Fundamentals of Latex Film Formation

Processes and Properties. Sprache: Englisch. Dateigröße in MByte: 10.
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This book first reviews and then compares the main experimental techniques used in the study and analysis of latex film formation. Each of the three main stages of film formation is considered separately, introducing relevant theoretical descriptions

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Fundamentals of Latex Film Formation als eBook pdf

Produktdetails

Titel: Fundamentals of Latex Film Formation
Autor/en: Joseph Keddie, Alexander F. Routh

ISBN: 9789048128457
EAN: 9789048128457
Format:  PDF
Processes and Properties.
Sprache: Englisch.
Dateigröße in MByte: 10.
Springer-Verlag GmbH

18. Februar 2010 - pdf eBook - 308 Seiten

Beschreibung

This book has emerged out of our long-time research interests on the topic of latex film formation. Over the years we have built up a repertoire of slides used in conference presentations, short courses and tutorials on the topic. The story presented in this book has thereby taken shape as it has been told and re-told to a mix of academic and industrial audiences. The book presents a wide body of work accumulated by the polymer colloids community over the past five decades, but the selection of examples has been flavoured by our particular experimental interests and development of mathematical models. We intend the book to be a starting point for academic and industrial scientists beginning research on latex film formation. The emphasis is on fundam- tal mechanisms, however, and not on applications nor on specific effects of formu- tions. We hope that the book consolidates the understanding that has been achieved to-date in the literature in a more comprehensive way than is possible in a review article. We trust that the reader will appreciate the fascination of the topic.

Inhaltsverzeichnis

1;Preface;6 2;Contents;8 3;Symbols;14 4;Chapter 1;20 4.1;An Introduction to Latex and the Principles of Colloidal Stability;20 4.1.1;1.1 What is Latex?;20 4.1.2;1.2 Latex Synthesis and Uses;21 4.1.2.1;1.3 Historical Context and Economic Importance;27 4.1.2.2;1.4 Overview of the Film Formation Process;29 4.1.2.3;1.5 Environmental Legislation;34 4.1.2.4;1.6 Relevant Colloid Science;36 4.1.2.4.1;1.6.1 Interaction Potentials;36 4.1.2.4.1.1;1.6.1.1 Van der Waals Attraction;36 4.1.2.4.1.2;1.6.1.2 Electrostatic Repulsion Between Particles;37 4.1.2.4.1.3;1.6.1.3 DLVO Theory;38 4.1.2.4.1.4;1.6.1.4 Depletion Interactions;39 4.1.2.4.2;1.6.2 Fluid Motion;41 4.1.2.4.2.1;1.6.2.1 Diffusion;41 4.1.2.4.2.2;1.6.2.2 Low Shear Viscosity of Colloidal Dispersions;42 4.1.2.5;References;43 5;Chapter 2;46 5.1;Established and Emerging Techniques of Studying Latex Film Formation;46 5.1.1;2.1 Techniques to Study Latex in the Presence of Water (Wet and Damp Films);47 5.1.1.1;2.1.1 Physical Probes of Drying;48 5.1.1.1.1;2.1.1.1 MFFT Bar;48 5.1.1.1.2;2.1.1.2 Film Scratching (Thin Film Analyser);51 5.1.1.1.3;2.1.1.3 Gravimetry;51 5.1.1.1.4;2.1.1.4 Beam Bending (or Optical Cantilever) Technique;51 5.1.1.1.5;2.1.1.5 Ultrasonic Reflection;53 5.1.1.1.6;2.1.1.6 Electrical Conductivity;55 5.1.1.2;2.1.2 Specialist Electron Microscopies;55 5.1.1.2.1;2.1.2.1 Cryogenic Scanning Electron Microscopy;56 5.1.1.2.2;2.1.2.2 Environmental Scanning Electron Microscopy (ESEM);56 5.1.1.2.3;2.1.2.3 Wet STEM;60 5.1.1.3;2.1.3 Scattering Techniques;61 5.1.1.3.1;2.1.3.1 Small Angle Neutron Scattering (SANS) and Small Angle X-Ray Scattering (SAXS);61 5.1.1.3.2;2.1.3.2 Photo Correlation Spectroscopy, Diffusing Wave Spectroscopy, and Speckle Interferometry;63 5.1.1.3.3;2.1.3.3 Evanescent Dynamic Light Scattering;68 5.1.1.3.4;2.1.3.4 Ultramicroscopy and Confocal Microscopy;68 5.1.1.3.5;2.1.3.5 Optical Techniques: Transmission Spectrophotometry and Ellipsometry;69 5.1.1.4;2.1.4 Profiling Water and Particles with Spectroscopies
;71 5.1.1.4.1;2.1.4.1 Confocal Raman Microscopy;71 5.1.1.4.2;2.1.4.2 IR Microscopy;72 5.1.1.4.3;2.1.4.3 NMR Profiling and Imaging;73 5.1.1.5;2.1.5 Probe Techniques for the Aqueous Environment;77 5.1.2;2.2 Techniques to Study Particle Packing and Deformation in Dry Films;80 5.1.2.1;2.2.1 Scanning Probe Microscopies;80 5.1.2.1.1;2.2.1.1 Contact Atomic Force Microscopy (AFM);81 5.1.2.1.2;2.2.1.2 Intermittent Contact AFM and Phase Imaging;82 5.1.2.1.3;2.2.1.3 Electric Force Microscopy (EFM) and Scanning Electric Potential Microscopy (SEPM);88 5.1.2.2;2.2.2 Scanning Near-Field Optical Microscopy (SNOM) and Shear Force Microscopy;89 5.1.2.3;2.2.3 Electron Microscopies;90 5.1.2.3.1;2.2.3.1 Transmission Electron Microscopy (TEM);90 5.1.2.3.2;2.2.3.2 Scanning Electron Microscopy (SEM);91 5.1.3;2.3 Techniques to Study Film Crosslinking;92 5.1.3.1;2.3.1 Ultrasonic Reflection and QCM;92 5.1.3.2;2.3.2 Spectroscopic Techniques;92 5.1.4;2.4 Techniques to Study Interdiffusion and Coalescence;93 5.1.4.1;2.4.1 Small Angle Neutron Scattering (SANS);94 5.1.4.2;2.4.2 Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET);95 5.1.4.2.1;2.4.2.1 Rate of Energy Transfer;95 5.1.4.2.2;2.4.2.2 Quantum Efficiency and Fraction of Mixing;97 5.1.4.3;2.4.3 Transmission Spectrophotometry;102 5.1.5;2.5 Concluding Remarks;102 5.1.6;References;102 6;Chapter 3;114 6.1;Drying of Latex Films;114 6.1.1;3.1 Humidity and Evaporation;114 6.1.1.1;3.1.1 Background;114 6.1.2;3.2 Evaporation Rate from Pure Water;115 6.1.3;3.3 Evaporation Rate from Latex Dispersions;117 6.1.4;3.4 Vertical Drying Profiles;118 6.1.4.1;3.4.1 Scaling Argument;120 6.1.4.2;3.4.2 Governing Equations;121 6.1.4.3;3.4.3 Experimental Studies;123 6.1.4.4;3.4.4 Consequence of Inhomogeneous Vertical Drying: Skin Formation;126 6.1.5;3.5 Horizontal Packing and Drying Fronts;126 6.1.5.1;3.5.1 Model for Horizontal Drying Fronts;129 6.1.5.2;3.5.2 Lapping Time and Open Time;130 6.1.6;3.6 Colloidal Stability;133 6.1.7;3.7 Film Cracking;135 6.1.7.1;3.7.1 Do the
Cracks Follow the Drying Front or Propagate Quickly Over the Entire Film?;135 6.1.7.2;3.7.2 What Sets the Crack Spacing?;136 6.1.8;References;136 7;Chapter 4;140 7.1;Particle Deformation;140 7.1.1;4.1 Introduction;140 7.1.2;4.2 Driving Forces for Particle Deformation;141 7.1.2.1;4.2.1 Wet Sintering;142 7.1.2.2;4.2.2 Dry Sintering;142 7.1.2.3;4.2.3 Capillary Deformation;143 7.1.2.4;4.2.4 Capillary Rings;145 7.1.2.5;4.2.5 Sheetz Deformation;145 7.1.3;4.3 Particle Deformations;146 7.1.3.1;4.3.1 Hertz Theory Elastic Spheres with an Applied Load;146 7.1.3.2;4.3.2 JKR Theory Elastic Spheres with an Applied Load and Surface Tension;146 7.1.3.3;4.3.3 Frenkel Theory Viscous Spheres with Surface Tension;147 7.1.3.4;4.3.4 Viscoelastic Particles;149 7.1.4;4.4 The Problem with ParticleParticle Approach;149 7.1.4.1;4.4.1 Routh and Russel Film Deformation Model;149 7.1.4.1.1;4.4.1.1 ParticleParticle Deformation;150 7.1.4.1.2;4.4.1.2 Integration to Film Deformation;150 7.1.4.1.3;4.4.1.3 Assumption of a Viscoelastic Fluid;151 7.1.5;4.5 Deformation Maps;152 7.1.5.1;4.5.1 Wet Sintering;152 7.1.5.2;4.5.2 Capillary Deformation;152 7.1.5.3;4.5.3 Dry Sintering;152 7.1.5.4;4.5.4 Receding Water Front;152 7.1.5.5;4.5.5 Use of the Deformation Maps;153 7.1.6;4.6 Dimensional Argument;154 7.1.6.1;4.6.1 Wet Sintering;154 7.1.6.2;4.6.2 Capillary Deformation;154 7.1.6.3;4.6.3 Dry Sintering;155 7.1.6.4;4.6.4 Sheetz Deformation;155 7.1.7;4.7 Effect of Temperature;156 7.1.8;4.8 Effect of Particle Size;158 7.1.9;4.9 Experimental Evidence for Deformation Mechanisms;159 7.1.9.1;4.9.1 Inferring Deformation Mechanisms from Water Distributions;159 7.1.9.2;4.9.2 Determination of Deformation Mechanisms Using an MFFT Bar and Optical Techniques;162 7.1.9.3;4.9.3 Microscopy of Particle Deformation;162 7.1.9.4;4.9.4 Scattering Techniques;165 7.1.9.5;4.9.5 Detection of Skin Formation;165 7.1.10;References;165 8;Chapter 5;170 8.1;Molecular Diffusion Across Particle Boundaries;170 8.1.1;5.1 Essential Polymer Physics
;172 8.1.1.1;5.1.1 Interface Width at Polymer-Polymer Interfaces;172 8.1.1.2;5.1.2 Polymer Reptation;173 8.1.2;5.2 Development of Mechanical Strength and Toughness;177 8.1.2.1;5.2.1 Dependence on the Density of Chains Crossing the Interface;181 8.1.2.2;5.2.2 Dependence on Interdiffusion Distance, .;181 8.1.3;5.3 Factors that Influence Diffusivity;183 8.1.3.1;5.3.1 Molecular Weight and Chain Branching;183 8.1.3.2;5.3.2 Temperature Dependence;184 8.1.3.3;5.3.3 Influence of Hard Particles;187 8.1.3.4;5.3.4 Latex Particle Size;191 8.1.3.5;5.3.5 Particle Structure and Hydrophilic Membranes;191 8.1.4;5.4 Faster Diffusion with Coalescing Aids;193 8.1.5;5.5 Simultaneous Crosslinking and Diffusion: Competing Effects;194 8.1.6;References;198 9;Chapter 6;203 9.1;Surfactant Distribution in Latex Films;203 9.1.1;6.1 Introduction;203 9.1.1.1;6.1.1 Where Can Surfactant Go in a Dried Film?;204 9.1.1.2;6.1.2 Effect of Non-Uniform Surfactant Distributions;206 9.1.1.2.1;6.1.2.1 Gloss and Appearance;206 9.1.1.2.2;6.1.2.2 Aesthetic Qualities and Dirt Pick-Up;207 9.1.1.2.3;6.1.2.3 Adhesion and Viscoelasticity;208 9.1.1.2.4;6.1.2.4 Barrier Properties and Water Whitening;208 9.1.1.2.5;6.1.2.5 Film Formation Process;209 9.1.1.3;6.1.3 Mechanisms of Surfactant Transport;209 9.1.2;6.2 Adsorption Isotherms;210 9.1.3;6.3 Modelling of Surfactant Distribution during the Drying Stage;212 9.1.4;6.4 Effect of Surfactants Vertical Distribution on Film Topography;217 9.1.5;6.5 Experimental Evidence for Surfactant Locations;219 9.1.5.1;6.5.1 Interfaces with Air and Substrates;219 9.1.5.2;6.5.2 Surfactant in the Bulk of the Film;220 9.1.5.3;6.5.3 Depth Profiling and Mapping;220 9.1.6;6.6 Reactive Surfactants;222 9.1.6.1;6.6.1 Reactive Surfactant Chemistry;223 9.1.6.2;6.6.2 Effect of Surfmers on Film Properties;223 9.1.7;6.7 Summary;225 9.1.8;References;225 10;Chapter 7;231 10.1;Nanocomposite Latex Films and Control of Their Properties1;231 10.1.1;7.1 Introduction;231 10.1.1.1;7.1.1 Properties of Nanocomp
osites;232 10.1.1.2;7.1.2 Applications of Colloidal Nanocomposites;234 10.1.1.3;7.2 Types of Hybrid Particles;235 10.1.1.3.1;7.2.1 Polymer-Polymer Hybrid Particles;235 10.1.1.3.2;7.2.2 Inorganic and Polymer Nanocomposite Particles;237 10.1.1.3.3;7.2.3 Self-Assembly of Nanocomposite Particles by Precipitation or Flocculation of Pre-Formed Nanoparticles;241 10.1.1.4;7.3 Colloidal Particle Deposition and Assembly Methods;243 10.1.1.4.1;7.3.1 Deposition Methods;245 10.1.1.4.2;7.3.2 Vertical Deposition;247 10.1.1.4.3;7.3.3 Surface Pattern-Assisted Deposition;248 10.1.1.4.4;7.3.4 Long-Range Order from Self-Assembled Core-Shell Particles;250 10.1.1.5;7.4 Colloidal Nanocomposites from Particle Blends;251 10.1.1.5.1;7.4.1 Advantages of Particle Blends;251 10.1.1.5.2;7.4.2 Dispersion of Nanoparticles;251 10.1.1.5.3;7.4.3 Long-Range Order in Particle Blends;253 10.1.1.6;7.5 Three Lessons about the Properties of Waterborne Nanocomposite Films;256 10.1.1.6.1;7.5.1 Lesson One;256 10.1.1.6.1.1;7.5.1.1 Percolation of Spherical Particles;257 10.1.1.6.1.2;7.5.1.2 Percolation of Rod-Like Particles;258 10.1.1.6.1.3;7.5.1.3 Properties in Percolating Systems;259 10.1.1.6.1.4;7.5.1.4 Properties of Hybrid and Blend Systems;260 10.1.1.6.2;7.5.2 Lesson Two;262 10.1.1.6.3;7.5.3 Lesson Three;263 10.1.1.7;References;267 11;Chapter 8;278 11.1;Future Directions and Challenges;278 11.1.1;8.1 Film Formation from Anisotropic Particles;278 11.1.2;8.2 Assembly of Particles over Large Length Scales;280 11.1.3;8.3 Technique Development;282 11.1.4;8.4 Nanocomposite Structure and Property Correlations;282 11.1.5;8.5 Interdiffusion of Polymers in Multiphase Particles;284 11.1.6;8.6 Templating Film Topography;285 11.1.7;8.7 Resolving the Film Formation Dilemma;286 11.1.8;References;289 12;Index;317


Pressestimmen

From the reviews:

"The book demonstrates that there are basically four stages in the process of latex film formation. These are water loss, close packing of particles, deformation of particles leading to optical clarity in a dodecahedral structure (honeycomb) and, finally, interdiffusion and coalescence leading to a homogenous film. ... for the latex technologist, it will be of interest in the understanding of why certain formulations work and others do not, and may lead to more environmentally friendly processes. (Leslie Harrison, Materials World Magazine, June, 2012)

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