高性能纹理涂层的制作方法

高性能纹理涂层
1.本申请是申请日为2016年05月02日，申请号为201680025107.9，发明名称为“高性能纹理涂层”的发明专利申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本申请要求于2015年5月1日递交的美国临时申请序列号62/155,911的优先权，所述临时申请通过引用整体并入本文。


背景技术：

4.聚集材料(诸如混凝土)例如通常用于各种民用和建筑结构和组件中，因为这些材料便宜并且耐腐蚀和压缩力。然而，许多聚集材料的抗张强度是未知的，因此在受到显著的拉伸载荷或横向振动力时会失效。因此，通常通过在聚集材料中包含或掺入刚性结构插入件来增强聚集材料。
5.加强混凝土是包含结构插入件(通常由钢制成，一般被称为“钢筋”)和混凝土的聚集材料。当钢与混凝土充分结合时，加强混凝土最有效地起作用。
6.对于在腐蚀性环境中使用的高性能加强混凝土，通常用提供耐腐蚀性的涂料组合物涂布钢筋。然而，这种经涂布的钢筋通常具有低粘合强度(即，与混凝土的结合性差)。当腐蚀不是重大问题时，可以使用未涂布的或黑色的钢筋来增强混凝土。这种类型的钢筋通常可承受相当大的拉伸载荷，但在受到显著的侧向力(例如由地震引起的力)时倾向于失效。
7.用于改善加固聚集材料(如混凝土)的粘合强度的尝试包括在将结构插入件嵌入混凝土之前对插入件进行喷砂处理。喷砂工艺能够除去表面杂质，包括锈和其他污染物，并可稍微增加粘合强度。也可以将结构插入件浸入水中持续几天作为预处理，以通过产生混凝土可附着的表面层来改善结合强度和耐腐蚀性。然而，从长远来看，即使经预处理的结构插入件也倾向于与加强混凝土脱结合。
8.解决加强混凝土的低粘合强度的一种替代方法是：对于给定量的混凝土，增加结构插入件的数量或尺寸。例如，这对于建筑物和桥面板中的角落是常见的。然而，增加结构插入件的数量会导致混凝土拥塞，其中混凝土要么没有充分压实要么根本不渗透。这导致混凝土设计差，混凝土布置差，并且加强混凝土的成本显著增加，而不能解决粘合强度低的问题。
9.因此，需要这样的结构插入件，其能够经受地震活动期间显著的拉力或侧向力，并且可以以最佳量使用以避免混凝土拥塞。本文公开了经涂布的结构插入件、涂料组合物及其制备方法。
附图简介
10.图1是从混凝土中拉出的上面涂覆有纹理涂层的金属试验棒与从混凝土中拉出的具有光滑表面的试验棒的照片对比。
11.图2是从混凝土中拉出的上面涂覆有纹理涂层的金属试验棒与具有光滑表面的试
验棒的显微镜图像对比。
12.图3是通过不同方法制备的纹理涂层的照片对比。
13.概述
14.在一个实施方式中，本说明书提供了经涂布的制品，所述制品包含结构插入件和涂覆在其上的纹理涂层，其中所述经涂布的制品具有至少约150μm的表面粗糙度(sz)。
15.在一个实施方式中，本说明书提供了经涂布的制品，所述制品包含结构插入件和至少涂覆在其上的粉末涂料组合物。粉末涂料包含粘合剂树脂组分和团聚物，所述团聚物包含纹理化添加剂和至少一种官能化填料。经涂布的制品具有纹理表面。
16.在另一个实施方式中，本说明书提供了经涂布的结构插入件，其上涂覆有粉末涂料组合物。所述组合物含有约40
‑
70重量％的环氧官能粘合剂、约0.5
‑
5重量％的纹理化添加剂和约0.5
‑
20重量％的至少一种官能化填料。如本文所述，相对于未涂布的试验棒，纹理涂层在涂覆到试验棒上时展示出至少10％的拉拔强度增加。
17.在一个实施方式中，本文描述了涂布制品的方法。所述方法包括以下步骤：提供结构插入件作为基材并将基材加热至约200℃至300℃的温度。所述方法还包括以下步骤：将第一粉末涂料组合物涂覆到加热的插入件上，然后在所述第一涂料组合物上涂覆纹理涂料。纹理涂料是一种粉末涂料组合物，其含有粘合剂树脂组分、纹理化添加剂和至少一种官能化填料。所述方法还包括固化所涂覆的粉末涂料组合物的步骤。
18.本发明的上述概述并不旨在描述本发明的每种所公开的实施方式或每种实施情况。下面的描述更具体地例示了说明性实施方式。在整个申请的几个地方，通过可以以各种组合使用的例子的列表来提供指导。在每种情况下，所述列表仅用作代表性组，而不应被解释为排他列表。
19.在下面的描述中阐述了本发明的一个或多个实施方式的细节。从说明书和权利要求书中可以明显看出本发明的其他特征、目标和优点。
20.选定的定义
21.除非另外指明，本文中使用的下列术语具有下文提供的含义。
22.当在“涂层涂覆在表面或基材上”这样的上下文中使用时，术语“在
……
上”既包括涂层直接地涂覆到表面或基材上又包括间接地涂覆到表面或基材上。因此，例如涂层涂覆于覆盖在基材上的底漆层上被看作涂层涂覆在基材上。
23.除非另外指明，术语“聚合物”包括均聚物和共聚物(即两种或更多种不同单体的聚合物)二者。
24.在说明书和权利要求中出现术语“包括”、“包含”及其变体时，这些术语不具有限制性含义。
25.术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本发明实施方式。然而，在相同或其他情况下，其他实施方式也可能是优选的。另外，一个或多个优选的实施方式的叙述不意味着其他实施方式是不可用的，也不旨在将其他实施方式排除在本发明范围外。
26.在本文中使用时，“一种(a，an)”、“该(the)”、“至少一种”和“一种或多种”以及不使用数量词的情形可互换使用。因此，例如包含添加剂的涂料组合物可以被解释为表示该涂料组合物包含“一种或多种”添加剂。
27.此外在本文中，通过端点对数值范围的陈述包括该范围内包含的所有数字(例如1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等等)。另外，一个范围的公开包括较宽区间内包括的所有子范围的公开(例如1到5公开了1到4、1.5到4.5、1到2等等)。
28.详细说明
29.本说明书的特征在于其中的经涂布的制品，例如结构插入件。本文所用的术语“结构插入件”是指用于增强第二材料的第一材料，其中第一材料并入、插入或嵌入第二材料中。结构插入件可以具有各种形状或构造，包括但不限于钢筋、榫钉、网状物、板等。结构插入件可以由各种不同的材料制成，包括但不限于金属(例如钢)、玻璃、聚合材料、陶瓷及其混合物或组合。第二材料通常且优选地是聚集材料，例如混凝土、沥青、土壤等。
30.在一些实施方式中，本文所述的结构插入件优选为金属制品，更优选为钢制品。在一方面，钢制品是加强钢。在本文中使用时，术语“加强钢”是指嵌入、插入或包含在聚集材料或其它材料中以提供抗张强度的钢。例如，混凝土由于便宜、耐腐蚀和压缩性强而经常用于建筑材料中。然而，混凝土不能抵抗强拉力，因此必须被加强以抵抗这种拉力。用于加强混凝土的钢加强件或棒通常被称为钢筋。为了使复合材料具有最佳的抗张强度，钢筋和混凝土充分结合在一起是有益的。通常将钢筋成形或配置为使钢筋表面和混凝土之间的粘合最大化。例如，工业中的标准钢筋是具有有棱纹理的或“绞绳”螺旋设计的未涂布钢筋，当施加拉伸载荷时，所述设计能够帮助钢筋机械地阻止从混凝土中拉出。
31.在一个实施方式中，本说明书提供了经涂布的结构插入件。结构插入件包含上面涂覆有涂料组合物的基材，以使得涂布件优选地具有展示出优于光滑结构插入件的粘合强度的表面。不限于理论，人们认为：在某些实施方式中，本文所述的涂布件具有这样的表面，其通过增加粘合强度的方式改善了钢筋和混凝土之间的微机械相互作用。这就赋予了加强混凝土增加的抗拉强度。在某些实施方式中，涂布件可以具有这样的表面，其通过增加粘合强度的方式改善了钢筋和混凝土之间的化学粘合。优选地，涂布件的表面展示出对混凝土最佳的微机械粘合和化学粘合。
32.在一个实施方式中，经涂布的结构插入件具有纹理表面或纹理化表面。在本文中使用时，术语“纹理”或“纹理化”是指以最低程度的表面粗糙度为特征的涂层。涂层的表面粗糙度是通过使用光学显微镜获得表面的轮廓来确定的，并且表示为sz，其是代表表面的最高点和表面的最低点之间的距离(以微米；μm计)的参数。光滑涂层或具有光滑表面的基材的sz值接近零，例如小于30μm，小于20μm或小于10μm。
33.不限于理论，人们认为：纹理表面是有益的，因为它可改变经涂布的结构插入件和聚集材料之间的微机械相互作用，其中结构插入件以显著改善经涂布件与聚集材料之间的粘合的方式放置。例如，在用于加强混凝土的钢筋的上下文中，钢筋和混凝土之间的界面可受到钢筋的表面状况的影响。具有光滑表面的钢筋可以提供光滑的界面，使得钢和混凝土仅通过界面处的弱吸力保持在一起，并且钢筋可以容易地从混凝土中拉出或脱离结合。然而，具有纹理表面或粗糙表面的钢筋可以在钢和混凝土之间提供牢固的微机械连锁，使得不能容易地从混凝土中拉出钢筋。因此，预期使用纹理钢筋会显著改善钢筋和混凝土之间的粘合，从而提供提高的抗张强度。
34.因此，在一个实施方式中，本文所述的经涂布的制品是具有纹理化表面或纹理表面的结构插入件，其表面粗糙度(sz)为至少约150μm，优选至少约200μm，更优选至少约300μ
m。在一方面，本文所述的纹理涂层的表面粗糙度优选比平滑涂层或非纹理涂层的表面粗糙度高至少两倍，更优选至少三倍，甚至更优选至少四倍。
35.可以以各种不同的方式获得本文所述的纹理涂层。例如，可以通过控制粉末组合物的表面张力或通过使用在粉末组合物中不相容或不溶的添加剂来获得纹理表面。因此，本文所述的粉末组合物优选包括纹理添加剂或纹理化添加剂，其是产生低流动性或在粉末组合物的粘合剂组分中不溶或以其它方式不相容的试剂。合适的纹理化添加剂的实例包括但不限于聚合物，例如合成的含氟聚合物(例如，ptfe、pvdf等)、聚卤乙烯(例如pvc)、聚烯烃材料(例如聚乙烯或聚丙烯蜡)、聚芳基硫化物(例如pps)、丙烯酸弹性体、脂族聚酰胺或芳族聚酰胺(例如尼龙)、聚芳基醚酮(例如peek)、硅酮、其它高熔点工程塑料等。添加剂也可以是直接添加到涂料组合物中的液体组合物或吸附在固体载体上的液体。在优选的方面，纹理化添加剂是ptfe、pvdf、pps、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)、全氟烷氧基烷烃(pfa)；四氟乙烯全氟丙烯(fep)、聚醚醚酮(peek)、高密度聚乙烯(hdpe)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、对位芳纶纤维(kevlar)及其混合物或组合。ptfe是特别优选的。
36.使用纹理化添加剂时，经涂布制品的纹理程度可能受到纹理化添加剂的粒度(d50)的影响。一方面，为了产生具有期望的表面粗糙度的纹理涂布制品，纹理化添加剂的粒度为约1
‑
300μm，优选10
‑
100μm，更优选25
‑
75μm，甚至更优选20
‑
50μm，所述粒度是在其包含在或掺入涂料组合物之前测定的。
37.在一个实施方式中，基于涂料组合物的总重量，至少一种纹理化添加剂的存在量为约0.1
‑
10重量％，更优选0.5
‑
5重量％，甚至更优选1
‑
3重量％。
38.可以通过包含至少一种额外的添加剂来增加纹理涂层的表面粗糙度。一方面，本文所述的涂料组合物包括至少一种用于改变涂料组合物的流变性(流动性和流平性)的添加剂。添加剂是填料，合适的填料(例如触变剂)包括例如二氧化硅粉末、膨润土、玻璃纤维、瓷土、滑石、云母、钙硅石等。在一个优选的方面，填料是官能化填料，优选硅烷官能化的或硅烷化的钙硅石材料。
39.在一个实施方式中，基于涂料组合物的总重量，至少一种官能化填料的存在量为约0.5
‑
20重量％，优选1
‑
15重量％，更优选2
‑
10重量％。
40.在一个实施方式中，本文所述的组合物可以仅包括纹理化添加剂或仅包括官能化填料，因为这两种添加剂可以各自独立地增加结构插入件的表面粗糙度或纹理程度，从而提供增加的对混凝土的粘合性。然而，在一个优选的方面，本文所述的组合物优选地包含至少一种纹理化添加剂和至少一种官能化填料二者，使得两者可以以互补的方式起作用，从而使钢筋和混凝土之间的粘合性增加至大于组合物仅含有填料或仅含有纹理化添加剂时的情况。
41.不限于理论，人们认为：纹理化添加剂(优选ptfe)与官能化填料(优选硅烷化钙硅石)结合，从而产生团聚物颗粒。所述团聚物包括钙硅石和ptfe的颗粒，并且还可以包括粘合剂树脂组分和组合物的其它组分的颗粒。在某些实施方式中，团聚物的总粒径足以产生优选为至少约150μm表面粗糙度(sz)。团聚物颗粒的平均粒径可以为优选大于100μm，更优选大于150μm，甚至更优选大于200μm。
42.在一个实施方式中，本文所述的组合物可以包含纹理化添加剂、官能化填料或两者，以增加结构插入件的表面粗糙度或纹理程度，从而提供增加的对混凝土的粘合性。一方
面，为了提供期望程度的增强的粘合性，优选地，由纹理化添加剂和填料形成的团聚物的颗粒或纹理化添加剂和填料的颗粒至少部分嵌入涂层中，使得颗粒是涂层的一部分并且不仅仅作为表面纹理层存在于涂层的表面上。不限于理论，人们认为：表面纹理层不提供涂层完整性，此外，表面纹理层的颗粒在测试、制造或使用期间会损失。在一个替代性实施方式中，纹理化添加剂的颗粒、填料的颗粒和/或由纹理化添加剂和填料形成的团聚物的颗粒可至少部分被涂料组合物包封，从而变成涂层不可分割的部分，而不仅仅是物理分布在表面上。
43.可以通过在结构插入件的表面上形成不连续涂层来获得纹理表面。例如，在一个实施方式中，可以通过以下方法来形成不连续涂层：例如在涂料组合物中包含诸如盐的材料，所述材料在涂覆或固化期间(或在后涂覆过程中)会消失或溶解，从而留下具有空隙或孔的膜。在另一个实施方式中，可以通过以下方法来形成不连续涂层：例如在将涂层涂覆到结构插入件的表面上之后，将粗料或砂砾(例如沙子、二氧化硅等)包埋在涂层中。这在否则会是光滑涂层的表面上产生一层粗料。在另一个实施方式中，可以通过以下方法来形成不连续膜：在涂覆涂层之前掩蔽结构插入件的部分，将涂料涂覆到被掩蔽的构件上，然后从经涂布的构件中去除掩模(mask)。这产生了未完全覆盖插入件表面的膜。
44.可以使用各种方法来产生纹理涂层。然而，无论使用何种方法产生纹理涂层，本文所述的纹理涂层都优选展示出最佳的表面粗糙度以及最佳的机械性能，包括涂层与结构插入件表面的最佳内聚力(cohesion)和最佳粘合性。例如，涂层可展示出显著的表面粗糙度，但如果涂层从插入件分层或内聚失效，则其不是如本文所述的理想的纹理涂层。因此，在一个实施方式中，本文所述的纹理涂层具有最佳的表面粗糙度和最佳的机械性能。
45.本文所述的纹理涂层展示出最佳的对混凝土的微机械粘合和化学粘合。因此，在一个实施方式中，纹理涂层包含粘合促进剂。有效的粘合促进剂对基材和涂覆在基材上的任何涂层二者，或基材嵌入或插入其中的任何材料都具有亲和性。对于加强混凝土而言，有效的粘合促进剂不仅会增加结构插入件对混凝土的粘合性，而且会促进纹理涂层对结构插入件的粘合。
46.合适的粘合促进剂包括例如硅烷、硅酮、催化金属等。其中，优选硅烷粘合促进剂或偶联剂。不限于理论，人们认为：硅烷粘合促进剂通过基于水解形成硅烷醇而起作用。硅烷醇基团可以与基材以及和基材接触的任何其它材料反应。合适的硅烷粘合促进剂的实例包括但不限于烷氧基硅烷(例如甲氧基硅烷、乙氧基硅烷等)、卤代硅烷(例如氯硅烷)、受阻硅烷(例如二异丙基改性的硅烷、氨基丙基改性的硅烷等)、不饱和的硅烷(例如乙烯基硅烷)及其组合和混合物。
47.在一个实施方式中，基于组合物的总重量，所述至少一种粘合促进剂的存在量为约0.5
‑
10重量％，优选1
‑
5重量％，更优选2
‑
3重量％。
48.在一个实施方式中，本说明书提供了金属制品，例如结构插入件，例如上面涂覆有涂料组合物。涂料可以是任何类型的有机涂料、无机涂料或混杂涂料，以及任何类型的液体涂料组合物、粉末涂料组合物或其组合。涂料组合物通常包括成膜树脂或粘合剂树脂组分和任选的用于树脂的固化剂或交联剂。粘合剂树脂组分可以选自提供期望的膜性质的任何树脂或树脂组合。聚合物粘合剂的合适实例包括热固性材料和/或热塑性材料，并且可以利用环氧树脂、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、丙烯酸类、聚氯乙烯、尼龙、含氟聚合物、硅酮、其它树脂或其组合制成。环氧树脂、聚酯和丙烯酸类是特别优选的。
49.在一个优选的方面，聚合物粘合剂包括至少一种环氧树脂组合物或聚环氧化物。合适的聚环氧化物优选每分子包括至少两个1,2
‑
环氧基团。一方面，基于聚环氧化物的总固体含量，环氧当量重量为优选约100至约4000，更优选约500至1000。聚环氧化物可以是脂族、脂环族、芳族或杂环的。一方面，聚环氧化物可以包括取代基，例如卤素、羟基、醚基等。
50.本文所述的组合物和方法中使用的合适的环氧树脂组合物或聚环氧化物包括但不限于通过表卤代醇(例如表氯醇)与多酚的反应而形成的环氧醚，所述反应通常且优选在碱的存在下进行。合适的多酚包括例如邻苯二酚、氢醌、间苯二酚、双(4
‑
羟基苯基)
‑
2,2
‑
丙烷(双酚a)、双(4
‑
羟基苯基)
‑
1,1
‑
异丁烷、双(4
‑
羟基苯基)1,1
‑
乙烷、双(2
‑
羟基苯基)
‑
甲烷、4,4
‑
二羟基二苯甲酮、1,5
‑
羟基萘等。双酚a和双酚a的二缩水甘油醚是优选的。
51.合适的环氧树脂组合物或聚环氧化物还可以包括多羟基醇的多缩水甘油醚。这些化合物可以衍生自多羟基醇，例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、1,6
‑
己二醇、新戊二醇、二乙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇等。其它合适的环氧化物或聚环氧化物包括通过表卤代醇或其它环氧组合物与脂族或芳族多元羧酸(例如琥珀酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、富马酸、邻苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸、偏苯三酸等)的反应形成的多元羧酸的多缩水甘油酯。一方面，二聚不饱和脂肪酸和聚合多元羧酸也可以反应生成多元羧酸的多缩水甘油酯。
52.在一个实施方式中，本文所述的环氧树脂组合物或聚环氧化物是通过烯属不饱和脂环族化合物的氧化得到的。烯属不饱和脂环族化合物可以通过与氧、过苯甲酸、酸
‑
醛单过乙酸酯、过乙酸等反应而被环氧化。通过这种反应产生的聚环氧化物是本领域技术人员已知的，包括但不限于环氧脂环族醚和酯。
53.在一个实施方式中，本文所述的环氧树脂组合物或聚环氧化物包括通过表卤代醇与醛和一元酚或多元酚的缩合产物的反应获得的环氧酚醛清漆树脂。实例包括但不限于表氯醇与甲醛和各种酚的缩合产物的反应产物，所述酚例如苯酚、甲酚、二甲苯酚、丁基甲基苯酚、苯基苯酚、联苯酚、萘酚、双酚a、双酚f等。
54.在一个实施方式中，涂覆在结构插入件上的涂料组合物是粉末涂料组合物。热固性材料通常优选用作粉末涂料应用中的聚合物粘合剂。本文所述的粉末组合物是包含至少一种固化剂的可固化组合物。在一个实施方式中，本文所述的固化剂有助于获得固态、柔性、环氧官能的粉末组合物。合适的固化剂包括例如环氧官能化合物(例如三缩水甘油基
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异氰脲酸酯)、羟基烷基酰胺(例如，β
‑
羟基烷基酰胺，商业上称为primid)、封端的异氰酸酯或脲二酮、胺类(例如双氰胺)、二酰肼(例如己二酸二酰肼(adh)、间苯二甲酸二酰肼(idh)、癸二酸二酰肼(sdh)等)、酚官能树脂、羧基官能固化剂等。固化反应可以用热的方法或通过暴露于辐射(例如，uv、uv
‑
vis、可见光、ir、近
‑
ir和电子束)来诱发。
55.一方面，选择与环氧树脂组合物相容的固化剂，并且在用于固化和涂覆粉末组合物的温度下操作以固化粉末组合物。因此，对于本文所述的粉末组合物而言，优选选择熔点或软化点在本文所述的涂覆温度范围(即，优选约150℃至300℃，更优选约220℃至260℃)内的固化剂。
56.因此，在一个优选的实施方式中，本文所述的粉末组合物是熔融结合的环氧树脂(fbe)组合物。优选的组合物包括由多元酚的多缩水甘油醚的均匀混合物以及二酰肼或双氰胺固化剂制备的环氧树脂。一方面，基于粉末组合物的总重量，熔融结合的环氧组合物的
存在量为约20
‑
90重量％，优选约30
‑
80重量％，更优选约40
‑
70重量％，最优选约50
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60重量％。
57.在一些实施方式中，本文所述的纹理涂层是液体涂层，优选液体环氧树脂涂层。这些涂层优选是热固性的并且具有高固体含量。在一个实施方式中，本文所述的固化剂有助于获得固态、柔性、环氧官能的粉末组合物。本文所述的液体组合物是可包含至少一种固化剂的可固化组合物。合适的固化剂包括例如脂族胺、脂环族胺、多胺、酰胺、聚酰胺及其混合物和组合。固化反应可以用热的方法或通过暴露于辐射(例如、uv、uv
‑
vis、可见光、ir、近
‑
ir和电子束)来诱发。在一个优选的方面，环氧涂层是两部分体系，并且在环境温度下发生固化。
58.一方面，基于粉末组合物的总重量，液体环氧组合物的存在量为约20
‑
90重量％，优选约30
‑
80重量％，更优选约40
‑
70重量％，最优选约50
‑
60重量％。
59.本文所述的粉末组合物可包含其它添加剂。这些其它添加剂可改善涂料的涂覆、涂料的熔融和/或固化、或最终涂层的性能或外观。可用于组合物中的任选添加剂的实例包括：固化催化剂、抗氧化剂、颜色稳定剂、滑动和损伤添加剂(slip and mar additive)、uv吸收剂、受阻胺光稳定剂、光引发剂、传导性添加剂、摩擦带电添加剂、防腐蚀添加剂、填充剂、纹理剂(texture agent)、脱气添加剂、流控剂和边角覆盖添加剂。
60.在本文所述的组合物是粉末涂料的一个实施方式中，将聚合物粘合剂与任何添加剂(包括任何纹理化添加剂、官能化填料等)干混在一起，然后通常经由通过挤出机来熔融共混。通过冷却使产生的挤出物凝固，然后研磨或粉碎以形成粉末。或者，可在挤出后将本文所述的添加剂与要添加到粉末组合物中的颜料或其它组合物组合。添加剂颗粒可以存在于粉末组合物的表面上，或者替代地，添加剂颗粒可以与粉末组合物共混。在一个优选的方面，在挤出之前将纹理化添加剂和官能化填料加入到聚合物粘合剂中。
61.也可以使用其它方法。例如，一种替代方法使用可溶于液态二氧化碳中的粘合剂。在该方法中，将干燥的成分混合到液态二氧化碳中，然后进行喷涂以形成粉末颗粒。如果期望，可将粉末分级或筛分以获得期望的粒度和/或粒度分布。在另一种替代方法中，可将粉末组合物溶解在涂料组合物中通常使用的溶剂中，然后以液体涂料的形式涂覆。
62.任选地，其它添加剂可用于本发明中。如上所述，添加剂可在挤出之前加入并成为挤出的粉末组合物的一部分，或可在挤出之后加入。在挤出后加入的合适添加剂包括：如果在挤出之前加入将不能良好地起作用的材料、将会对挤出设备造成额外磨损的材料、或其它添加剂。
63.此外，任选的添加剂包括可在挤出过程中加入但也可以之后加入的材料。添加剂可单独加入或与其它添加剂组合加入，以对粉末饰面或粉末组合物提供期望的效果。这些其它添加剂可改善粉末的涂覆、熔融和/或固化、或最终性能或外观。可使用的任选添加剂的实例包括：颜料、固化催化剂、抗氧化剂、颜色稳定剂、滑动和损伤添加剂(slip and mar additive)、uv吸收剂、受阻胺光稳定剂、光引发剂、传导性添加剂、摩擦带电添加剂、防腐蚀添加剂、脱气添加剂、流控剂等。
64.一方面，本文所述的纹理涂层在涂覆到基材(即，钢筋)上时能够改善基材和基材放置在其中的介质(即混凝土)之间的粘合性。用于评估这种粘合度的一种可能的方法是通过测量钢筋的拉拔强度。在本文中使用时，术语“拉拔强度”是指将钢筋从混凝土中拉出所
需的力的量，其与结构插入件和所述插入件并入其中的聚集材料之间的粘合强度相关。对于加强混凝土而言，拉拔强度越大，钢筋和混凝土之间的结合越强。对于钢筋而言，根据astm a944
‑
10(用梁端试样比较混凝土和钢筋棒结合强度的标准试验方法)中提供的程序来测量拉拔强度。抗张强度也可以使用astm a944
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10的修改版本(其被设计为提供粘合强度的实验室规模评估)来测定。将钢试样装入小的预拌混凝土容器中。装入并固化混凝土之后，使钢试样经受拉力并将其从混凝土中拉出。在该试验中测量的峰值应力与钢和混凝土的粘合强度相关。
65.通常，建筑中使用的加强混凝土使用两种类型的钢筋。在混凝土可能被腐蚀的情况下(例如桥、道路等)，通常涂布钢筋以提供光滑的防腐表面，从而增加加强混凝土的使用寿命。然而，用光滑的涂布钢筋加强的混凝土展示出较低的抗张强度，不能承受强拉力，例如高层建筑中经受的强拉力。对于这些应用，其中需要高抗张强度或不需要防腐蚀(例如，在高层建筑等中)，使用标准的未涂布钢筋(也称为黑棒)。黑棒通常具有有棱纹理的或扭曲的绳索(即螺旋形)构造，以允许钢筋和混凝土之间的相互作用相对于使用光滑钢筋时的情况增加。
66.出乎意料的是，具有本文所述纹理涂层的钢筋展示出优于光滑涂层棒的拉拔强度，这是因为纹理表面增加了钢筋和混凝土之间的粘合性。还出乎意料的是，具有纹理涂层的钢筋展示出优于未涂布的标准钢筋或黑棒的拉拔强度。一方面，具有纹理涂层的钢筋展示出比标准黑棒或光滑棒高至少5％、优选10％、更优选15％、最优选20％、最佳至少30％的拉拔强度。
67.本文所述的纹理涂料可以作为单层涂覆，即直接涂覆到基材(例如未涂布的钢筋)的表面。或者，纹理涂料可以作为第二粉末涂层涂覆在已经涂覆到钢筋上的第一涂层上。在一个实施方式中，第一涂料是涂料组合物，优选环氧涂料，更优选光滑的耐腐蚀环氧涂料。第二涂料是粉末涂料组合物，优选熔融结合的环氧树脂涂料，更优选提供至少150μm表面粗糙度(sz)的纹理涂层。在一个实施方式中，当涂覆第一涂料组合物和第二涂料组合物时，在涂覆第二涂料组合物之前，加热基材以允许第一涂层至少部分固化或胶凝。在替代性实施方式中，第二涂料组合物可以涂覆在基本上未固化或未胶凝的第一涂层上。
68.单层纹理涂层相对于未涂布的标准钢筋提供增加的抗张强度，并且特别适用于其中防腐蚀不如提高抗张强度关键的结构和其它用途。例如，在世界上具有显著地震活动的地区，加强混凝土必须能够承受显著的力，并且单层纹理涂层提供优于常规未涂布钢筋的对这种力的抵抗。单层纹理涂层也可以与预制钢筋一起使用，预制钢筋即在制造阶段和涂覆任何涂料之前弯曲成期望形状的钢筋。单层纹理涂层也可充当耐腐蚀涂层。
69.虽然单层纹理涂层可以提供防腐蚀，但不限于理论，人们认为：粗糙表面或纹理表面是不连续的，并且可以包括可能未被涂料组合物完全覆盖的微观孔和/或缝隙。如果水渗入这些孔和/或缝隙中，则会在加强混凝土暴露于腐蚀性环境的区域引起腐蚀。
70.因此，当需要防腐蚀和增加的抗张强度时，可以使用有纹理的双层涂层，其中将第一涂层涂覆到钢基材上以提供耐腐蚀性，然后涂覆第二涂层，其赋予基材纹理表面。这种双层涂层由于纹理表面而提供增加的抗张强度，并且由于第一涂层具有足以耐腐蚀的膜连续性而能够耐腐蚀。此外，双层纹理涂层可以具有更强的柔性，因此可用于预制钢筋和后制钢筋二者中，后制钢筋即在制造阶段之后和涂覆涂层之后弯曲成期望形状的涂布钢筋。
71.在一个实施方式中，本文所述的纹理涂层影响钢筋的嵌入长度。在本文中使用时，术语“嵌入长度”是指必须包在混凝土中以提供期望强度的钢的最小长度。本文所述的纹理涂层通过改善钢筋和混凝土之间的相互作用来改善加强混凝土的强度，因此，可以减少必须包在混凝土中的钢筋的长度以提供相同强度。也可以利用直径小于标准未涂布棒的直径的纹理钢筋来获得相同的抗张强度。
72.在一个实施方式中，本文所述的纹理涂层影响钢筋的搭接长度。通常，当使用钢筋来加强混凝土时，重叠两条钢筋以在混凝土中产生连续的钢筋线。互搭(lap)的搭接长度(即重叠距离)取决于许多变量，包括钢筋的尺寸和间距。本文所述的纹理涂层能够改善钢筋和混凝土之间的相互作用，以及两条钢筋之间的相互作用。因此，可以减少提供相同强度所需的钢筋的搭接长度。
73.因此，在一个实施方式中，本说明书提供了一种经涂布的制品，即具有纹理表面的钢筋，其中纹理涂层相对于钢筋直径相同但长度多至少5％、优选10％、更优选15％、甚至更优选20％、最佳至少30％的未涂布的标准品提供增强的拉拔强度。在另一个实施方式中，本说明书提供了一种经涂布的制品，其展示出与钢筋长度相同但直径大至少5％、优选10％、更优选15％、甚至更优选20％、最佳至少30％的未涂布标准品相等的拉拔强度。
74.或者，由于提供的抗张强度增加，给定量的加强混凝土所需的加强棒的数量(或加强棒的直径)可以减少。由于钢筋成本大大高于混凝土成本，因此减少所需钢筋的总量代表加强混凝土的成本显著降低。这还有助于避免混凝土拥塞和伴随的高建设成本。
75.本说明书提供了制备经涂布的制品的方法。所述方法包括以下步骤：提供基材和在基材上涂覆涂料组合物。涂料组合物可以是液体组合物、粉末组合物、溶解在溶剂中的粉末组合物等。可以通过本领域已知的各种方法将液体组合物涂覆到基材上，包括喷雾、辊涂、浸涂、刷涂等。一个方面，当涂覆双层液体涂层时，在第一涂层干燥或固化之后，将第二涂层涂覆在第一涂层上。另一方面，双层涂层可以是包含粉末涂料和液体涂料组合物的混杂涂层。例如，可以将第一液体涂层涂覆到结构插入件上，将纹理粉末涂层涂覆在液体涂层的干燥膜或固化膜上。或者，可以将第一粉末涂层涂覆到结构插入件上，将纹理液体涂层涂覆在粉末涂层的胶凝膜或固化膜上。
76.一方面，经涂布的制品是上面涂覆有单层粉末涂层的纹理钢筋。所述方法包括以下步骤：提供基材并在其上涂覆粉末涂料组合物。首先将基材加热至约150℃至300℃、优选约220℃至260℃的温度，然后通过将粉末涂料组合物涂覆到基材上而在基材上形成纹理涂层。一方面，可以通过例如在加热和涂覆涂料组合物之前通过喷砂来清洁或处理基材以除去表面杂质。
77.本说明书还提供了制备具有双层涂层的经涂布的制品的方法。所述方法包括提供基材(即钢筋)的步骤。接下来的步骤是：将基材加热至约150℃至300℃、优选约220℃至260℃的温度。通过将第一组合物涂覆到基材上从而在基材上形成第一涂层，以提供耐腐蚀性。第一涂层可以是粉末涂层，液体涂层或混杂涂层。通过在第一组合物上涂覆粉末涂料组合物从而在第一涂层上形成纹理涂层。一方面，立刻(即，在第一涂层实质上未固化时)在第一涂层上涂覆纹理涂层。另一方面，在第一涂层固化之后，将纹理涂层涂覆在第一涂层上。一方面，可以通过例如在加热和涂覆第一涂料组合物之前通过喷砂来清洁或处理基材以除去表面杂质。
78.可通过各种方式(包括使用流化床和喷雾涂覆器)将本文所述的粉末组合物涂覆于基材(例如，钢筋)上。最常见的是，采用静电喷涂工艺，其中使颗粒带静电并将其喷涂在已经研磨过的制品上，以使得粉末颗粒粘附并附着到制品上。然后固化涂料，此类固化可以经由连续加热、后续加热或基材中的余热进行。例如，可以将涂料涂覆到加热的基材上，使得固化以连续的方式进行。
79.本文所述的组合物和方法可与多种基材一起使用。典型地且优选地，本文所述的涂料组合物是用于涂布金属基材的粉末涂料组合物，所述金属基材包括但不限于，未涂底漆的金属、经清洁或喷砂的金属和预处理金属，包括电镀基材和电涂布(ecoat)处理的金属基材。用于金属基材的典型预处理包括，例如，用磷酸铁、磷酸锌等进行的处理。可使用行业中已知的各种标准方法对金属基材进行清洁和预处理。实例包括但不限于铁磷化处理、锌磷化处理、纳米陶瓷处理、各种环境温度预处理、含锆预处理、酸渍或本领域中已知的在基材上产生清洁无污染表面的任何其它方法。优选的金属基材是在涂覆涂料之前经过喷砂清洁的钢筋。
80.可以根据特定基材及其用途的要求，以任何膜厚涂覆涂料。通常，用于单层涂层的最终膜涂层的厚度优选为约125
‑
700微米，更优选为200
‑
575微米，甚至更优选为250
‑
425微米。当涂层是双层涂层时，第一涂层的厚度为100
‑
500微米，更优选150
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400微米，甚至更优选175
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300微米，且第二涂层的厚度为25
‑
200微米，更优选为50
‑
175微米，甚至更优选为75
‑
125微米。
实施例
81.通过以下实施例来阐释本发明。应当理解，特定实例、材料、量和程序应根据本文所述的本发明的范围和精神进行广义地解释。除非另有说明，所有份和百分比均以重量计，所有分子量均为重均分子量。除非另外指出，使用的所有化学品均可商购。
82.试验方法
83.除非另有说明，在下列实施例中使用以下试验方法。
84.钢筋拉拔强度试验
85.拉拔强度测试用于评估钢筋和混凝土之间的相互作用程度。根据astm a944
‑
10(用梁端试样比较混凝土和钢筋棒结合强度的标准试验方法)进行该试验。简而言之，将试验棒镶铸在加强混凝土块中，并向该试验棒施加拉伸载荷。监测棒位移的距离以及初始载荷读数和最大载荷读数。
86.棒/线拉拔强度试验
87.拉拔强度测试也可以用作金属试验棒或线和混凝土之间相互作用的实验室规模评估或小试规模(bench
‑
scale)评估。对于这种测试，由预拌混凝土(quikrete)制备几批湿混凝土，并将250ml混凝土倒入单独的塑料容器中。然后将经涂布的金属试验棒(0.64cm x2.54cm x20.32cm)放入每杯混凝中至约1.9cm的深度。放入后，使混凝土固化三天，并向每个试验棒施加5kn的拉伸载荷，同时使用instron 3345仪器支撑混凝土的上表面，并以1毫米/分钟的速度从混凝土中拉出试验棒。观察到的峰值应力提供了每个经涂布的试验棒的拉拔强度的量度。
88.表面粗糙度测量
89.通过使用keyence光学显微镜测量经涂布的金属试验棒的表面粗糙度来测定纹理度。显微镜光学轮廓仪生成了呈现为峰和谷的表面图像。表面粗糙度被报告为sz，其是代表表面的最高点和表面的最低点之间的距离的参数。
90.实施例1.抗张强度试验
91.如表1所示制备粉末组合物，并将其以指定的膜厚涂布在试样上。根据astm a944
‑
10进行抗张强度试验。结果如表1所示。
92.表1.抗张强度
[0093][0094][0095]
实施例2.表面粗糙度对拉拔强度的影响
[0096]
为了确定表面粗糙度对拉拔强度的影响，用如表2所示的配制物#1至#4涂布金属试验棒。对于每个试验棒，使用光学显微镜测量表面粗糙度。如图2a所示，对表面进行成像，其示出了上面涂覆有纹理涂层的试验棒表面的显微镜图像。图2b示出了未涂布表面的显微镜图像。
[0097]
对于拉拔强度试验，将每个试验棒放在混凝土中用于拉拔试验。施加拉伸载荷，以固定的速率从混凝土中拉出每个试验棒。测量每个棒的峰值应力，结果如表2所示。观察到了表面粗糙度和峰值应力之间的正相关。
[0098]
表2.表面粗糙度和拉拔强度
[0099][0100]
实施例3：表面粗糙度对混凝土粘合性的影响
[0101]
为了显示表面粗糙度对经涂布的金属棒与混凝土的粘合性的影响，将粉末涂料配制物#1至#4(如表2所示)涂覆到金属试验棒上，然后将棒放入混凝土中。在放入和固化混凝土后，施加拉伸载荷，并以固定的速率从混凝土中拉出试验棒。图1a示出了涂有纹理涂层的试验棒，图1b示出了具有光滑表面的试验棒。混凝土仍然粘合在试验棒上的纹理涂层上，而具有光滑表面的试验棒干净地从混凝土中拉出。
[0102]
实施例4.纹理化添加剂对拉拔强度的影响
[0103]
为了评估各种纹理化添加剂对表面粗糙度和相应拉拔强度的影响，使用表3所示的纹理化添加剂将粉末涂料配制物#5至#8涂覆到金属试验棒上。测量每个试验棒的表面粗糙度，然后将试验棒放在混凝土中。在放入和固化混凝土后，施加拉伸载荷，并以固定的速率从混凝土中拉出试验棒。测量每个试验棒的峰值应力，结果如表3所示。含有ptfe颗粒的配制物相对于用其它纹理化添加剂制备的配制物显示出增加的表面粗糙度和拉拔强度。
[0104]
表3.纹理化添加剂和表面粗糙度
[0105][0106]
实施例5.触变剂对表面粗糙度的影响
[0107]
为了确定特定的触变剂和纹理化添加剂对表面粗糙度和相应的拉拔强度的影响，将粉末涂料配制物#9和#10涂覆到金属试验棒上。每种配制物包含相同的纹理化添加剂和不同的触变性，如表4所示。使用光学显微镜测量每个试验棒的表面粗糙度值。结果如表4所示。ptfe和官能化填料的组合显示出增加的表面粗糙度。
[0108]
表4.触变剂和表面粗糙度
[0109][0110][0111]
实施例6.不同类型的纹理对表面粗糙度的影响
[0112]
为了确定表面粗糙度和纹理之间的相关性，用常规环氧涂料涂布金属试验棒，并通过表5所示的各种方法引入纹理。图3提供了各种类型纹理的视觉描述。为了对比，还使用涂布有本发明的纹理涂层的试验棒。测量每个试验棒的表面粗糙度，然后将样品放在混凝土中。在放入和固化混凝土后，施加拉伸载荷，并以固定的速率从混凝土中拉出试验棒。测
量每个试验的峰值应力。结果如表5所示。
[0113]
一些纹理化方法产生显著的表面粗糙度，但相对于未涂布的对照没有相应的粘合性增加。这可能是由于涂层在内聚层面上的失效或者由于颗粒未适当地粘合到涂层上或未被适当地包封在涂层中。关于通过线产生的纹理，粗糙度局限于掩模的相对小的面积。
[0114]
表5.纹理化方法
[0115][0116]
本文中所援引的所有专利、专利申请、出版物和以电子方式可获得的材料的全部公开内容通过引用并入本文。上文详述的说明和实施例仅以清楚理解的目的给出。不应由其理解不必要的限制。本发明不限于所展示和描述的精确细节，因为本领域技术人员显而易见的变化将被包括在权利要求所限定的发明中。在一些实施方式中，在缺乏本文中未明确公开的任何要素时，可以适当地实施本文中示例性公开的发明。