)混合顆粒的聚合物； 其中所述動態(tài)混合顆粒包括顆粒，其中至少20%的所述顆粒具有選自尖端、尖銳的邊緣、可進入的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、孔穴或袋的能產(chǎn)生角、菱形或三角形的幾何形狀。
2.根據(jù)權利要求1的聚合物混合物，其中:所述聚合物是漆粘合劑。
3.根據(jù)權利要求1的聚合物混合物，其中:所述動態(tài)混合顆粒占所述聚合物混合物的至少0.1質(zhì)量％。
4.根據(jù)權利要求1的聚合物混合物，其中:所述動態(tài)混合顆粒由類型I動態(tài)邊界層混合顆粒組成。
5.根據(jù)權利要求4的聚合物混合物，其中:所述動態(tài)混合顆粒由膨脹珍珠巖組成。
6.根據(jù)權利要求5的聚合物混合物，其中:所述動態(tài)混合顆粒的平均粒徑在大約500nm-100 μ之間。
7.根據(jù)權利要求6的聚合物混合物，其中:所述動態(tài)混合顆粒的平均粒徑在大約1μ -30 μ 之間。
8.提高聚合物對表面的潤濕性、改善聚合物流動和增強添加劑分散的方法，包括步驟: 向所述聚合物中添加動態(tài)混合顆粒以形成聚合物混合物； 在表面上移動所述聚合物； 在所述移動的聚合物的邊界層翻滾所述動態(tài)混合顆粒。
9.根據(jù)權利要求8的方法，其中:所述添加步驟稠化所述聚合物。
10.根據(jù)權利要求8的方法，進一步包括: 在所述聚合物中的顏料顆粒添加劑；其中 所述顏料顆粒被所述動態(tài)混合顆粒機械地處理成更小的粒徑，以將所述顏料顆粒更均勻地分散到整個聚合物混合物中。
11.根據(jù)權利要求8的方法，其中在動態(tài)旋轉(zhuǎn)期間所述動態(tài)混合顆粒的所述翻滾產(chǎn)生穿過聚合物的機械穿孔，以使得氣泡能夠逸出該聚合物。
12.權利要求8的方法，其中至少20%的所述動態(tài)混合顆粒限定了尖銳的邊緣，該邊緣能夠刺穿所述聚合物中的氣泡以給所述聚合物消泡。
13.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述向所述聚合物中添加動態(tài)混合顆粒的步驟包括步驟: 以占所述聚合物混合物至少0.1質(zhì)量％的量添加所述動態(tài)混合顆粒。
14.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述動態(tài)混合顆粒由類型I動態(tài)邊界層混合顆粒組成。
15.根據(jù)權利要求14的方法，其中所述動態(tài)混合顆粒由膨脹珍珠巖組成。
16.根據(jù)權利要求15的方法，其中所述動態(tài)混合顆粒的平均粒徑在大約500nm-100μ之間。
17.根據(jù)權利要求15的方法，其中所述動態(tài)混合顆粒的平均粒徑在大約lμ-30μ之間。
18.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述在表面上移動所述聚合物的步驟包括:用噴涂裝置霧化所述聚合物。
19.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述在表面上移動所述聚合物的步驟包括:用漆刷把所述聚合物施加到表面上。
20.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述在表面上移動所述聚合物的步驟包括:用無空氣噴涂器把所述聚合物施加到表面上。
21.根據(jù)權利要 求8的方法，其中所述在表面上移動所述聚合物的步驟包括:用LPHV體系把所述聚合物施加到表面上。
22.根據(jù)權利要求8的方法，其中所述在表面上移動所述聚合物的步驟包括:用雙組分沖擊噴射混合系統(tǒng)把所述聚合物施加到表面上。
全文摘要
一種組合物，包括流體和分散在流體中的材料，該材料由顆粒組成，該顆粒具有諸如尖銳葉片狀表面的復雜三維表面區(qū)域，該顆粒具有大于0.7的縱橫比用于促進非線性粘度區(qū)的動態(tài)邊界層混合。該組合物可以進一步包括分散在該流體中的添加劑。該流體可以是聚合物材料。移動流體以將該材料分散在該流體中的方法，其中該材料遷移到該流體的邊界層來促進流體中的該添加劑的動態(tài)混合，該動態(tài)混合發(fā)生于非線性粘度區(qū)。
文檔編號C08K7/00GK103154157SQ201180043827
公開日2013年6月12日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權日2010年7月12日
發(fā)明者W.L.約翰遜 申請人:伊科普羅有限責任公司