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中氟氟涂料:高耐候双组分水性氟碳涂料

       氟碳涂料在实际运用中主要作为长寿命装饰和抗恶劣环境的涂层。目前,国内氟碳涂料主要以有机溶剂为分散介质,生产、使用过程中会产生大量的有机物气体。随着国家环保要求的日益严格,水性氟碳树脂和水性氟碳涂料的研发及推广日趋活跃。笔者所在公司秉承40 年氟产品研发、生产经验,特别是近年来在水性氟碳树脂方面同国外的技术合作,使得水性氟碳树脂的制备技术日趋成熟,开发了具有环保和长期耐候性的ZH–01 水性氟碳树脂,成为国内大型氟碳树脂生产厂家之一。
2 ZH–01 水性氟碳树脂结构特点及氟乳液的形成和固化
2. 1 ZH–01 水性氟碳树脂的结构特点
ZH–01 氟乳液中氟含量大于12%。在聚合物中,氟原子基本上是交替、规整地分布在高分子的主链而不是支链上。由于主链上的氟原子对聚合物的耐候性贡献更突出,氟原子向外层伸展,分割了聚合物与大气的界面,大大降低了聚合物的表面性能,且氟碳的键能大,稳定性好,故氟原子包覆主链的结构对聚合物形成很好的保护和屏蔽作用,使得氟乳液不易因环境因素的作用而改变,因而经久耐用。这样氟乳液干燥成膜后就能够有效地发挥氟原子的优良特征。乳液合成过程中,引入了含酮羰基活性官能团物质。该酮羰基分子中能同2 个以上肼基类固化剂进行交联反应(属于缩合反应)。在有大量水存在下,酮羰基和肼基不发生反应,因此能够制备单罐氟碳涂料,便于施工。而双组分可交联型热固性涂料的特点是涂膜具有超长的耐候性、抗碱性、耐水性、耐酸雨和抗沾污性能。
2. 2 氟乳液的形成和固化
        ZH–01 氟乳液是烯烃类物质和乳化剂制成的一种乳液,加入引发剂,使三氟氯乙烯单体和其他烯烃单体引发共聚反应。在乳液聚合时,引入带有活泼羰基(C═O)的丙烯酸酯类单体,生成具有核壳结构的乳液。在中性、碱性条件下,活泼羰基与活性适中的酰肼基团之间不发生反应。随着成膜过程中水与中和剂的挥发,涂膜水分减少,体系的pH 下降。在微酸性条件下,酮羰基和酰肼(已二酸二酰肼,ADH)发生交联反应生成腙,反应式如下:

2. 3 性能测试
2. 3. 1 黏度测定
采用斯托默黏度计法测试,测定温度为25 °C。
2. 3. 2 硬度
按GB/T 1730–1993《漆膜硬度测定法 摆杆阻尼试验》测定摆杆硬度。
2. 3. 3 涂料贮存稳定性
根据GB/T 6753.3–1986《涂料贮存稳定性试验方法》测定涂料贮存稳定性。
2. 3. 4 冻融稳定性
根据GB/T 9268–1988《乳胶漆耐冻融性的测定》测定乳液、涂料冻融稳定性。
2. 3. 5 涂膜耐介质性
根据GB/T 9274–1988《色漆和清漆 耐液体介质的测定》测定漆膜耐酸、碱、盐性能。
2. 3. 6 涂层的耐水性
根据GB/T 1733–1993《漆膜耐水性测定法》测定漆膜耐水性。
2. 3. 7 涂层耐候性的评定
根据GB/T 1766–1995《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》测定涂膜的耐紫外线性能。
2. 3. 8 涂膜的耐沾污性
根据GB/T 9780–1988《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》测定涂膜的耐沾污性。
 
3 结果与讨论
3. 1 交联剂ADH 的用量对凝胶率的影响
双组分氟碳涂料的制造技术之一是确定恰当的CO/H2N 比例。酮羰基同酰肼反应是按等摩尔进行的亲核加成反应,即1 个CO 基与1 个H2N 基反应。通过理论计算,得出氟乳液量与ADH 用量之比,即m(氟乳液)/m(ADH)= 100∶0.8,但实际情况要通过试验获取。生产中,通过凝胶率的测定验证理论值:凝胶率 =m(THF 浸渍后)/ m(浸渍前)× 100%。具体的方法是:100 g 的氟乳液和不同质量的ADH 混合后,在玻璃板上制膜,在80 °C 干燥6 h,完全固化后称初始重量,后于抽提器中用四氢呋喃溶剂抽提24 h,将抽提后的样品干燥、烘干,待抽提剂完全蒸发后称重。凝胶实验结果如图1 所示。

图1 表明,当乳液的质量一定,随着ADH 质量增加,凝胶率迅速增大。当m(氟乳液)/m(ADH)= 100∶0.75 后,凝胶率基本上是一条直线,凝胶率没有太大的变化,即当m(ADH)> 0.75 g 时,不会对氟乳液的固化率产生太大的影响。而ADH 过多,会影响到涂膜的耐水性,使涂膜光泽度下降。综合考虑其他因素,将m(氟乳液)/m(ADH)定为100∶0.8。
3. 2 ADH 用量对涂膜硬度的影响
双组分涂料中涂膜硬度同样能反应出涂料胶化的程度。通常在主组分不变的条件下,固化剂用量的改变也能确定涂料固化的程度。故研究了100 g 氟乳液中,ADH 的用量对涂膜硬度的影响,结果见图2(温度80 °C,烘干时间6 h)。图2 说明,随着ADH 用量的改变,涂膜的硬度也在发生变化。ADH 用量增加,涂膜硬度增大。当m(ADH)> 0.75 g 后,涂层硬度变化不大,说明此时氟乳液与ADH 交联已基本完成。

3. 3 常温下反应时间与凝胶率的关系
在确定氟乳液的质量与ADH的质量比为100∶0.8的基础上,研究了氟乳液与ADH 的常温固化规律。采用抽提凝胶率实验法,在温度20 ~ 25 °C,空气相对湿度55% ~ 65%的条件下,得到的结果如图3 所示。

图3 表明,氟碳乳液与ADH在常温固化一开始时,固化速率增长较快;48 h 以后,固化速率减慢;168 h后,固化的程度基本上达到了固化期望值。
3. 4 ZH–01 氟乳液及其氟碳涂料的性能
按m(氟乳液)/m(ADH)= 100∶0.8 对ZH–01 氟乳液及其他不同类型的氟乳液、苯丙乳液和纯丙乳液性能进行了研究,结果如表1 所示。将各类氟碳乳液、苯丙乳液、纯丙乳液配成相同颜基比的涂料,做成漆膜,进行性能测定,结果如表2 所示。


表1、表2 表明,ZH–01 氟碳树脂同比其他的乳液综合性能优良,尤其在耐紫外线,耐水性,耐酸、碱、盐性以及户外耐粉化方面表现出更大的优势。
 
4 氟碳涂料的施工技术
(1) 涂料施工温度不低于5 °C,相对湿度不大于85%,墙面含水率控制在10%以下,pH 小于10。
(2) 基层处理:新、旧基层必须除去霉斑、油污、粉尘和松散物质,特别是旧涂层必须彻底清除干净,在露出的基面上涂刷一遍抗碱底涂。
(3) 待墙面干燥后批刮腻子,找平基面,干燥后打磨,在25 °C 条件下养护24 h。
(4) 涂刷中层漆2 遍,2 遍中涂的间隔时间为7 d,以保证前一遍涂膜干燥。
(5) 氟碳树脂施工方式可以使用辊、刷、喷涂。施工时,必须将涂料搅拌均匀,确保涂料颜色均匀一致,氟涂料的涂层厚度约30 μm。
 
5 结论
(1) 所开发的双组分氟碳树脂和涂料具有无毒、无污染、少刺激气味、不点燃和多色彩的特点,满足国家对于环境保护的要求;极低的VOC 排放量,能够使建筑涂料向低环境负荷、高功能化和复合化方向发展。在涂料的生产、使用中不会对环境造成污染。
(2) 在恶劣试验环境下,漆膜性能无明显变化,耐酸、碱、盐等化学介质性能优异,发挥了氟碳涂料长期耐候性的特点。
(3) 氟碳涂料形成的涂膜外观平整光滑,质感好,施工简单,极适宜于墙体外表面的保护与装饰。

 

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