三种常温固化氟碳涂料性能的对比研究

作者:建筑钢结构网    
时间:2011-03-23 11:03:24 [收藏]
0 引言 氟碳涂层具有突出的耐候性、耐腐蚀性和耐化学品性。氟化合物的低表面能使其难于被液体或固体浸润或黏着,所以氟碳涂料同时具有较好的耐水性、耐油性和耐沾污性。纯氟单体聚合的氟树脂...
    关键词:对比 研究 性能 涂料

    0 引言

    氟碳涂层具有突出的耐候性、耐腐蚀性和耐化学品性。氟化合物的低表面能使其难于被液体或固体浸润或黏着,所以氟碳涂料同时具有较好的耐水性、耐油性和耐沾污性。纯氟单体聚合的氟树脂,虽然性能优异,但需要高温烘烤,限制了其在市场上的应用。 1982 年,日本旭硝子公司开发出商品名为 Lumiflon 的三氟氯乙烯 / 乙烯基醚共聚物(简称 FEVE 共聚物),系溶剂可溶可室温固化涂料用氟树脂。日本大金公司也成功开发了四氟乙烯 / 乙烯基醚的共聚物。我国也相继开发出常温可交联的氟树脂,主要是三氟乙烯类单体与乙烯基酯单体的共聚物,也有三氟氯乙烯 / 乙烯基醚的共聚物,但前者具有成本上的优势,应用也比较广泛。本实验选择了 3 种氟树脂,主要是三氟乙烯类单体与乙烯基酯单体的共聚物,通过对氟涂料的性能对比,初步探讨了 3 种类型氟树脂的性能。

    1 实验部分

    1.1 原材料与设备

    进口氟树脂 A ,国外某厂家;进口氟树脂 B ,国外某厂家;国产氟树脂 C ,国内某厂家;固化剂 N3390 :拜耳公司;钛白粉 R-960 :杜邦公司;分散剂 Solsperse32500 :路博润公司;流平剂 EFKA-3777 :埃夫卡助剂公司;二月桂酸二丁基锡:北京化工三厂;醋酸丁酯:上海化学试剂有限公司。 Phoenix- Ⅲ砂磨分散机; QGS 干燥时间试验器;划格器;漆膜冲击试验器;漆膜弹性试验器; PPH-1 型铅笔硬度计; KGZ-IB 光泽度仪; Ci 5000 人工气候老化试验机(氙灯); Nicolet 6700 傅里叶变换红外光谱仪; Q 100 差示扫描量热仪。

    1.2 试样的制备

    按颜料与基料比(钛白∶氟碳树脂) 1.5 拟定研磨配方,分散助剂占颜料量的 5% ,加入溶剂,控制体系黏度在 1 000~1 500 mPa ? s 。在砂磨机上研磨至细度达 20 μ m 以下。在体系中添加流平助剂和催干剂,搅拌均匀后作为色漆组分。将色漆组分与固化剂( N3390 )按照 -NCO ∶ -OH=1.1 ∶ 1 的比例混合均匀,喷涂于带环氧底漆的铝合金板以及马口铁板上(喷枪压力为 0.4~0.6 MPa ,喷嘴与工件距离 30 cm ), 23 ℃ 恒温放置 7 d 后进行性能检验。

    1.3 性能测试

    1.3.1 常规性能测试

    按照以下依据进行常规性能检验:干燥时间采用 GB/T 1728 ? 79 ( 89 );附着力采用 GB/T 9286 ? 1988 ;耐冲击性采用 GB/T 1732 ? 93 ;柔韧性采用 GB/T1731 ? 93 ;铅笔硬度采用 GB/T 6739 ? 1996 ;耐水性采用 GB/T 5209 ? 85 ;耐油性采用 HG/T 3343 ? 1985 ; __ 耐酸性、耐碱性采用 GB/T 9274 ? 1988 。

    1.3.2 人工老化性能测试

    人工老化采用 GB/T 1865 ? 1997 人工气候老化和人工辐射曝露(滤过的氙弧辐射)的方法。

    2 结果与讨论

    2.1 常规性能的对比

    2.1.1 树脂物理性能对比

    3 种氟树脂的固含量、数均相对分子质量 M n 、玻璃化转变温度 T g 、羟值和酸值的数据见表 1 。

    1 氟树脂物理性质

    从表 1 可以看出: 3 种氟树脂的数均相对分子质量在同一数量级; A 树脂的羟值最低, B 树脂与 C 树脂的羟值相近,纯树脂的玻璃化转变温度, B 树脂最低,而 A 树脂与 C 树脂相近。

    2.1.2 氟树脂白漆的性能对比

    制备以上 3 种氟树脂白漆,并进行常规性能检验,结果见表 2 。

    2 氟树脂白漆常规性能

    3 种氟树脂中, B 树脂的相对分子质量最低,树脂的黏度也较低。适中的黏度对颜料分散,以及喷涂施工等有一定影响。 B 树脂的玻璃化温度最低, A 树脂和 C 树脂的玻璃化温度稍高些。当这 3 种氟树脂和 N3390 固化剂按 -NCO ∶ -OH=1.1 ∶ 1 的比例制成漆膜后,漆膜的 T g 如下: A 树脂 /N3390 体系: 45.09 ℃ ; B 树脂 /N3390 体系: 45.85 ℃ ; C 树脂 /N3390 体系: 53.78 ℃ 。从制成漆膜的 T g 数据来看, C 树脂的漆膜硬度好于其他两种树脂,铅笔硬度的测试结果也证明了这一点。 3 种树脂中,羟值较高的树脂体系的交联密度较大,耐介质性能好。 B 树脂和 C 树脂的羟值高于 A 树脂,这两种树脂的色漆漆膜的耐介质性能(润滑油、液压油)好于 A 树脂。

    2.2 含氟白漆的人工老化试验结果

    氟树脂最大的优势在于户外耐久性好。对 3 种白漆进行人工老化试验( 7 600 h ),其光泽数据见图 1 ,Δ E 数据见图 2 。

    1 3 种氟树脂白漆人工老化试验光泽数据图

    从图 1 可以看出:在漆膜的保光性上, A 树脂较好,到 5 000 h 时,失光仍为 1 级。 B 树脂居中,在 3 600 h 时失光 1 级,而 C 树脂要差些。

    2 3 种氟树脂白漆人工老化试验Δ E 数据图

    从图 2 可以看出: 3 种氟树脂白漆在 3 000 h 以内的色差数据较接近。此后, B 树脂白漆的色差明显大于其他两种树脂,但在 6 500 h 以后,其色差又开始变小,估计与其主链的四氟乙烯基团有关。 A 树脂与 C 树脂白漆的色差数据则比较相似,估计与漆膜中的主链结构都含有三氟氯乙烯有关。

    2.3 人工老化试验中漆膜的红外分析

    通过红外谱图来分析老化试验中漆膜的变化,每隔 1 000 h 取样进行分析,结果见图 3 。

    从图 3 可以看出: A 树脂白漆和 B 树脂白漆老化试验中的红外谱图基本上没有变化,而 C 树脂白漆在 2 946 cm -1 处的峰逐渐变小,在这个区域位置大致是一个 -CH 2 - 的吸收峰,这表明分子结构中的官能团有一些变化。说明 C 树脂的耐久性比另外两种树脂差,这一点从漆膜外观的变化上也得到了印证。

    3 3 种氟树脂白漆老化试验中的红外谱图

    2.4 人工老化试验中漆膜的玻璃化转变温度分析 一般而言,漆膜在户外使用一段时间后,由于自然环境中光、水汽等的影响,漆膜的交联结构会破坏,严重时,漆膜会变脆、开裂,失去防护效果。采用差式扫描,对漆膜人工老化过程中的玻璃化转变温度进行测试,漆膜的取样时间间隔为 1 000 h ,结果见表 3 。

    从表 3 可以看出:经过 7 000 h 人工老化后,漆膜的玻璃化转变温度基本上没有大的变化。 B 树脂白漆的表现更为稳定。从以上人工老化试验数据来看, A 树脂白漆、 B 树脂白漆和国产的 C 树脂白漆之间是有差别的,这主要是因为氟树脂的分子结构不同造成的,见表 4 。

    3 3 种氟树脂白漆玻璃化转变温度 T g 的对比 ℃

    4 3 种氟树脂含氟单体以及共聚单体

    由于氟原子的电负性大,带有较多的负电荷,相邻的氟原子彼此相斥,使聚合物分子主链上连接的氟原子充分延展,分子主链成螺旋形构象。这种螺旋形构象的分子结构表面有较多的氟原子,高键能的 C-F 键将低键能的 C-C 键完全保护起来,故难以受氧化侵袭,从而提高了涂膜的耐化学品性和耐老化性。交替结构的规整度将对氟树脂的性能有较大影响。从实际数据上看,国产的 C 树脂由于共聚单体选择以及合成工艺的影响,结构的规整度不及其他两种树脂。

    3 结语

    ( 1 ) 从人工老化的数据来看, A 树脂白漆、 B 树脂白漆的耐久性要优于国产的 C 树脂白漆。( 2 ) 氟涂料在 7 000 h 的人工老化试验中,交联漆膜的玻璃化温度基本上没有变化。( 3 ) 氟涂料的性能与其分子结构有较大关系,规整的交替共聚结构有助于提高氟涂料的耐久性。

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