水性含氟耐候防锈涂料的制备及应用

data-full-width-responsive="true"> 0 引言近年来，随着科技发展和人们环保意识的增强，以及法规的日趋严格，涂料工业朝着经济、效能、生态和能源方向发展。开发既环保又性能优异的水性防锈乳液成为开发防锈涂料的重中之重。含氟聚合物具有很多特殊性能，如：热稳定性、化学稳定性、耐候性、不黏性、耐化学腐蚀性、阻水阻油性等。将氟单体有效地引入到聚合物膜表面，以减少价格昂贵的含氟单体的用量并降低成本，已成为学者们研究的热点。磷酸酯类单体以其优异的防锈性能也受到越来越多的关注。将含氟丙烯酸酯单体与磷酸酯类单体配用，可以优势互补，制备出性能优异的水性耐候防锈乳液。本文以磷酸酯单体（PAM-100）为功能单体，采用核壳乳液聚合方法制备了低含氟量、高耐候、耐盐雾的含氟丙烯酸酯聚合物乳液。研究了含氟单体用量、乳液聚合工艺、交联单体比例对乳液合成体系的影响。并用此乳液制备了耐候性、防锈性优异的水性涂料。1 实验部分11 原材料甲基丙烯酸十二氟庚酯（G-04），试剂级；磷酸酯单体（PAM-100），试剂级；丙烯酸丁酯（BA），工业级；甲基丙烯酸甲酯（MMA），工业级；丙烯酰胺（AM），工业级；羟甲基丙烯酰胺（NMA），工业级；DNS-1035（乳化剂），工业级；COPS-1（烯丙氧基羟丙磺酸钠），工业级；过硫酸铵，试剂级；碳酸氢钠，试剂级。12 乳液合成将含氟单体G04、PAM-100、MMA、BA、AM、NMA、乳化剂、引发剂及去离子水加入四口烧瓶中，在室温下搅拌05 h，制得预乳液。在另一反应瓶中，加入适量的水、乳化剂，升温到80~84℃，加入剩余引发剂的水溶液，搅拌约10 min后，在2~4 h 内滴加上述制备的预乳液，05 h 滴完后，再补加剩余引发剂和 pH 值缓冲剂的混合液，05 h 滴完后，保温反应15 h，降温，出料。13 水性含氟耐候防锈漆的制备水性含氟耐候防锈漆的配方见表1。首先将配方量的水、润湿剂、分散剂、消泡剂、颜填料等置于砂磨机中，研磨至细度合格，制得颜料浆；再将上述制得的乳液、pH 调节剂、消泡剂、流平剂、基材润湿剂、防闪锈剂、成膜助剂、增稠剂等依次加入颜料浆中，搅拌均匀，出料。施工黏度：20~30 s；烘烤温度：80~100℃；烘烤时间：30 min。2结果与讨论含氟单体及磷酸酯单体的加入既能提高乳液的防锈性，又能满足保光保色性和耐候性的要求，涂膜兼具含氟聚合物和丙烯酸酯聚合物乳液的性能特点，具有良好的耐候性、耐化学品性、耐水性、柔韧性、耐久性，耐盐雾性能超过200 h。水性含氟耐候防锈乳液的主要技术指标见表2。表2 水性含氟耐候防锈乳液的主要技术指标21 含氟单体用量的影响含氟单体用量越大，防锈性能越好。但鉴于成本考虑，其用量占单体总量的5% 已有很好的耐候性及耐盐雾性，耐盐雾指标可达200 h，耐紫外光指标高达2 000 h。22 乳化剂的选择乳化剂在乳液聚合体系中通过双电层和吸附保护层形成聚合物的稳定分散体系，从而达到乳液的稳定。阴离子乳化剂通过双电层使乳液稳定，其稳定性较好，但缺点是对电解质较敏感，造成电解质稳定性降低，再加上其离子性质，容易迁移至表面，使得漆膜的耐水性降低。非离子乳化剂的特性与其相反，通过吸附保护层使乳液稳定。它对电解质的化学稳定性好，但聚合速度慢。两者拼用，可使两者乳化剂分子交替吸附在乳胶粒子表面，降低同一胶粒上离子间的静电斥力，增强乳化剂在胶粒上的吸附牢度，降低乳胶粒子表面的电荷密度，使带负电的自由基更易进入粒子中，提高乳液聚合速率。反应型乳化剂以共价键方式结合在粒子表面，与高分子链以共价键结合而不是靠物理吸附结合。在这种条件下，乳化剂不可能出现解析，因此使聚合物粒子凝聚过程中受到静电斥力和更大的空间阻碍作用，改善了胶乳的稳定性。除此之外，以共价键结合的乳化剂分子不会迁移，聚合物的耐水性也得到提高。同时，反应型乳化剂的使用也能提高乳液的固含量。在本实验中，采用阴-非离子型乳化剂DNS-1035和反应型乳化剂COPS-1 的复合体系，经试验确定两者比例为2∶1。乳化剂用量对聚合体系及涂膜性能有较大影响。随乳化剂用量的增加，乳液粒径减小。当乳化剂用量高于一定范围后，体系黏度增长较快，耐水性开始下降。乳化剂用量过高时，聚合体系由于黏度太大，而成一团胶状物，反应稳定性变差。将所得乳液放置在50℃烘箱中进行乳液的加速贮存稳定性试验时，采用过高或过低乳化剂用量的乳液均发生分层。兼顾乳液性能和反应稳定性2 个方面，确定乳化剂用量为单体总量的22％左右。23 磷酸酯单体（PAM-100）用量的影响PAM-100 用量及配比对乳液的稳定性以及耐盐雾性有较大影响。本体系用丙烯酰胺和羟甲基丙烯酰胺作交联体系，单体用量不同，制得乳液的涂膜硬度及耐盐雾性差别较大。PAM-100 的最佳用量为3%。