耐沾污FEVE氟碳涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 0 引言近年来，在建筑物、桥梁上以氟碳涂料为代表的高耐候性产品应用越来越广泛，但建筑物表面污迹附着的问题却一直没有很好地被解决。建筑物表面污渍严重，将导致其景观效果欠佳、资产价值下降，地方政府或业主单位的形象也会因此而受到影响。在涂料领域，拒水性的涂膜不易附着污迹是主流的认识，但是，本文中所涉及的耐沾污氟碳涂料却是利用了相反的原理，是一种具有亲水表面的耐沾污FEVE 氟碳涂料。1 常规FEVE 氟碳涂料的耐污染性在很多人心目中，FEVE 氟碳涂料的耐污染性应该是非常好的，有些涂料公司在产品推广时也会着重强调这一点，并常常以特氟隆、不沾锅为例来加以说明。然而事实并非如此，无论从实验室数据还是现场实例考察结果来看，常规FEVE 氟碳涂料的耐沾污性能未必强于聚氨酯涂料，主要原因如下:( 1) FEVE 涂料并非特氟隆特氟隆固然具有表面能低，耐沾污性强的特点，但它属于PTFE 涂料，即聚四氟乙烯涂料［1］; 而FEVE 的主要成膜物是氟烯烃/乙烯基醚或乙烯基酯的共聚物。为了保证FEVE 氟碳涂料的常温可固化性能与可复涂性，FEVE 树脂中引入了大量的乙烯基链节、烃基侧基和羧基侧基，在提高FEVE 树脂溶剂可溶性的同时，也使树脂体系的极性增加，与外界因素互动的几率提高，提高了制漆时对颜料的润湿性能，但成膜后也更加容易吸附污物，耐沾污性能也因此而下降［2］。FEVE 氟碳树脂羟值一般在50 ～ 60 mgKOH/g，交联密度低，成膜后铅笔硬度在H 左右，这对漆膜的耐沾污性而言也是不良因素。( 2) 配套油漆对耐沾污性的影响目前在重防腐领域，锌粉底漆+ 环氧云铁中间漆+ FEVE氟碳面漆已经成为一个经典的配套组合，环氧云铁中间漆中含有片状云母氧化铁防锈颜料，延长了腐蚀介质渗透的路径，提高了涂层的防腐蚀效果，其粗糙的表面有利于FEVE 氟碳面漆对它更好的结合，但也影响了最终面涂表面的平整度，方便了污物的停留、吸附［3］。本文对常规FEVE 氟碳涂料与聚氨酯涂料进行耐沾污性测试，结果显示两者耐沾污指数接近，相对其他类型的涂料，常规的FEVE 氟碳涂料并没有表现出更好的耐沾污性能，结果见表1。注: 耐沾污指数: 参照ASTM D37192000 进行测试，指数越高，耐沾污性越好。2 耐沾污FEVE 氟碳涂料的设计FEVE 氟碳涂膜的表面不可能保持绝对的平整，一旦上面有灰尘污物附着，如果没有被及时清除，那么后来的灰尘将从原来的涂膜/灰尘之间的附着转化为灰尘/灰尘之间的附着，由此越积越多［4］。增加涂料的交联密度、硬度，只能减缓污物的积累速度，使漆膜易清洗。要真正提高FEVE 氟碳涂料的耐沾污性能，就要改变FEVE 涂膜的表面特性，利用外来介质作用，使灰尘由底部直接从漆膜表面脱离，也就是我们所说的具有自清洁的功能［5］。2 1 耐沾污FEVE 氟碳涂料的设计思路( 见图1)2 2 空气中污染物种类空气中的污染物，按形态可分为气态污染物和粒子状污染物。其中最容易对建筑物造成污渍的是粒子状污染物，粒子状污染物数量大、成分复杂，它本身可以是有毒物质或是其他污染物的运载体。其主要来源于煤及其他燃料的不完全燃烧而排出的煤烟、工业生产过程中产生的粉尘、建筑和交通扬尘、风的扬尘等，以及气态污染物经过物理化学反应形成的盐类颗粒物，按粒径大小分为飘尘和扬尘。2 3 亲水助剂的选择耐沾污FEVE 氟碳涂料，应用的是亲水表面耐沾污的原理，即配方中选用了特殊的亲水助剂，施工以后能在较短的时间内使涂膜表面亲水化并长期保持，沉降在涂膜表面的砂土等亲水性污染物就很容易被雨水冲走，而亲油性污染物由于在亲水化表面无法很好地吸附，一旦受到雨水冲刷，也很容易从涂膜表面被清除，这样，就起到了利用雨水这一天然资源进行自我清洁的作用，使被涂物长期保持整洁美观的状态。从理论上讲，如果涂膜的水接触角低于90，就能形成亲水性表面，可以被雨水润湿，接触角越小则润湿度越好，耐沾污的能力也越强。选择合适的亲水助剂是保证涂料具有良好的耐沾污能力的关键。理想的亲水助剂必须具有以下特征:( 1) 能够迅速分布在涂膜表面;( 2) 能在雨水作用下使漆膜产生亲水表面，亲水反应速度快。亲水助剂与所使用的涂料体系要有合适的相容性。如果相容性太好，亲水助剂将均匀分布在整个涂膜中，不能迅速上浮到表面使其亲水化，因此就起不到耐沾污的效果; 如果相容性太差，则涂膜会产生缩孔、雾影等漆膜弊病，物理性能也会因此而下降。亲水助剂在配方中的加入量也要严格控制，过多或过少都会影响漆膜最终的物理化学性能及耐沾污能力［6］。亲水助剂在FEVE 涂料中的作用过程如图2 所示。在配方设计时，本文先通过FEVE 氟碳树脂和亲水助剂的相容性测试，筛选出3 种合适的亲水剂，然后再将这3 种亲水剂分别加入用FEVE 氟碳树脂制成的清漆中，等涂膜干燥后浸泡在去离子水中使其加速亲水化，测试涂膜表面的水接触角，考察亲水助剂的亲水效果，结果如表2 所示。从表2 可以看出，3亲水剂在清漆中的表现最佳，所以将3 号亲水剂确定为耐沾污FEVE 氟碳涂料产品的亲水助剂。在上述实验基础上配制色漆并制备涂膜样板，经户外长期曝晒实验，考察配方实际的亲水自洁效果，从结果看，涂膜亲水化速度快、亲水程度高，自清洁效果明显。用上海中晨数字设备有限公司生产的JC2000 接触角测量仪对普通FEVE 氟碳涂膜和耐沾污FEVE 氟碳涂膜进行接触角测试，测试方法按照ASTM D74902008，结果如图3 所示。用美国Q － PANEL 公司的QUV/SPRAY 加速耐候实验机进行测试，测试方法按照ASTM G531993，保光性和耐候性数据如图4、图5 所示。3 耐沾污FEVE 氟碳涂料生产工艺本文所研制的耐沾污氟碳涂料的生产工艺是投料前炼预混合排出投入调和料调色调整并中控检测成品检测合格入库。4 耐沾污FEVE 涂料性能耐沾污FEVE 涂料性能如表3 所示。5 耐沾污FEVE 氟碳涂料的耐沾污性能5 1 耐沾污指数的测定评价漆膜的耐沾污性，主要参考ASTM D37192000，以对比耐沾污指数来评价漆膜的耐沾污性能。按照标准制备样板，养护7 d 后测定其L1值( 测3 点取算术平均值) ，将样板正面向上45角在户外放置61 d，取下样板测量其L2值( 测3 点取算术平均值) ，按式( 1) 计算样板的耐沾污指数。试验时的天气环境见图6，耐沾污测试结果如表4 所示。5 2 天然曝晒方法测试耐沾污FEVE 氟碳涂料耐沾污性能在户外对常规FEVE 氟碳样板与耐沾污FEVE 氟碳涂料样板进行曝晒实验，对比两者的耐沾污能力见图7、图8。从图7 可以看出，( a) 耐沾污FEVE 氟碳涂料表面亲水程度高，雨水呈水帘状流下，涂膜耐沾污性好; ( b) 常规FEVE 氟碳涂料表面亲水程度低，雨水呈水珠状，无法很好地清洁涂膜表面。从图8 可以看出，耐沾污FEVE 氟碳涂料( 左) 耐沾污效果明显好于常规FEVE 氟碳涂料( 右) 。6 结语耐沾污氟碳涂料耐候性好，耐沾污性优秀，在日本已经有大量的大型工程案例，如，著名的来岛海峡大桥、舞州跨海大桥、多多罗大桥、舞鹤由良川大桥等大型桥梁。目前中国涂料市场相关氟碳涂料产品还鲜有应用，但是，耐沾污FEVE 氟碳涂料能使建筑物长期保持整洁、干净的外观，延缓腐蚀，降低清洁维护费用。其必将被市场所接受，获得更加广阔的应用前景。