提高FEVE氟碳涂料常温固化层耐粘污性方法的比较

data-full-width-responsive="true"> 提高FEVE氟碳涂料常温固化层耐粘污性方法的比较李运德1, 2, 左 禹1, 徐永祥2, 杨振波2( 1 北京化工大学材料科学与工程学院, 北京 100029; 2 北京航空材料研究院, 北京 100095)0 前 言FEVE氟碳涂料常温固化层以其优异的耐候性、防腐蚀性和耐久性广泛应用于桥梁、大型建筑等领域 , 但其抗粘污性和装饰性较差。这是因为虽然FEVE氟碳涂料含有氟单体, 表面能有所降低, 其涂层表面与水接触角仅为80b~ 90b, 反而更容易被污物污染 。提高涂层体系耐粘污性的主要方法有3种 :增加涂层表面亲水性, 使漆膜具有自清洁功能; 降低涂层表面能, 使污物难以附着; 涂料中加入光触媒剂, 分解有机污染物, 并通过表面微粉化产生自清洁作用。本工作研究了3种改善FEVE 氟碳涂料常温固化层抗粘污性的方法。1 试 验1 1 主要原料GK-570氟碳树脂, 大金氟涂料(上海)有限公司产; 3390固化剂, 德国拜尔公司产; 钛白粉R960, 美国杜邦公司产; 光催化剂T iO2, 苏哈利本公司产; 防涂鸦助剂TEGO Protect 5001(羟基丙烯酸酯改性有机硅) ,德固萨公司产; 亲水化剂(氟烷基化硅氧烷) 的结构为S i- O - Rf。 将S ilicate的S i-O-R 中R( A lky l)的一部分改性为R f( Fluoro alky l)。1 2 涂料配制及配方将10 g醋酸丁酯溶剂, 0 3 g BYK-066N 消泡剂,0 6 g BYK-2050分散剂, 69 g GK-570 氟碳树脂, 19 g钛白粉混合搅拌均匀, 研磨至细度20um, 得组分A。组分B 为3390固化剂。A /B= 100 /10。试验配方有4种: 1号为组分A, 空白样; 2号, 组分A 添加2%亲水化剂; 3 号, 添加3%防涂鸦助剂; 4号,添加5% T iO2光催化剂。1 3 涂膜制备涂层体系: 环氧富锌底漆( 2道x 40um ) + 环氧云铁中间漆( 2道x 50um ) + 丙烯酸聚氨酯面漆( 1道x35um ) + FEVE 氟碳面漆( 1道x 30um)。在150um x 70um 钢板上制备漆膜: 首先将钢板打磨至St3级, 钢板边角进行结构预处理; 然后按涂层配套进行涂装, 每道漆间隔16~ 24 h。2 结果与讨论2 1 涂膜耐候性采用GB 1865氙灯进行人工加速老化试验, 漆膜保光率随时间的变化见图1。在北京地区进行户外大气曝晒试验, 漆膜保光率随时间的变化见表1。从图1和表1可以看出, 1~ 3 号试样具有优异的耐候性能, 涂膜变化很小, 耐候性的顺序为2号 1号3号。这是由于GK-570氟碳树脂为四氟乙烯-乙烯基醚共聚物, C) F键的高键能和氟单体与乙烯基醚单体的交替共聚特性, 维持了FEVE 氟碳涂料优异的耐候性能。2号中加入的亲水化剂, 在成膜过程中很快迁移到漆膜表面, 并形成- Si- O - S i- 陶瓷层, 比FEVE氟碳主体的耐候性更强。3号试样中的防涂鸦助剂, 在成膜过程中迁移至漆膜表面, 也维持了较高的耐候性。4号试样的耐候性较差, 人工加速老化1 000 h, 自然曝晒1 a, 漆膜就明显失光, 并出现严重的粉化现象。这是由于涂料中加入的光催化剂T iO2, 在阳光照射下很容易粉化, 并且光催化剂对有机物的分解具有很强的催化作用, 即使耐老化性很强的FEVE 氟碳涂料也会遭受光催化剂的严重破坏。2 2 涂膜防蚀性表面亲水性FEVE氟碳涂层用作长效防腐蚀涂层体系, 除了应具有优异的耐紫外线性能外, 还应具有优异的防腐蚀性能。为此, 按照GB /T 1771比较了3种配方体系的耐盐雾性能, 按照GB /T 13893比较了它们的耐湿热性能。3种涂层体系经过2 000 h耐盐雾试验、1 000 h湿热试验后, 均未出现起泡、剥落、生锈和开裂现象。ISO12944- 6规定了最苛刻C5腐蚀环境下中长寿命防腐蚀涂层体系( 15 a以上) 的性能: 耐盐雾1 440 h; 耐湿热720 h。这说明表面亲水化涂层可以用作苛刻腐蚀环境下的长寿命防腐蚀面层。FEVE 氟碳涂料与环氧中间漆之间具有优异的结合力, 并且涂层吸水性低、结构致密, 具有优异的防腐性蚀能。氟化硅氧烷亲水化剂具有很强的表面迁移性, 迁移至表面后水解产生硅羟基基团, 使漆膜表面具有亲水性, 但漆膜主体是亲油的。因此, 对漆膜的耐湿热、耐盐雾性能影响不大。2 3 涂膜与水的接触角和抗粘污性漆膜表面与水的接触角见表2。观察大气曝晒试样的耐粘污性发现: 30 d时FEVE 氟碳涂料漆膜表面与水接触角虽然比一般有机涂层有所提高, 但仅达到85 3b;3号试样的接触角有所提高, 也只达到98 3b, 远达不到类似荷叶效应的防污染效果, 而且随着时间的延长, 1号、3号试样漆膜与水的接触角降低, 耐粘污性进一步下降。2号试样涂膜在形成过程中有很强的向表面迁移富集的能力, 富集到表面的硅氧烷在空气中水分的作用下,快速水解形成- Si- OH, 从而赋予漆膜表面亲水性, 随着时间的推移, 亲水性增强, 自洁性进一步提高。将3%亲水化剂加入FEVE 氟碳清漆中, 涂膜厚为30um, 室温下放置21 d后, 采用XPS测试的漆膜表面元素含量见表3。可见, 氟化硅氧烷亲水化剂明显向漆膜表面富集。3号试样随曝晒时间的延长, 漆膜表面与水的接触角迅速下降, 而耐粘污性却有所提高, 原因有2 个方面: 光催化剂分解油性污染物; 漆膜表面的粉化在雨水冲刷下具有自洁性。但是, 采用光催化剂来提高涂层的耐粘污性, 将使漆膜的耐候性能大大降低, 这不是理想的手段。3 结 论提高FEVE氟碳涂膜耐粘污性的3 种方法各有利弊: 采用氟化硅氧烷亲水化剂明显降低了漆膜表面与水的接触角, 漆膜表面具有强的自洁性, 同时在漆膜表面富集的- S i- O -陶瓷薄层, 赋予涂层优异的耐候性能; 采用改性有机硅防涂鸦助剂, 漆膜表面能有所降低, 改善了漆膜的抗粘污性, 但随着曝晒时间的延长,漆膜表面能提高, 耐粘污性下降; 光催化剂T iO2通过光催化作用和微粉化作用, 使涂膜具有很好的自洁性和抗粘污性, 但是它在分解污染物的同时, 也分解了FEVE 树脂, 使FEVE 氟碳涂膜的耐候性严重恶化。因此, 选用能在FEVE 氟碳涂膜表面快速富集, 并迅速形成亲水基团的亲水化剂是改善FEVE 氟碳涂料常温固化层耐粘污性最有效的方法。