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常温固化FEVE氟碳涂料结构、性能及改性研究

发布日期:2010-08-02


    李运德[32]等研究表明不同类型FEVE氟碳涂料均具有良好的力学性能、韧性和强度,并且与环氧底漆的层间结合力优异,能够满足与环氧底涂层配套用作长寿命防腐面漆的要求;在规定的拉伸条件下,FEVE氟碳涂膜的拉伸应力-应变曲线主要受其内因如分子链的化学组成、玻璃化温度Tg、分子链的大小和形态、交联点密度等影响;FEVE氟碳涂料与环氧底涂层的层间结合力与分子结构的相容性、极性基团、分子间氢键等因素有关,划格法附着力还与氟碳涂料的韧性、固化收缩性有关。
    FEVE氟碳涂料的耐溶剂性能与纯氟单体均聚物的耐溶剂性能无法相提并论[30]。各种类型FEVE氟碳涂料在非极性溶剂120#溶剂汽油、3#喷气燃料油中溶胀度很低,在弱极性溶剂醋酸丁酯、二甲苯、丁酮中溶胀度很高,而在高极性溶剂无水乙醇中溶胀度稍低。三氟氯乙烯-乙烯基酯共聚型FEVE氟碳涂料几乎不溶于非极性溶剂。

4 FEVE氟涂料改性研究

4.1 混拼其它树脂的改性研究

    在FEVE氟涂料中混拼树脂主要集中在羟基丙烯酸树脂和环氧树脂,通过混拼提高涂料的某些性能,以扩大应用范围。
    刘长亮[33]研究了丙烯酸树脂中软、硬单体配比、羟基含量,以及丙烯酸树脂和氟树脂的配比对涂层性能的影响,通过在涂料中拼合一定量的含羟基丙烯酸树脂,可有效提高涂层的耐溶剂性和耐沸水附着力。李少香等[34]制备了耐候性优异、附着力好、耐污性强的丙烯酸改性氟碳船壳漆。张煜[35]等以FEVE氟碳树脂、丙烯酸树脂为主要成膜物质,添加助剂、颜料、溶剂,按照氟碳涂料生产工艺进行操作,开发了轨道车辆用新型氟碳涂料。刘秀生等[36]通过户外曝晒试验对FEVE氟涂料进行丙烯酸混拼改性后的耐候性能进行研究。
    杨保平等[37, 38]通过环氧树脂对FEVE氟树脂进行改性,考察了含氟聚合物、环氧树脂、固化剂、助剂等对改性氟碳涂料性能的影响,制备出环氧改性重防腐涂料,并通过纳米改性制备出环氧改性氟碳纳米复合船舶涂料。Carr, C等[39]介绍了一种环氧树脂和FEVE氟碳树脂组成的自分层涂料。高表面能的环氧树脂和低表面能的FEVE树脂是分层的驱动力,在不含颜料的体系中,这两种材料分层明显,带有一种颜料的体系分层较理想,而带有两种颜料体系分层不理想。

4.2 纳米改性研究

    在涂料中应用的主要纳米材料包括:纳米TiO2、纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米ZnO等。通过纳米材料改性可以改善涂膜的耐候性、力学性能、耐粘污性能、抗菌性能、防腐性能。
    刘福春等[40]通过纳米改性氟碳涂料,使得漆膜紫外线老化后色差值降低了23%,涂层体系的电阻值提高了一个数量级,耐盐雾性能显著提高。卢翔等[41]的研究表明:纳米粒子的有效添加,在UVA(320~400 nm)波段拓宽了紫外光透过率为零的波长范围,同时对同一波长的紫外光透过率明显下降,制备的纳米SiO2 氟碳涂料具有高强的抗紫外老化性能和力学性能,适合现代超音速飞机的涂刷。李运德等[42,43]比较了多种类型润湿分散助剂对碳纳米管的润湿分散性,选择了润湿分散助剂BYK-2050,制备出了具有纳米级分散的CNTs/FEVE氟碳涂膜;碳纳米管的加入显著提高了FEVE氟碳树脂的拉伸强度,稍稍提高涂层的耐热性,并赋予涂层良好的导静电性能。
    张人韬[44]研制的含氟乳液涂料具有极高的耐候耐污耐老化性,涂装效果可与铝塑板装饰相媲美。吴自强等[45]用改性后的纳米TiO2制备纳米氟碳乳液涂料,观察涂膜的微观结构,分析比较不同改性方法的实际应用效果。徐寿柏[46]通过纳米材料改性氟碳乳液制备出具有良好耐粘污性和自洁性能的氟碳涂料。王云普等[47]以纳米SiO2 为核、含氟丙烯酸酯类单体为壳制备的核壳型纳米氟碳涂层中由于纳米SiO2 的高流动性和小尺寸效应,使材料表面更加致密细洁,摩擦系数变小,加之纳米颗粒的高强度,使材料的耐磨性大大增强;低摩擦性,斥水、斥油、耐酸碱等性能使其表现出高强的耐侯性。

4.3 耐粘污性研究

    对于FEVE涂料的耐粘污性方面存在认识上的误区:由于漆膜表面亲水接触角较大,应该具有好的抗粘污性。但是FEVE涂膜与水的接触角一般在800~950,抗沾污性一般。从表面能的角度,提高涂层耐粘污性的方法分为两派:一是提高涂层表面与水接触角,形成类似荷叶效应的超疏水表面;一是在漆膜表面形成亲水化涂层,使得污物容易被水冲走。
    周卫东等[48]采用特殊的表面处理技术,使涂层表面形成荷叶状的“海岛”状结构,可显著提高涂层与水的接触角,改善有机氟树脂涂料的自清洁性和憎水性,制备出自清洁型长效防蚀耐候涂料。朱东等[49]通过表面助剂、硅粉、蜡粉对交联型氟树脂进行改性,制备清漆涂膜。分别以油性和水性记号笔在涂膜表面涂圈作为污染源,以胶带纸粘附和撕离实验考核涂膜的抗粘效果。结果发现表面粗糙度和表面助剂的共同作用可有效防止记号笔对涂层的粘结,粗糙表面的涂层亲水、亲油性对抗粘结作用有较大的影响,涂膜在水浸泡前后的抗粘性效果表现不同。户外曝晒试验表明涂层的抗粘结作用与自清洁作用并不能简单等同。
    陆祖宏等[50]认为正是由于FEVE较大的与水接触角使其涂层表面比其它诸如丙烯酸型和有机硅型涂层更容易产生条状污物。通过在FEVE涂料中加入“雨筋”的特殊助剂形成亲水化表面,从而获得自洁型氟涂料。杨景花等[51]研究了纳米TiO2在涂料中的光催化性能,及其使氟碳涂料(PVDF)产生的自清洁作用。从物理机械分散和表面改性两个方面,分别讨论了纳米TiO2,在氟碳涂料中分散性的影响因素。
    李运德等[52,53]比较了提高FEVE氟碳涂膜耐粘污性的三种主要方法:采用改性有机硅防涂鸦助剂,使得漆膜表面能有所降低,改善了漆膜的抗粘污性,但随着曝晒时间延长,耐粘污性下降;光催化剂TiO2通过光催化作用和微粉化作用,使得涂膜具有很好的自洁性和抗粘污性,但是光催化剂使氟碳涂膜的耐候性严重恶化;采用氟化硅氧烷亲水化剂使涂膜与水接触角长期保持在35 o以下,漆膜表面具有强自洁性,同时不降低涂层的耐候性和防腐性能,其亲水化机理为氟化硅氧烷助剂在漆膜表面富集,并能在较短时间内水解生成亲水性基团。

4.4 太阳热反射FEVE涂料研究

    物体对光的反射包括全反射和散射,涂层中颜填料对光的反射主要以散射为主。颜填料折光指数与树脂折光指数比值为颜填料对白光的散射能力,颜填料折光指数与树脂折光指数相差越大,散射能力越强。树脂的折光指数一般在1.45~1.50之间,氟树脂折光指数较低,为1.34~1.42。因此,氟树脂涂料较低的折光指数以及高耐候性,使其特别适用于隔热涂料。
    大金公司开发的ZEFFLE隔热涂料由ZEFFLE氟树脂和特殊颜料组成[54]。特殊颜料可将70%—80%的红外线反射出去,同时也具有远红外功能,可以将吸收的热量释放出去,从而发挥出超群的隔热效果。而氟树脂的加入保证了ZEFFLE隔热涂料具有长期隔热效果。
    冀志江等[55]以氟碳树脂FEVE为成膜物,中空玻璃微珠和钛白粉为填料制得具有发射太阳光和绝热双重功能氟碳隔热涂料。经测试涂层导热系数小于0.050W/m•K,太阳反射率大于89%。
    洪晓[56]研制了太空绝热反射涂料,采用硅丙乳液和水性氟碳乳液作成膜基料,通过选择功能填料,产品热反射性能和隔热性能均达到或超过国外同类产品。刘成楼[57]以氟碳乳液和自交联纯丙乳液为基料,以金红石型钛白粉为颜料,以中空微珠和红外辐射粉为填料,在纳米SO2和助剂的配合下制备出该外墙涂料。涂膜具有超群的耐候性,优异的耐沾污性,突出的耐化学品性,优异的柔韧性,极佳的隔热降温性能,适用于夏热冬暖、夏热冬冷地区建筑物的饰面涂装。

5 结语

    常温固化FEVE氟碳涂料以其优异的耐候性能和防腐性能,在防腐和建筑领域越来越被广泛地应用。进一步提高FEVE氟碳树脂的耐候性能,发展水性、弱溶剂型和粉末型FEVE氟碳涂料是进一步的研发方向。充分利用FEVE氟碳树脂耐候性好的特点,通过混拼其它树脂、添加纳米材料及功能材料,赋予FEVE氟碳涂料太阳热反射、屏蔽、导静电、自洁性等功能也是进一步研发的方向。

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