CN103154157B - 漆、涂料和粘合剂 - Google Patents

Abstract

一种组合物，包括流体和分散在流体中的材料，该材料由颗粒组成，该颗粒具有诸如尖锐叶片状表面的复杂三维表面区域，该颗粒具有大于0.7的纵横比用于促进非线性粘度区的动态边界层混合。该组合物可以进一步包括分散在该流体中的添加剂。该流体可以是聚合物材料。移动流体以将该材料分散在该流体中的方法，其中该材料迁移到该流体的边界层来促进流体中的该添加剂的动态混合，该动态混合发生于非线性粘度区。

Description

漆、涂料和粘合剂

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年10月2日提出的、名为“具有填料加强的结构上增强的塑料”的美国专利申请12／572,942的优先权，其要求2009年3月26日提出的、名为“具有填料加强的结构上增强的塑料”的美国专利申请12／412,357的优先权，US12／412,357要求2008年3月26日提出的、名为“具有填料加强的结构上增强的聚合物”的美国临时专利申请61／070,876的优先权。本申请还要求2010年7月12日提出的、名为“漆、涂料和粘合剂”的美国临时专利申请61／363,574，以及2010年11月10日提出的、名为“漆、涂料和粘合剂”的美国临时专利申请61／412,257的优先权，它们每个的内容都在此引入作为参考。

发明领域

用于促进添加剂在流体，如丙烯酸、瓷漆、聚氨酯、聚脲、环氧化物、乳香脂（mastic）和各种其它聚合物，的非线性粘度区内的动态混合的组合物，其包括双组分的或单组分的，填充的或未填充的。

发明背景

涂料工业集中于五个主要特性进行改进，即，1）对表面的附着；2）流动性，即表面润湿能力；3）添加剂的悬浮；4）添加剂的分散；和5）耐久性（由褪色引起的色移、耐候性以及机械韧性）。

对于种类5，从美学观点来看耐久性涉及变色、褪色、耐候性和耐刮／擦性。从机械的观点来说，耐久性涉及附着性、硬度、柔韧性、耐化学性、吸水性、耐冲击性等等。聚合物是否具有好的耐久性受添加剂(如颜料、UV稳定剂、杀菌剂、杀虫剂、偶联剂、表面张力调节剂、增塑剂以及用于抗刮／耐擦的硬化填料等)的分散和悬浮影响。如果这些添加剂没有遍及聚合物分布以得到均匀混合物，那么将会有产生耐久性不足的区域。

种类1-5的聚合物性能显著地受粘合剂(例如丙烯酸、瓷漆、聚氨酯、脲、环氧化物等)的粘度影响。例如：

a）粘合材料越粘，由于与充分润湿表面有关的困难，粘合材料越不可能很好地附着于复杂表面，如粗糙表面或非常光滑的表面。粘合材料的粘度直接地影响流动。例如，升高的粘度降低了粘合材料在表面上轻易流动的能力，使得难以达到薄膜厚度；b）粘合剂的更大粘度导致添加剂的更好悬浮；c）粘合剂越粘，越难均匀地分散材料。

发明内容

本发明的工艺提供了对上述问题的独特解决方案。本发明的工艺提了边界层的动态混合，这得到了具有微和纳混合的均匀分散体，使得能在减少可能破坏环境的昂贵添加剂的同时仍然保留与该添加剂有关的益处。本发明的工艺采用环境上安全的、化学稳定的固体颗粒连续地混合材料，只要该流体是流动的。

本发明涉及边界层混合的改进，即，本发明涉及结构机械填料对流体流动的影响，其中该颗粒具有从纳米到微米的尺寸。特别地，颗粒的尺寸范围在500纳米-1微米，更特别地，在1微米-30微米，但是在上述限定范围内的任何子区间也被认为是有效的。本发明利用了边界层静态膜原理，结合与由于流体速度差别被迫在边界层中旋转或翻滚的颗粒有关的摩擦力。结果，通过使用所述结构颗粒，促进了动态混合。

例如，认为在软的材料上滚动的硬球在移动的凹陷中行进。在滚动球的前面该软的材料被压缩而在滚动球的后面该软的材料弹回。如果该材料是理想弹性的，在压缩期间存储的能量通过在滚动球后面该软的材料的弹回返回到所述球。实际上，真实的原料不是理想弹性的。因此，发生能量损耗，这产生动能，即滚动。根据定义，流体是不能承受静态切应力的材料连续体。不同于用弹性变形回应剪切应力的弹性固体，流体用不能复原的流动回应。该不能复原的流动可以用作用于边界层中动态机械混合的驱动力。通过利用滚动原理、动摩擦和不滑区表面的流体粘着增加，产生了附着物(adherents)。接近边界层的流体流动在所述附着颗粒上产生了惯性力。惯性力使得颗粒沿着机械加工设备的表面旋转，与使用的混合机理无关，即与静态、动力学或动态混合无关。

几何形状设计或结构颗粒的选择基于与其中速度为零的边界层中的粘膜的表面相互作用的基本原理。通过增大颗粒表面粗糙度增加了机械表面粘着。颗粒深地穿透入边界层产生动态的混合。通过增大颗粒边缘的或叶片状颗粒表面的尖锐度，增大了颗粒穿透深度。具有粗糙的和/或尖锐的颗粒表面的颗粒显示出对不滑区的增大的附着，与具有较少的到没有表面特性的平滑颗粒相比，这促进了更好的表面附着。由于特定流体的粘度，理想粒度将根据流体而不同。因为粘度根据流体而不同，工艺参数(如温度和压力)以及通过剪切力和表面抛光在机械表面上产生的混合机理也会不同，这导致了边界层厚度的变化。粗糙的和/或尖锐的颗粒表面使得颗粒在边界层中起到滚动的动态搅拌叶片的作用。沿着流体边界层滚动的具有粗糙和/或尖锐边缘的硬化颗粒，将通过搅动边界层的表面区域而产生微混合。

用于边界层中的动态混合的固体颗粒，即动态边界层混合料或动态混合料，优选具有下列特征：

·颗粒应当具有使得颗粒能够沿着边界层表面滚动或翻滚的物理几何学特征。

·颗粒应当具有足够与零速区域或不滑的流体表面相互作用的表面粗糙度以促进动摩擦而不是静摩擦。颗粒的混合效率随着表面粗糙度提高。

·颗粒应当足够地硬以致流体在颗粒周围变形，以通过颗粒的翻滚或滚转效应促进动态混合。

·颗粒应当大小与采用的流体边界层成比例，以致颗粒由于动态的滚动摩擦而滚动或翻滚。

·颗粒不应当太小。如果颗粒太小，该颗粒将会被束缚在边界层中和将会丧失翻滚或滚动的能力，这在边界层的整个接触区增大了摩擦和促进机械磨损。

·颗粒不应当太大。如果颗粒太大，该颗粒将会被扫入本体流体流动中从而对动态边界层混合具有极小的（如果有的话）影响。该颗粒应当具有在混合过程期间能在边界层中从本体流体重新连接的尺寸以及表面特性，比如粗糙的和/或尖锐的叶片状特性。

·颗粒可以是固体或多孔材料，人造的或天然存在的矿物和/或岩石。

颗粒的物理几何形状：

颗粒形状可以是球形的、三角形的、菱形的、正方形的等等，但是半扁平或扁平颗粒是不可取的，因为它们不能很好地翻滚。半扁平或扁平颗粒翻滚地比较不好，因为扁平颗粒的截面表面区域对施加到它的小的厚度上的流体摩擦几乎没有阻力。然而，既然期望混合形式的搅动，笨拙形式的翻滚是有益的，因为笨拙的翻滚在边界层产生动态的随机形成的混合区。随机混合区类似于以小的搅拌叶片运转的大搅拌叶片产生的混合区。一些叶片转得快，一些叶片转得慢，但是结果是叶片全部混合。在具有较少非弹性性能的更粘的流体中，由于颗粒表面粗糙以及由于颗粒的尖锐的边缘，通过颗粒的动态混合将产生破碎和研磨效应。

因为下列理由，具有极端光滑的表面的球状颗粒是不理想的。首先，表面糙度增加颗粒和流体之间的摩擦，这增加了颗粒与粘的和/或不滑的区域保持接触的能力。相反，光滑表面，比如可能发现于球形上的，由于差的表面附着，所以限制了与该粘的层的接触。其次，表面粗糙度直接地影响颗粒通过翻滚和/或滚动诱导混合的能力，然而光滑表面不行。第三，具有光滑表面的球形形状倾向于沿着边界层滚动，这会促进润滑效应。然而，具有表面粗糙度的球状颗粒有助于促进边界层的动态混合以及促进润滑效应，尤其对于低粘度流体和气体。

此工艺的好处包括：

·通过用便宜的结构材料替换昂贵的聚合物所实现的成本节省。

·通过增大将更多有机材料结合入聚合物的能力所实现的成本节省。

·通过用高含量的有机和/或结构材料提高生产率所实现的成本节省。

·通过由边界混合产生的在大的机械表面上的增大的混合，而实现的更好的添加剂和/或填料支出(disbursement)。

·当在正常的混合操作期间聚合物的速度和压缩影响表面时，通过沿着大的表面区域滚动的颗粒的研磨和切割效应而实现聚合物更好混合。

·由静摩擦的边界层效应所引起的机械表面上的摩擦系数的降低，所述边界层效应被边界层中的硬颗粒的滚动动摩擦代替。

·通过降低边界层中的摩擦系数而实现的产量增加，其中摩擦系数直接地影响产量。

·表面质量改善：动态的混合颗粒的引入在机械表面上生成聚合物富集区，这是由于在混合期间，即当混合染料、在模中注射时等等，边界层中颗粒的旋转。不管聚合物是填充的还是未填充的，聚合物富集区导致优异的表面光洁度。

·通过动态混合产生颗粒旋转和边界层滞膜的搅动，这导致了边界层的自清洁以除去微粒和薄膜。

·由于边界层中的动态混合而产生的增强的传热，所述边界层被认为是滞膜，其中传热主要是传导，但是滞膜的混合在传热面形成强制对流。

通过减少使用某些有毒的添加剂和用对环境无害的、惰性固体（即化学和热二者都稳定的动态混合料）替换该有毒的添加剂，动态混合料将有助于满足当前的和预期的环境法规要求。

本发明的动态混合颗粒可以是几种类型。下面更详细地论述了颗粒类型。

颗粒类型I

颗粒类型I深深地包埋入边界层中以在边界层和在混合区二者中产生优异的动态混合。类型I颗粒增强了化学试剂和矿物添加剂的分散。类型I颗粒增强流体流动。与类型I颗粒的质量相比类型I颗粒的表面面积较大。因此类型I颗粒能很好地保持悬浮。

参照图1，显示了未处理的膨胀珍珠岩。珍珠岩是没有已知的环境方面的担心的可采的矿石，且在大部分大陆上可容易地得到以及在数量上仅次于砂。膨胀珍珠岩通过热膨胀工艺生成，其可以适合于生成各种壁厚的气泡。膨胀珍珠岩昭示了薄壁胞状结构以及在压力下它会怎样变形。在一个实施方式中，可以使用原始的未处理形式的珍珠岩，这是材料的最经济的形式。珍珠岩具有在压力下自我塑造成边界层动态混合颗粒的能力。

参照图2，所示图像表明膨胀珍珠岩颗粒不结块和将在别的工艺颗粒中容易地流动。因此，用极小的混合设备就能轻易地分散膨胀珍珠岩颗粒。

参照图3，显示了膨胀珍珠岩颗粒的放大图像，其显示了处理过的珍珠岩颗粒的优选结构形状。该颗粒可描述为具有各种尺寸的三维楔形的尖锐叶片和尖端。该不规则的形状促进了不同的动态边界层混合。图3中显示的膨胀珍珠岩非常轻，具有0.1-0.15克／厘米的密度。这使得极小的流体速度就能促进该颗粒的旋转。叶片状特性容易俘获流过边界层的流体的动能，同时锯齿片状特性容易刺入边界层中促进搅动，同时保持附着到该边界层的表面。优选的大概应用尺寸估计是50μ-900nm。此动态混合颗粒在粘度从高到低的各种流体里生成分散体。另外，该颗粒在发泡法中是优异的成核剂。

现在参照图4，显示了自然状态的火山灰。考虑到薄壁胞状结构，火山灰显示出与上述讨论到的膨胀珍珠岩特性类似的特性。火山灰是天然形式的材料，其容易开采且容易处理成产生动态边界层混合的动态混合料。火山灰材料也是可变形的，这使得它是用于通过施加混合或压力而生成要求形状的在线工艺的理想候选者。

现在参照图5，显示的是大量粉碎的火山灰颗粒。图5图解了任何粉碎颗粒形式都趋向生成三维的叶片状特性，其将在边界层中以类似上面讨论的膨胀珍珠岩的方式以其处理过的形式相互作用。此材料比处理过的珍珠岩大，使得它的应用更适合于较高粘度的材料。优选的大概应用尺寸估计为80μ-30μ之间。此材料会以类似于上面讨论的处理过的珍珠岩材料的方式起作用。

现在参照图6A-6D，显示了在700℃（图6A）、800℃（图6B）、900℃（图6C），以及1000℃（图6D）生成的天然沸石模板碳。沸石是具有小孔径的容易可采的材料，其可被处理生成期望的表面特性的动态混合料。处理过的珍珠岩以及粉碎的火山灰具有类似的边界层相互作用能力。沸石具有小的孔隙度以及因此可以生成纳米范围的活性动态边界层混合颗粒。优选的大概应用尺寸估计在900nm-600nm之间。对于在中粘度材料中减少摩擦来说该颗粒是理想的。

现在参照图7，显示的是具有胞状结构的纳米多孔氧化铝薄膜，其会破碎和产生类似于任何力材料的颗粒特性。材料破碎将发生在薄壁上，而不是在交会处，从而得到类似于早先讨论的材料的特性，这些特性对于边界层动态混合颗粒来说是理想的。优选的大概应用尺寸估计在500nm-300nm之间。此材料的颗粒尺寸更适合应用于中到低粘度的流体中。

现在参照图8，显示的是在铝合金AA2024-T3上生长的拟薄水铝石相Al₂O₃xH₂O。在处理过的珍珠岩表面上可看到叶片状特性。此材料的断裂点在一或多个叶片结合的交会处之间的薄叶片面上。断裂会生成类似于“Y”、“V”或“X”形或类似的几何形状组合的三维的叶片形状。优选的大概应用尺寸估计为150nm-50nm。

颗粒类型II

颗粒类型II实现了中等穿透入边界层，产生极小的动态边界层混合以及极小的分散能力。类型II颗粒产生极小的增强流体流动改善，以及基于类型II颗粒的大的表面和极低的质量容易悬浮。

形成空心球体的大多数材料可经机械加工，产生具有促进动态边界层混合的表面特性的蛋壳状碎片。

现在参照图9，显示了未处理过的空心灰球的图像。灰是可采的材料，根据处理条件其可经自我塑造产生动态边界层混合颗粒特性。在自我塑造处理之前优选的大概应用尺寸估计为80μ-20μ。可以通过机械混合或压力(两者都产生破碎作用)实现自我塑造。

现在参照图10，显示了处理过的空心灰球。破碎的灰球会类似于人行道上的一张纸在边界层中翻滚。该材料的轻微曲线类似于一片蛋壳，因为该材料由于它的轻质和轻微的曲率将趋向于翻滚。优选的大概应用尺寸估计在50nm-5nm之间。此材料功能会类似于膨胀珍珠岩，但是它的分配能力较差，因为它的几何形状不允许颗粒变得物理上锁定到边界层中，这是由于当颗粒沿着边界层翻滚时两个或更多叶片产生更大的阻力和更好的搅动这个事实。此材料减少高粘度材料的摩擦。

现在参照图11，显示的是3M?玻璃泡，其可被处理成破碎蛋壳状结构来产生促进动态边界层混合的表面特性。该颗粒在性能和应用上类似灰空心球体，只是壁厚和直径以及强度可以根据工艺条件和原料选择来定制。这些人造材料可用于食物级应用。在通过机械混合或通过压力进行产生破碎作用的自我塑造处理之前，优选的大概应用尺寸估计为80μ到5μ。

现在参照图12，显示了飞灰颗粒的5000x（图12A）和沸石颗粒的10000x（图12B）的SEM图片。这些颗粒包含空心球体。飞灰是常见的通过燃烧生成的废物。飞灰颗粒可容易得到且经济上可承受。沸石可以是开采的和通过便宜的合成工艺产生成千上万的变体。因此，可以选择通过此空心沸石球体说明的结构的期望特性。显示的沸石颗粒是混合颗粒(hybridparticle)，因为该颗粒将具有类似于处理过的珍珠岩的表面特性且该颗粒保持像破碎空心球的蛋壳的半弯曲形状。在自我塑造处理之前优选的大概应用尺寸估计为5μ-800nm。可以通过机械混合或通过井筒(wellbore)压力产生破碎作用来完成自我塑造。这些颗粒的小尺寸使得该颗粒理想地用于中粘度材料。

颗粒类型III

颗粒类型III产生极小的向边界层中的穿入。类型III颗粒在边界层中产生极小的动态混合以及对于软的化学试剂和硬的矿物添加剂都具有优异的分散特性。类型II颗粒增强流体流动和悬浮不好，但是容易混合回悬浮体。

一些固体材料有形成康科迪亚破碎以产生促进动态边界层混合的表面特性的能力。

现在参照图13和14，显示的是再循环玻璃的图像。再循环玻璃是容易得到的人造材料，其便宜且容易处理成动态边界层混合颗粒。类似于各种其他的可采矿物，该颗粒的尖锐叶片状特性是通过康科迪亚破碎得到的。这些颗粒的叶片状特性不像珍珠岩那么薄。这些颗粒的密度与其制备自的固体成正比。除了再循环玻璃颗粒需要粘性的材料和鲁棒性(robust)流速来产生旋转以外，尖锐的叶片与流体边界层以类似于珍珠岩的相互作用的方式相互作用。处理过的再循环玻璃没有静电荷。因此，在分散期间再循环玻璃不生成结块。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从流体沉淀出来。优选的大概应用尺寸估计为200μ-5μ。此材料在具有高流速的高粘流体的边界层中产生良好性能。此动态混合颗粒生成分散体。颗粒的光滑表面减少摩擦。

现在参照图15，显示的是处理过的红色熔岩火山岩颗粒的图像。熔岩是容易得到的可采的材料。在美国西南和在加利福尼亚，熔岩典型的用途是用作景观岩石。此材料经受康科迪亚破碎产生类似于再循环玻璃的特性。然而，断裂面比再循环玻璃的光滑表面具有更大的表面糙度。该表面特性产生稍多的研磨效应，伴随着流动流体的叶片状切割。因此，该颗粒不但翻滚，而且它们对流体流具有研磨效果。该火山材料将半硬的材料分散到整个粘性介质中，比如阻燃剂、钛、碳酸钙、二氧化物等等。优选的大概应用尺寸估计在40μ-1μ之间。在高流速下此材料在流动的高粘材料的边界层中取得良好性能。此动态混合颗粒生成分散体。

现在参照图16A-16D，图16A-16C显示具有破碎能力的砂粒，其得到适用于动态边界层混合颗粒的表面特性。该图像显示了具有类似于再循环玻璃的物理性能的颗粒，其产生类似的好处。图16A、16B、和16D具有用于与边界层相互作用的良好的表面特性，尽管它们不同。图16A显示一些叶片状特性，但是用来促进边界层表面间相互作用的沿着颗粒边缘的良好的表面糙度却会需要更高的速度流量来产生翻滚。图16B具有与如上所述的再循环玻璃的表面特性类似的表面特性。图16D显示了具有良好的表面糙度的颗粒，来促进类似于这些材料通常的相互作用的相互作用。这些颗粒的性能类似于再循环玻璃的性能。砂是丰富的材料，其是可采的和可以经济地处理成要求的各种尺寸的破碎形状。砂被认为是环境无害的，因为它是天然材料。优选的大概的应用尺寸估计在250μ-5μ之间。在高流速下此材料在高粘材料的边界层中产生良好性能。此动态混合颗粒生成分散体。颗粒的光滑表面减少摩擦。

现在参照图17A-17F，显示的是沸石Y、A和硅酸盐-1的图像。在100℃的合成溶液的底部合成1h（图17A、17B）、6h（图17C、17D）和12h（图17E、17F）的膜的SEM图像。可以处理这些材料生成纳米尺寸的动态边界层混合颗粒。这些材料合成生长的且数量有限，因此是昂贵的。全部的六个图像，即图17A-17F昭示了此材料产生康科迪亚破碎生成类似于上述结构的叶片状结构的能力。优选的大概应用尺寸估计在1000nm-500nm之间。此材料的粒度范围使得它可用于中粘度流体。

现在参照图18，显示的是磷酸钙羟基磷灰石（分子式Ca₁₀(PO4)₆(OH)₂)，其构成磷灰石(其为具有同样的六方结构的同构化合物)晶族的一部分。这是最常用于生物材料的磷酸钙化合物。羟基磷灰石主要用于医学应用。该表面特性和性能类似于上述讨论到的红色熔岩颗粒的那些，但是此图像显示了比在红色熔岩图像中显示的颗粒更好的表面糙度。

颗粒类型IV

一些固体簇材料有能力产生簇结构的破碎以生成个体独特的均匀的材料的能力，其中该均匀材料产生能促进动态边界层混合的表面特性。

现在参照图19A和19B，显示了在24h结晶结合(tie)后在不同放大倍数下的泡Al沫／沸石复合物的SEM图像。图19A显示了AL泡沫／沸石结构。图19B显示了MFI聚集体。这两个图像显示了此材料的固有结构，该结构在机械加工时容易破碎生成单独的独特形成的颗粒的不规则形状的簇。材料表面特性越多样化，材料会越好地与流动流体的边界层的粘的不滑区相互作用，产生动态边界层混合。此材料具有花状芽，带有尖锐的和轮廓分明的突出的无规的90°角。该角将促进边界层的机械搅拌。该颗粒还有半球形或筒状形状，这些形状将使得材料在由于多样化的表面特性而与边界层保持接触的同时能够翻滚或滚动。颗粒的优选的大概应用尺寸估计在20μ-1μ之间。此材料可用于高粘度流体。该表面特性将产生硬化材料(如阻燃剂、氧化锌，和碳酸钙)的优异分散。当该材料翻滚时，该块状构造作用就像微型锤磨，当流体流过时一点点地除去撞击在边界层上的材料。

现在参照图20A和20B，显示了微晶沸石Y的SEM图像（图20A）和纳米晶沸石Y的SEM图像（图20B）。该颗粒在纳米级水平上具有与上面在泡沫／沸石中所述的那些完全相同的特性。在图20A中，在图像中心的主要的半扁平颗粒大约为400nm。在图20B中，多层面的点在粒度上小于100nm。在机械加工下，这些材料可以破碎成多样的动态边界层混合颗粒。估计的优选的大概应用尺寸，对于图20A的簇材料在10μ-400nm之间，对于图20B的簇材料在50nm-150nm之间。在高的机械剪切下，这些簇材料具有通过破碎阻止簇颗粒容易地翻滚的最有抵抗力的颗粒来自我塑造的能力。由于它们的动态无规旋转的能力，这些簇材料用作摩擦调节剂是极好的。

现在参照图21，显示了50nm-150nm的氧化锌颗粒。氧化锌是便宜的纳米粉末，取决于要求的应用其可以专门做成疏水的或更亲水的。氧化锌形成具有极端无规形状的簇。由于在流动流体中它所导致的无规的旋转运动，所以该材料作用非常好。该颗粒具有多样的表面特性，带有在各种形状中产生叶片状特性的90°角。表面特性包括突出臂，其以各种形状聚结到一起，比如筒体、矩形、球杆(cues)、Y-形颗粒、X-形颗粒、八角形、五角形、三角形、菱形等等。由于这些材料由具有各种形状的簇构成，该材料产生巨大的摩擦降低，因为边界层被各种机械混合搅成尽可能接近于湍流，同时仍然保持线性流体流。

颗粒类型V

颗粒类型V导致中等地穿透入边界层。类型V颗粒产生类似于干地面上的树叶耙子的中等的边界层动态混合。类型V颗粒对于边界层胶合区有极好的附着力，这是两相界面层混合所需的。颗粒类型V产生添加剂的极小分散，由此增加了流体流动和将倾向于维持悬浮。一些空心的或实心的半球形簇材料带有侵略性的表面形态，例如粗糙、成群(groups)、条纹和毛发状纤维，它们促进在能够自由翻滚的同时对边界层的极好附着，以及可用于低粘流体和相变(例如液体到气体和气体到液体)材料中。它们具有促进边界层动态混合所期望的表面特性。

现在参照图22A和22B，显示了固体残渣的扫描电子显微镜照片（图22A）以及在100℃合成的沸石-P的扫描电子显微镜照片和能量色散谱（EDS）面积法分析。不像在颗粒类型IV中论述的簇材料，这些材料具有球形形状和可能由从颗粒表面突出的毛发状材料形成的表面糙度。图22A显示了具有良好的球体特性的颗粒。大多数的球体具有由类似于表面上的砂粒的小的连接颗粒形成的表面糙度。图22B显示了半圆形颗粒，其具有从整个表面突出的毛发状的纤维。这些特性促进对边界层良好的附着但不是极好的附着。这些材料必须在边界层的表面上自由地翻滚来产生极小的混合，以促进二相系统中动态边界层混合。例如，当在封闭系统中液体转化为气体时边界层迅速地变薄。该颗粒必须维持接触和翻滚以促进动态边界层混合。该材料还必须具有在气体流内部运动以反向循环回液体中从而在两相中起活性介质作用的能力。这些颗粒具有大约在1μ-5μ之间（图22A）和在20μ-40μ之间（图22B）的优选粒度范围。两者在高压蒸汽发生体系中都将很好地工作，其中它们会把锅炉壁上的滞膜从传导向对流传热工艺转移。

颗粒类型VI

现在参照图23A、23B，和23C，显示了纳米结构CoOOH空心球体，其是各种氧化钴配位体(datives)（例如Co₃O₄、LiCoO₂）的通用前体，同时具有优异的催化活性。CuO是具有窄带隙（例如1.2eV）的重要的过渡金属氧化物。CuO已经用作催化剂、气体传感器、用于Li离子电池的阳极材料中。CuO还用于制备高温超导体和磁阻材料。

现在参照图25A和25B，显示了2.5μ的均一平坦的A1₂O₃纳米球（图25A）和635nm的表面上具有毛发状纤维的均一平坦的A1₂O₃纳米球。

现在参照图26，显示了计算机产生的模型，该模型显示了促进边界层附着的毛发状纤维，这样以致当沿着边界层滚动和产生动态混合时纳米尺寸颗粒将与边界层保持接触。

附图的简要说明

图1是未处理的膨胀珍珠岩的SEM图像。

图2是处理过的珍珠岩在500x放大倍数下的SEM图像。

图3是处理过的珍珠岩在2500x放大倍数下的SEM图像。

图4是火山灰的SEM图像，其中每个刻度线等于100微米。

图5是火山灰的SEM图像，其中每个刻度线等于50微米。

图6A是在700C生产的天然沸石模板碳的SEM图像。

图6B是在800C生产的天然沸石模板碳的SEM图像。

图6C是在900C生产的天然沸石模板碳的SEM图像。

图6D是在1,000C生产的天然沸石模板碳的SEM图像。

图7是纳米多孔氧化铝膜在30000x放大下的SEM图像。

图8是在铝合金AA2024-T3上生长的拟薄水铝石相(pseuudoboehmitephase)Al₂O₃xH₂0在120,000倍放大倍数下的SEM图像。

图9是未处理的空心灰球体在1000x放大倍数下的SEM图像。

图10是处理过的空心灰球体在2500x放大倍数的下SEM图像。

图11是3M?玻璃泡的SEM图像。

图12A和12B是飞灰颗粒在5,000x（图12A）和10,000x（图12B）放大倍数下的SEM图像。

图13是再循环玻璃在500x放大倍数下的SEM图像。

图14是再循环玻璃在l,000x放大倍数下的SEM图像。

图15是处理红色火山岩在750x放大倍数下的SEM图像。

图16A-16D是砂粒的SEM图像。

图17A是合成1小时的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17B是合成1小时的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17C是合成6小时的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17D是合成6小时的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17E是合成12小时的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图17F是合成12小时的沸石Y、A和硅酸盐1的SEM图像。

图18是磷酸钙羟基磷灰石的SEM图像。

图19A是铝MFI聚集体的SEM图像。

图19B是铝MFI聚集体的SEM图像。

图20A是微晶沸石Ｙ在20kx放大倍数下的SEM图像。

图20B是微晶沸石Ｙ在100kx放大倍数下的SEM图像。

图21是50-150nmZnO的SEM图像。

图22A是半球形簇材料的固体残渣的SEM图像。

图22B是在100℃合成的沸石-P的SEM图像。

图23A是纳米结构CoOOH空心球体的SEM图像。

图23B是CuO的SEM图像。

图23C是CuO的SEM图像。

图24A是在100℃、1.5N下熔灰的SEM图像。

图24B是在100℃、1.5N下6小时的熔灰的SEM图像，显示了不知名的沸石。

图24C是在100℃、1.5N下24小时的熔灰的SEM图像，显示了立方沸石。

图24D是在100℃、1.5N下72小时的熔灰的SEM图像，显示了不知名的沸石和三水铝石大晶体。

图25A是2.5um的均一平坦的A1₂O₃纳米球的SEM图像。

图25B是635nm的均一平坦的A1₂O₃纳米球的SEM图像。

图26是显示CoOOH的毛发状纤维的电脑生成的模型。

图27显示了硬PVC的两个试样，两个试样中颜料含量相同，其中一个试样包括动态边界层混合颗粒。

图28显示了聚碳酸酯的两个试样，两个试样中颜料含量相同，其中一个试样包括动态边界层混合颗粒。

图29显示了具有ABS斑点的硬PVC。

图30显示了混合到一起的PVC和ABS。

图31显示了在有和没有加入珍珠岩的漆中的分散能力的图片对比。

图32显示了其中用无空气喷涂设备施用18道（下部）和20道（上部）没有添加剂的漆的试验结果。

图33显示了用无空气喷涂设备施用30道具有添加剂的漆时的试验结果。

图34显示了用无空气喷涂设备施用19道具有添加剂的漆时的试验结果。

图35是报告雾化试验结果的表格。

图36显示了带有直接的气体注入的碱性聚丙烯泡沫，没有添加剂，其中孔径为163微米。

图37显示了孔径为45微米的聚丙烯泡沫，其带有4.8%的27微米的膨胀珍珠岩添加剂。

图38显示了试验试样，其中把有和没有动态混合颗粒的绿色的反应环氧树脂分别与有和没有动态混合颗粒的黄色反应环氧树脂混合。如更大的蓝色面积所证明的，具有动态混合颗粒的混合试样实现了更好的混合。

优选方案的详细说明

本发明利用惰性的微米和纳米级的结构颗粒（即动态混合颗粒）改善漆对表面的附着以及改善漆的流动能力，即改善表面润湿能力。另外，本发明改善添加剂的悬浮、改善添加剂的分散和改善漆耐久性，例如，由褪色所引起的变色、耐候性和机械韧性。

就流体动力学而言，流动流体的边界层向来就被认为固定的和不动的。在层流区边界层对流体流动产生稳定形式的阻力。本发明涉及动态混合颗粒的添加，比如描述在标题为“具有填料加强的结构上增强的塑料”的美国专利申请12／412,357中的那些。美国专利申请12／412,357通过引用并入本文。当流体运动时，动态混合颗粒的动态添加将移动边界层，这促进了流动和降低了膜阻力。阻力的降低类似于比较运动体的静摩擦与动摩擦和将这些概念应用于流体流动。通过添加本发明的动态混合颗粒，可以动态地移动边界层，这会减少阻力和增加流动。如果该流体不运动，惰性的结构颗粒，即动态混合颗粒会充当动态加强结构填料。

1.对表面的附着

材料（例如粘合剂或粘结剂）机械地或化学地附着于表面的能力是表面相互作用以及化学吸引的函数。典型地，表面越粗糙，粘合剂的附着越好，但是这对于材料来说越难充分地流入该表面的裂缝（cracks）和缝隙(crevices)中。动态混合颗粒的添加帮助施加的材料在粗糙表面上更好和更均匀地流动，不论该材料是漆、涂料还是粘合剂，因为当该材料，即聚合物，在表面上运动时，该动态混合颗粒机械地移动边界层。

极端平滑的表面也产生附着问题。当惰性的结构颗粒（即动态混合颗粒）在聚合物的边界层中滚动或翻滚时，该动态混合颗粒的动作促进改善的表面-粘合剂相互作用以及当粘合剂或流体的边界层在光滑表面上运动时导致对表面的适度擦洗，从而增强附着。

2.流动性（表面润湿能力）

典型地，当固体添加到流体时，固体降低了流体流动的能力。表面润湿能力是流体的粘度以及流体与表面的化学相互作用的函数。动态混合颗粒的添加改变了表面-表面相互作用，得到与基底或表面更好的接触以及在整个流体中生成更好的流体流。例如：漆、涂料或粘合剂典型地采用表面张力调节剂来增加聚合物的可润湿性。由于会降低胶粘强度、降低聚合物的交联能力，表面张力调节剂的添加对许多聚合物具有副作用，并且，就漆而言，表面张力调节剂的添加增加了漆在涂覆表面上的流挂和流淌。通过使用动态混合颗粒降低表面张力（由边界层滞膜引起），动态混合颗粒的添加将消除表面张力调节剂的所有上述负面效果。动态混合颗粒的添加通过增强边界层的流体流动性促进了更好地表面附着。动态混合颗粒是结构固体，其能增大机械强度。动态混合颗粒不化学上限制聚合物交联以及，如果它用于漆中，将会降低涂覆表面的流挂和流淌。

动态混合颗粒的添加将容许粘性流体能够得到较薄涂层以及更好地润湿表面。相比当前通常通过使用表面张力调节剂降低流体粘度的润湿添加剂，动态混合颗粒的添加是违反直觉的。

3.添加剂的悬浮

聚合物越粘，通过阻止添加剂从聚合物沉析出来，添加剂的悬浮越好。然而，由于对基底的差的表面间相互作用，较高粘度的聚合物会遭受期望的流体流动性能的下降、可润湿性的降低以及附着力的下降。类型（I）动态混合颗粒一般是轻质，具有0.15-0.5g／cm的平均密度以及0.7和更高的高纵横比，类似于提高聚合物的粘度这会增强聚合物流体的稠化。然而，与提高粘度相反，通过添加动态混合颗粒实现的聚合物稠化将改善流体流动性能、可润湿性以及通过促进更好的表面间相互作用来改善对表面的附着。

4.添加剂的分散

过去20年的环境法规已经迫使漆、粘合剂和复合材料厂商使用更高的固体含量，从而减少有助于差的空气质量的挥发性有机化合物的使用。新的漆配方具有更高的粘度，这使得添加剂的均匀分散困难。本发明的动态混合颗粒技术在微米和纳米水平上遍及聚合物机械地混合化学添加剂。例如，在漆的应用之前，通常用漆棒或通过钻机驱动的桨式混合机机械地搅拌一般的家用漆来分散添加剂。通过流体运动把添加剂搅拌入粘合剂。然而，沿着漆罐的壁和底部存在难以混合的区域。难以混合的区域通常由行为类似于边界层的滞膜层组成。添加动态混合颗粒在滞区产生机械的动态搅拌，从而促进膜从容器的壁和底部到主混合区域的转移，这增强了受困添加剂的分散。

5.耐久性

“耐久性”从美学的观点涉及变色、褪色、耐候性和耐刮／擦性。从机械的观点，耐久性涉及附着、硬度、柔性、耐化学性、吸水率和耐冲击性等等。耐久性是否良好直接地受添加剂(如颜料、UV稳定剂、杀菌剂、杀虫剂、偶联剂、表面张力调节剂、增塑剂和用于防刮／耐擦伤性的硬化填料等)的分散和悬浮影响。如果添加剂不遍及聚合物分布以得到均匀混合物，那么在聚合物中会有产生耐久性不足的区域。动态边界层混合颗粒添向聚合物中的加入把停滞混合区转变成动态分散混合区，这促进了添加剂的迅速均匀分散。聚合物的英格玛(Ingmar)抗划伤特性通常通过结合硬颗粒(如砂、玻璃或陶瓷球和各种其它硬矿物)以保护该聚合物来实现。把这些硬化颗粒结合入较软的聚合物增强了耐久性，这是通过把磨蚀施加到硬化颗粒上减少聚合物的机械磨蚀来实现的。以由膨胀珍珠岩制造的莫氏硬度5.5（相当于优质钢刀片）的类型（I）动态混合颗粒为例。通过结合入聚合物，此动态混合颗粒将提高耐擦伤和耐刮伤性。

动态边界层混合技术在高剪切混合环境下在粘性材料，如热塑性塑料，中具有如图27和28所示的优异分散能力。

图27显示了颜料含量相同的两个硬PVC试样。可以清楚地看到左边的其中具有动态边界层混合颗粒的试样分散得更好。

图28颜料含量相同的两个聚碳酸酯试样。可以清楚地看到右边的包括动态边界层混合颗粒的试样分散得更好。

图27和28清楚地图解了动态边界层混合颗粒对于分散的好处。改善的分散性能容许水力破碎流体具有较少添加剂，因为动态混合流体的存在使添加剂分布地更好，从而产生同样的添加剂有益性能。

不同的材料的混合和共混

图29显示了两个图像。图像1显示了具有ABS斑点的硬PVC。这两个材料，甚至在高剪切情况下化学上也不想混合或共混在一起。

图30的图像2显示了添加的动态边界层混合颗粒对不同的难混合材料的作用。在挤出机中，PVC和ABS混合到一起，这使得ABS的作用像黑色颜料。

图31A和31B显示了颜料在克莱斯勒工厂着色汽车漆中的增强的分散能力。两个喷涂试样始于同样的预混Chrysler，PB3CaledoniaBlue，系列：29399384汽车漆。左边试样（图31A）添加有由膨胀珍珠岩制造的类型（I）动态边界层混合颗粒。该动态混合颗粒颜色是白色的和以1质量%添加的。右边的试样（图31B）是标准工厂颜色。很清楚得看到左边试样比右边的试样具有更黑，以及更丰富的颜色。此实验表明通过在漆边界层中混合纳米和微米颗粒可以增强颜料色。颜料分散的改善容易看到。然而，其它的添加剂也分散得更好，产生更均匀的混合物，尽管不能遍及聚合物看到该其它改善的分散。

通常，聚合物中的添加剂用来提高耐久性。然而，就阻燃剂、填料、消泡剂、表面张力调节剂和杀虫剂等来说，填料经常对聚合物具有副作用，其在整个交联聚合物体系中产生疲劳。动态混合颗粒的添加作用不仅是改善混合。动态混合颗粒的添加机械地降低添加剂的大小，这在聚合物母体中产生更好的相互作用。因此，通过降低添加剂的大小以及改善分散，可以减少添加剂的量。例如，由于颜料颗粒被机械地处理成更小的颗粒以及在整个漆中分散得更均匀，汽车漆变得颜色更黑。通过减少产生期望结果所需的添加剂的量，此均匀混合特性增强了聚合物的交联强度。

聚合物的稠化

聚合物中的小的内含物和/或多孔性可由混合或施加期间的机械搅拌所引起。微米级的内含物可能是截留在聚合物中的气泡，或者该内含物可能是由固化期间从聚合物逃逸的溶剂造成的小的管状构造。固化聚合物中的小的内含物削弱聚合物承受环境恶化的能力。例如，反复冻-融循环将微细龟裂传播到整个聚合物并最后导致基底附着破坏。因为在冲击时微内含物促进了它们自己之间的裂纹，显著地降低了聚合物的耐冲击性，遍及聚合物的微细龟裂迅速地加速。弹性聚合物中微内含物导致材料由于正常的磨擦而加速磨损以及由于微内含物而导致的表面附着降低。

擅长稠化聚合物的聚合物配方设计师通常添加表面张力调节剂来促进较低的表面能，以便于诸如气泡的内含物的逃逸。本发明的动态混合颗粒的添加使得气泡能够通过机械动态运动逃逸。另外，动态混合颗粒的添加用结构材料增强了整个聚合物。本发明的动态混合颗粒在动态旋转期间产生穿过聚合物的机械穿孔，这使得能够排出气泡逃逸出聚合物。动态混合颗粒的三维几何结构还具有刺穿气泡的能力，从而同时还起机械消泡剂的作用。因此，动态混合颗粒的添加改善聚合物通过使用机械结构的添加剂的稠化，这提高了聚合物的耐久性。

漆、涂料和粘合剂的施加方法

一般通过刷、辊或自动化体系施加漆。不管施加方法如何，向漆配方是添加动态混合颗粒会提供好处。

例如：当通过刷施加漆时，通过每笔刷涂动态混合颗粒变得活化。每笔刷涂在刷涂方向产生速度分布，导致边界层的动态运动。结果是提高的表面附着、提高的表面润湿、添加剂悬浮的改善和添加剂分散的改善。因为当流体运动时动态混合颗粒的添加有助于促进流动，所以与用传统的漆、涂料和粘合剂所可能提供的相比，提供了更好的薄膜涂层。

当通过辊或自动化辊体系施加漆时，在辊接触表面期间动态混合颗粒活化，这促进了动态边界层运动。动态混合颗粒的添加促进了在复杂表面(如纹理化的干式墙)上的更好的表面覆盖，因为作用于流体的漆辊的速度垂直于表面，促进边界层变薄，这改善了流动和降低了由在复杂表面上的漆中形成的气泡所造成的小孔效应。这导致了改善的表面附着、改善的表面润湿、改善的添加剂悬浮和改善的添加剂分散。对于工业自动化辊涂体系的情形，不管表面变化，具有添加的动态混合颗粒的流体将流动更均匀。在热胶应用中，比如用于层压木地板，具有添加到其中的动态混合颗粒的热胶将具有更好的表面附着。在最后的附着步骤期间，当把压力辊施加到层压板表面时边界层中的动态运动促进了表面附着。

喷涂测试

下面是对于水和漆的激光颗粒雾化特性的描述。结论是当膨胀珍珠岩用作动态混合料时，动态混合料的添加不影响水或漆的雾化。

大部分的商业漆工使用无空气喷涂设备施用建筑漆，比如丙烯酸（水基的）、瓷漆（油基的）和漆（溶剂基的）。有许多种用于各种缘由的建筑漆。与喷涂任何涂层有关的最大的挑战是避免施加太多漆。施加太多漆会产生流淌。施加太少的漆会促进不一致的覆盖度。试验旨在集中于动态边界层混合添加剂的能力，以施加更多漆到给定表面和避免漆流淌。试验使用建筑丙烯酸漆，因为该漆是水基的和最环境友好的漆，其占据了80%的美国建筑市场。

实验#1

试验的漆是Sherwin?超级漆，室内，单层覆盖度，终生保修，特白：6500-41361，密度为10.91磅／加仑的半光涂料(satinfinish)。

以1.0质量%添加动态混合颗粒。该动态混合颗粒是由平均粒度10μ的膨胀珍珠岩制造的类型（I）动态边界层混合颗粒。选择类型I动态边界层混合颗粒是由于它的轻质和叶片状特性，其容易混合入流体中和产生边界层的最大搅动。另外，类型I动态混合料具有最大的机械保持强度以防止漆流淌。

第一和第二漆试样以1加仑的罐提供。各自在涂料机中机械地摇动5分钟。另外,在喷涂施加前，两个1加仑的漆试样都使用WarnerMfg.（制造商部件#447）制造的带有1加仑金属双叶片机械混合器的无绳电钻以1,500rpm机械混合10分钟。在喷涂施加之前，仅仅使用无绳电钻机械混合把该动态边界层混合颗粒结合进漆。

带有机械混合器的观测：

A）旋涡深度：将机械混合体系（即附着于电钻上的双叶片式搅拌器）置于1加仑漆罐的中心和然后在同样的rpm下将其慢慢地降低放入漆中直到旋涡崩溃。其中添加有1%动态边界层混合颗粒的漆在崩溃前容许形成比没有动态混合颗粒的漆深70%的的旋涡。旋涡深度是与在罐内部旋转的漆的表面阻力有关的流体速度的函数。流体旋转越快，旋涡越深。该阻力是由与边界层相互作用的丙烯酸漆的内聚力引起的，其会限制流体运动。

动态边界层混合颗粒的添加降低了由边界层所导致的摩擦系数。动态混合颗粒被旋转期间由推压罐壁的漆的离心力施加的动能活化。这些力导致颗粒在流动的漆的边界层中旋转，借此把阻力系数从静态的转变到动态的，从而增大流体速度和旋涡深度。

B）气泡形成：对两个漆试样（即对有和没有动态边界层混合颗粒的试样）施予同样时长的机械搅拌。在机械搅拌之后，带有动态边界层混合颗粒的漆少于5%的表面覆盖有气泡。没有动态混合颗粒添加剂的漆有70%的表面为气泡所覆盖。然后容许每个2加仑漆试样在机械混合以后沉降5分钟。具有动态边界层混合添加剂的漆试样在表面上只留有少数气泡。没有该添加剂的漆试样仍然有超过50%表面为气泡所覆盖。

据认为，具有它们的叶片状特性的动态边界层混合颗粒刺穿其中添加有动态混合颗粒的漆试样中的气泡。因此，该漆试样被脱气和通过机械法增浓。

设备：

·无空气喷雾器产品：AIRLESSCO,型号:LP540

·喷枪产品：ASM，300系列

·喷嘴产品：AIRLESSCO，型号:517，类型：10英寸风扇，喷嘴直径：0.017英寸

·喷涂表面：干式墙，类型：1／2英寸绿板

设备设置

·无空气喷涂设备设置在2500磅/平方英寸

·喷嘴距离：离表面垂直20英寸

·单道，各道(pass)之间延迟10秒钟

在90℃和70%湿度下在直射阳光下把漆施加到干式墙上。

试验结果

没有添加剂的漆试样：漆在20和18道下流挂和流淌；参见图32。

具有添加剂的漆试样：漆在30道下流挂和流淌；参见图33。

具有添加剂的漆试样：该漆在19道下不流挂或流淌；参见图34。

认为类型（I）动态边界层混合颗粒能防止漆流淌，因为颗粒的三维的薄的突出叶片状特性可以轻易地刺穿入停滞的不动边界层，当漆停止运动时这产生“机械锁闭体系”。该颗粒生成微米挡板体系，防止漆流挂和流淌。此实验表明动态边界层混合颗粒的添加可以显著地降低机械喷涂失误，从而使得漆更用户友好和在意外地施加了过多漆时对操作者更宽容。

动态边界层混合颗粒与漆产生机械相互作用而不是化学相互作用，增强了可润湿性和/或流动。其中添加有动态混合颗粒的漆将具有同样的防止流挂和流淌特性，不论该漆混合物通过辊、通过刷、通过无空气喷雾器（典型的水基涂料），还是通过LPHV体系（通常用于溶剂基漆）施加。如同图32以及33图解的那样，相比当6-8英尺的喷涂壁开始流挂以及然后流淌时你遭受的灾难性的混乱，在表面上倒回漆刷或辊改正流挂和流淌漆的过失要容易得多。

汽车漆

SpiesHeckerInc.生产的底漆和漆。

底漆：5310HS，固化剂:3315HS配合比4：1

漆：Chrysler，PB3CaledoniaBlue，系列：29399384

喷枪：SATAJet2000Digital，类型：HVLP，喷嘴：1.4喷射环形模式。

以1.0质量%添加添加剂，类型（I）动态边界层混合颗粒由平均粒度10μ的膨胀珍珠岩制备。选择该类型I动态边界层混合颗粒是由于它的轻质和叶片状特性，其容易混入流体。

采用HamiltonBeach，DrinkMaster装置以低RPMs用1分的混合持续时间实现添加剂向汽车漆中的机械混入。

通过FirstClassCollisioninGroveOklahoma把汽车漆专业地施加到矩形4x6"标准金属片。

观测：两种材料喷涂得同样好并提供了平滑的湿膜。当添加了动态混合颗粒时表面色较黑。对于原料汽车漆来说表面光泽更好。图31A和31B显示了色差。当此工艺中，两种漆作为最终步骤接清漆（clearcoat）。因此，假定由动态混合颗粒造成的较粗糙表面将为清漆产生更好的粘合表面。

雾化试验

雾化试验向水然后向丙烯酸漆介质中进行。80%的建筑漆是丙烯酸和水基的。因此，商业上可能接受的动态边界层混合颗粒不能对喷涂商业应用产生任何负面效果。

使用了三种粒径进行水分析：

平均粒径30μ的BoundaryBreakerraw；

平均粒径20μ的BoundaryBreaker20；和

平均粒径10μ的BoundaryBreaker10。

使用了两种粒径进行丙烯酸漆试验：

平均粒度20μ的BoundaryBreaker20；和

平均粒度10μ的BoundaryBreaker10。

试验在两个不同的压力下实施，即在1000磅/平方英寸和2000磅/平方英寸下。实验在两个不同的喷嘴距离下实施，即在6英寸和12英寸下。

雾化试验的结论显示雾化期间液滴尺寸的偏差极小，不管动态颗粒大小如何和或流体是水还是丙烯酸。因此，即使把动态混合颗粒添加到漆中，我们认为商业漆工也将能通过无空气喷涂体系对雾化没有副作用地如常使用他们的设备。在图35中查看表格形式的完整报告。

喷涂体系

动态混合颗粒向漆中的添加促进了湿膜在表面上的更好的表面相互作用。当雾化流体冲击表面时，该雾化流体将活化动态混合颗粒和移动湿膜的边界层以及由于雾化颗粒在表面上的运动而擦洗该表面，获得更好的覆盖度和更均匀的的喷涂层。在施加期间施加的湿膜的这种运动降低了漆涂层的桔皮效应。另外，动态混合颗粒的添加将提高漆对表面的附着，将提高表面润湿性，将提高添加剂的悬浮以及将提高分散。

应用的其它区领域

漆粘合剂和泡沫的喷雾壶(spraycan)应用将受益于动态混合颗粒的添加，因为该颗粒的添加提高了表面覆盖度、薄膜厚度的总体特性，并有助于防止喷头堵塞。

当堵缝被填缝枪或用其它方式移动时，动态混合颗粒的添加由于有助于促进改善的流动和与基底的更好表面相互作用，而可能有益于堵缝。

在高度填充的粘合剂(如地毯背衬粘合剂)中，其中60-80体积%是碳酸钙，动态混合颗粒的添加将提高可润湿性，即干的材料被湿的材料涂覆，从而提高生产产量以及改善整个产品质量。

在泡沫中，对于带有发泡剂的单组分材料、双组分材料和热塑性材料的喷涂应用或注入成型，动态混合颗粒的添加促进具有更一致壁厚的均匀泡孔结构。通过冲击喷射混合系统可以移动泡沫。

例如：当它们与发泡剂混合时，锐缘的颗粒提供混合步骤完成时也不停止的动态混合。当流体在膨胀过程期间运动时该颗粒继续保持活性。在泡沫膨胀期间通过反应性和不反应性添加剂在整个流体中的更好分散，这促进了发泡剂更好的分散以及提高的移动性，从而改善了泡孔的一致性。动态混合料（类型I）的三维的、尖端的、叶片状结构这个独特的特性产生优异的成核位置，从而提高了泡壁一致性和强度。通过比较没有添加剂的聚丙烯泡沫（图36）和带有4.8%的27微米膨胀珍珠岩添加剂的聚丙烯泡沫（图37），可以看到这个现象。图37显示了在生成微型胞状结构上的相当大的改善。

在双组分粘合剂中，动态混合颗粒的添加将有助于混合液体-液体接触面，促进整个聚合物内的更好交联。动态混合颗粒添加剂还将改善粘合强度和给予更好的流动特性。

对双组分反应性材料实施静态混合试验：

原料：Loctite双组分60分钟环氧，2种颜料一个黄色一个绿色

设备：标准50毫升duel填缝枪，其具有直径1／4英寸长6英寸的一次性的静态混合器头。

实验设置

反应混合100毫升环氧和混入少量黄色颜料；

反应混合100毫升环氧和混入少量绿色颜料；

然后将该两个100毫升内部带有颜料的反应的环氧分成两半。把50毫升黄色的反应的环氧放进静态混合器中单个的双组分料筒的一半中。在该静态混合器的另一半中，把50毫升绿色的反应的环氧放入单个的双组分料筒中。

该50毫升黄色的反应的环氧具有1质量%已经混入其中的动态混合颗粒。把黄色的反应的环氧放进静态混合器料筒的一半中。50毫升绿色的反应的环氧具有1质量%已经混入其中的动态混合颗粒。然后把该50毫升绿色反应的环氧放入该双组分料筒的另一边。在以同样低的速率把原料从静态混合中喷射出来之前，实施混合工艺大约5分钟。然后使得该静态混合管完全固化。然后使用水射流切割机把该管切成两半。如同参考图38可以看到的那样，上面的试样，即带有边界破坏者(boundarybreaker)动态混合颗粒的试样是两个试样中更充分混合的。换句话说，上面的试样更充分地混合该绿色和黄色反应的环氧，得到更大数量的蓝色混合环氧。

实施例1：在下面实施例中命名为“BoundaryBreaker”的原料指上面提到的申请人的动态混合颗粒。虽然下面指定了具体的重量含量，但是应当理解其它含量可能同样有效。据估计0.5%-10%的重量百分含量可能有效。

在上述实施例中，AcronalS710和RhoplexAC-337Na是丙烯酸粘合剂，当该丙烯酸粘合剂卖给漆配方公司时，将对其添加等于2重量%的BoundaryBreaker颗粒。因此，漆中30重量%丙烯酸粘合剂将导致6.7重量%的BoundaryBreaker；漆中24.4重量%丙烯酸粘合剂将导致8.2重量%的BoundaryBreaker。如果把0.5重量%BoundaryBreaker添加到30重量%的在漆中的丙烯酸粘合剂中，这将导致漆中1.7重量%的BoundaryBreaker；如果添加到24.4重量%的在漆中的丙烯酸粘合剂中，那么将导致漆中2重量%的BoundaryBreaker。

*****

因此，本发明很适合实现目标和达到如上所述的目的和好处以及其中固有的那些。虽然为了本公开的目的已经描述了当前优选的实施方案，然而许多的变化和改进对本领域普通技术人员来说是显而易见的。这样的变化和改进包含于如权利要求书所定义的本发明的主旨内。

说明书附件

背景

Ecupuro需要用SprayingSystemsCo.?碳化钨（TC）P喷嘴进行喷涂液滴尺寸测试。SprayingSystemsCo.?，SprayAnalysisandResearchServicesgroup使用了激光衍射方法测试提供的测试条件下的液滴尺寸分布。在此初步测试报告中的液滴尺寸数据将由Ecupuro分析，限定最适合它们要求的测试条件。

测试喷嘴

使用碳化钨Ｐ喷嘴，用于无空气喷漆的SprayingSystemsCo.CDROBTC650067，进行测试。特征在于短的Ｐ柄（holder）的CDROBTCps设计用于其中喷涂溶液趋向很快地干燥的应用。该Ｐ设计有助于溶液从喷口滑掉以及防止由块状物和聚集所引起的堵塞。SprayingSystemsCo.RobocTCps显示于图1中。

测试装置

SympatecHELOSParticleAnalyzer被用来获得此测试液滴尺寸测量数据（图2）。该Sympatec是激光衍射器，其根据通过分析器试样区域的液滴所引起的衍射光能量测量液滴尺寸。该Sympatec采用带有长的共振器的632.8nmHeNe-激光。使用设在接收装置中的多元件半圆光电探测器测量散射光强分布。使用R4透镜装置实施测试。在130毫米的工作距离下，此透镜构造允许1.8μm-350μm的测定范围。

。

测试流体

用纯水和3种水混合物（Raw、BB10和BB20）实施第一组实验。使用ResilienceExteriosLatexSanK43系列漆进行第二组液滴尺寸测试。没有任何添加剂和带有BB10和BB20的2种不同的混合物的情况下喷涂漆。

测试结果

D_v0.1、D_v0.5，D_v0.9和D₃₂直径用来评估液滴尺寸数据。一般通过尺寸与累积体积百分比之比表示该分布。以如下的UnderstandingDropSize,Bullen459c（http：//service.spray.com/lit/litlistsa.asp）定义液滴尺寸术语：

D_v0.1：其中喷涂液体总体积（或质量）的10%由直径小于或等于此值的液滴组成的值。

D_v0.5：中位数体积直径（亦称MVD）。一种以喷涂液体的体积表示液滴尺寸的方法。MVD是一个值，其中喷涂液体总体积（或质量）的50%由直径大于该中值的液滴组成和50%由小于该中值的液滴组成。这个直径用来比较在测试条件之间液滴尺寸的平均变化。

D_v0.9：其中喷涂液体总体积（或质量）的90%由直径小于或等于此值的液滴组成的值。

D₃₂：Sauter平均直径（亦称SMD）是以喷涂产生的表面面积表示喷涂细度的方法。SMD是液滴直径，其具有与全部液滴的总体积与全部液滴的总表面面积之比相同的体积与表面面积比。

表1：测试条件下的液滴尺寸数据

从表1可以看到，与在下面位置的12”相比，在6”的喷涂距离下观察到了来自喷嘴P的更小的液体尺寸。而且，随着水压增大液滴尺寸变得显著变小。如预期的，对于漆观察到了较大的液滴尺寸，这是由于与水相比乳胶漆较高的粘度。添加剂的使用导致液滴尺寸数据较小的变化。在具有添加剂的实验期间，与没有添加剂的操作相比，通过肉眼没有观察到喷射图案的显著变化。

来自SprayingSystemsCo.的喷涂分析和研究服务

结论

用Sympatec获得的这里呈现的结果提供了SprayingSystemsCo.?TCps的定量特性。这些测量结果提供了SprayingSystemsCo.?TCps的明确的喷涂特性结果。

对于“原始的”数据，可以获取附加信息。然而，此原始数据需要私有的处理程序来获得信息。因此，如果有任何对Ecupuro可能有用的信息没包含在传送结果内，请联系SprayingSystemsCo.?，如果可获得的话将获得和提供该数据。

Claims (21)

1.提高漆或聚合物混合物的流动性的方法，包括步骤：

向聚合物中添加动态混合颗粒以形成漆或聚合物混合物，其中所述动态混合颗粒含有颗粒，其中至少20％的所述颗粒具有三维的楔形尖锐叶片和尖端；

在表面上施加所述漆或聚合物混合物；

通过用所述三维的楔形尖锐叶片和尖端刺穿停滞的不动边界层来防止所述漆或聚合物混合物流挂和流淌，以产生机械锁闭体系。

2.根据权利要求1的方法，其中：所述添加步骤稠化所述聚合物。

3.根据权利要求1的方法，进一步包括：

用所述具有三维的楔形尖锐叶片和尖端的颗粒将颜料颗粒机械地处理成小的粒径，以将所述颜料颗粒更均匀地分散到整个聚合物混合物中。

4.根据权利要求1的方法，其中在所述用具有三维的楔形尖锐叶片和尖端的颗粒刺穿停滞的不动边界层的步骤期间，对所述聚合物机械穿孔，以使该聚合物脱气和增浓。

5.权利要求1的方法，其中在所述用具有三维的楔形尖锐叶片和尖端的颗粒刺穿停滞的不动边界层的步骤期间对所述聚合物脱泡。

6.根据权利要求1的方法，其中所述向所述聚合物中添加动态混合颗粒的步骤包括步骤：

以占所述聚合物混合物至少0.1质量％的量添加所述动态混合颗粒。

7.根据权利要求1的方法，其中所述动态混合颗粒由类型I颗粒组成，所述类型I颗粒深深地包埋入边界层中以在边界层和在混合区二者中产生优异的动态混合。

8.根据权利要求7的方法，其中所述动态混合颗粒由处理过的膨胀珍珠岩组成。

9.根据权利要求8的方法，其中所述动态混合颗粒的平均粒径在500nm-100μm之间。

10.根据权利要求8的方法，其中所述动态混合颗粒的平均粒径在1μm-30μm之间。

11.根据权利要求1的方法，其中所述在表面上施加所述漆或聚合物混合物的步骤包括：用喷涂装置雾化所述漆或聚合物混合物。

12.根据权利要求1的方法，其中所述在表面上施加所述漆或聚合物混合物的步骤包括：用漆刷把所述漆或聚合物混合物施加到表面上。

13.根据权利要求1的方法，其中所述在表面上施加所述漆或聚合物混合物的步骤包括：用无空气喷涂器把所述漆或聚合物混合物施加到表面上。

14.根据权利要求1的方法，其中所述在表面上施加所述漆或聚合物混合物的步骤包括：用低压高流系统把所述漆或聚合物混合物施加到表面上。

15.根据权利要求1的方法，其中所述在表面上施加所述漆或聚合物混合物的步骤包括：用双组分冲击喷射混合系统把所述漆或聚合物混合物施加到表面上。

16.根据权利要求1的方法，其中以所述混合物的1.0质量％添加所述动态混合颗粒。

17.根据权利要求1的方法，其中以所述混合物的0.5-10重量％添加所述动态混合颗粒。

18.根据权利要求1的方法，其中所述动态混合颗粒的平均粒度为10微米。

19.根据权利要求1的方法，其中所述动态混合颗粒的平均粒度为20微米。

20.根据权利要求1的方法，其中所述动态混合颗粒为平均粒度25微米的膨胀珍珠岩。

21.根据权利要求1的方法，其中所述在表面上施加所述漆或聚合物混合物的步骤包括：用辊施加所述漆或聚合物混合物。