三种常温固化氟碳涂料性能的对比研究吸盘

三种常温固化氟碳涂料性能的对比研究

三种常温固化氟碳涂料性能的对比研究

陆文明 王李军 张荣伟 周如东 陆梦南

（中海油常州涂料化工研究院， 213016 ）

摘 要 ：采用 3 种氟碳树脂为成膜物质，添加颜填料以及其他助剂，制备氟碳涂料。通过老化试验中各个时段的红外谱图来分析 3 种氟碳树脂的分子结构对涂层老化性能的影响。

关键词 ：氟碳树脂；常温固化；氟碳涂料；人工老化试验

0 引言

氟碳涂层具有突出的耐候性、耐腐蚀性和耐化学品性okmart.com。氟化合物的低表面能使其难于被液体或固体浸润或黏着，所以氟碳涂料同时具有较好的耐水性、耐油性和耐沾污性。纯氟单体聚合的氟树脂，虽然性能优异，但需要高温烘烤，限制了其在市场上的应用。 1982 年，日本旭硝子公司开发出商品名为 Lumiflon 的三氟氯乙烯 / 乙烯基醚共聚物（简称 FEVE 共聚物），系溶剂可溶可室温固化涂料用氟树脂。日本大金公司也成功开发了四氟乙烯 / 乙烯基醚的共聚物。我国也相继开发出常温可交联的氟树脂，主要是三氟乙烯类单体与乙烯基酯单体的共聚物，也有三氟氯乙烯 / 乙烯基醚的共聚物，但前者具有成本上的优势，应用也比较广泛。本实验选择了 3 种氟树脂，主要是三氟乙烯类单体与乙烯基酯单体的共聚物，通过对氟涂料的性能对比，初步探讨了 3 种类型氟树脂的性能。

1 实验部分

1.1 原材料与设备

进口氟树脂 A ，国外某厂家；进口氟树脂 B ，国外某厂家；国产氟树脂 C ，国内某厂家；固化剂 N3390 ：拜耳公司；钛白粉 R-960 ：杜邦公司；分散剂 Solsperse32500 ：路博润公司；流平剂 EFKA-3777 ：埃夫卡助剂公司；二月桂酸二丁基锡：北京化工三厂；醋酸丁酯：上海化学试剂有限公司。 Phoenix- Ⅲ砂磨分散机； QGS 干燥时间试验器；划格器；漆膜冲击试验器；漆膜弹性试验器； PPH-1 型铅笔硬度计； KGZ-IB 光泽度仪； Ci 5000 人工气候老化试验机（氙灯）； Nicolet 6700 傅里叶变换红外光谱仪； Q 100 差示扫描量热仪。

1.2 试样的制备

按颜料与基料比（钛白∶氟碳树脂） 1.5 拟定研磨配方，分散助剂占颜料量的 5% ，加入溶剂，控制体系黏度在 1 000~1 500 mPa · s 。在砂磨机上研磨至细度达 20 μ m 以下。在体系中添加流平助剂和催干剂，搅拌均匀后作为色漆组分。将色漆组分与固化剂（ N3390 ）按照 -NCO ∶ -OH=1.1 ∶ 1 的比例混合均匀，喷涂于带环氧底漆的铝合金板以及马口铁板上（喷枪压力为 0.4~0.6 MPa ，喷嘴与工件距离 30 cm ）， 23 ℃ 恒温放置 7 d 后进行性能检验。

1.3 性能测试

1.3.1 常规性能测试

按照以下依据进行常规性能检验：干燥时间采用 GB/T 1728 — 79 （ 89 ）；附着力采用 GB/T 9286 — 1988 ；耐冲击性采用 GB/T 1732 — 93 ；柔韧性采用 GB/T1731 — 93 ；铅笔硬度采用 GB/T 6739 — 1996 ；耐水性采用 GB/T 5209 — 85 ；耐油性采用 HG/T 3343 — 1985 ； __ 耐酸性、耐碱性采用 GB/T 9274 — 1988 。

1.3.2 人工老化性能测试

人工老化采用 GB/T 1865 — 1997 人工气候老化和人工辐射曝露（滤过的氙弧辐射）的方法。

2 结果与讨论

2.1 常规性能的对比

2.1.1 树脂物理性能对比

3 种氟树脂的固含量、数均相对分子质量 M n 、玻璃化转变温度 T g 、羟值和酸值的数据见表 1 。

表 1 氟树脂物理性质

从表 1 可以看出： 3 种氟树脂的数均相对分子质量在同一数量级； A 树脂的羟值最低， B 树脂与 C 树脂的羟值相近，纯树脂的玻璃化转变温度， B 树脂最低，而 A 树脂与 C 树脂相近。

2.1.2 氟树脂白漆的性能对比

制备以上 3 种氟树脂白漆，并进行常规性能检验，结果见表 2 。

表 2 氟树脂白漆常规性能

3 种氟树脂中， B 树脂的相对分子质量最低，树脂的黏度也较低。适中的黏度对颜料分散，以及喷涂施工等有一定影响。 B 树脂的玻璃化温度最低， A 树脂和 C 树脂的玻璃化温度稍高些。当这 3 种氟树脂和 N3390 固化剂按 -NCO ∶ -OH=1.1 ∶ 1 的比例制成漆膜后，漆膜的 T g 如下： A 树脂 /N3390 体系： 45.09 ℃ ； B 树脂 /N3390 体系： 45.85 ℃ ； C 树脂 /N3390 体系： 53.78 ℃ 。从制成漆膜的 T g 数据来看， C 树脂的漆膜硬度好于其他两种树脂，铅笔硬度的测试结果也证明了这一点。 3 种树脂中，羟值较高的树脂体系的交联密度较大，耐介质性能好。 B 树脂和 C 树脂的羟值高于 A 树脂，这两种树脂的色漆漆膜的耐介质性能（润滑油、液压油）好于 A 树脂。

2.2 含氟白漆的人工老化试验结果

氟树脂最大的优势在于户外耐久性好。对 3 种白漆进行人工老化试验（ 7 600 h ），其光泽数据见图 1 ，Δ E 数据见图 2 。

图 1 3 种氟树脂白漆人工老化试验光泽数据图

从图 1 可以看出：在漆膜的保光性上， A 树脂较好，到 5 000 h 时，失光仍为 1 级。 B 树脂居中，在 3 600 h 时失光 1 级，而 C 树脂要差些。

图 2 3 种氟树脂白漆人工老化试验Δ E 数据图

从图 2 可以看出： 3 种氟树脂白漆在 3 000 h 以内的色差数据较接近。此后， B 树脂白漆的色差明显大于其他两种树脂，但在 6 500 h 以后，其色差又开始变小，估计与其主链的四氟乙烯基团有关。 A 树脂与 C 树脂白漆的色差数据则比较相似，估计与漆膜中的主链结构都含有三氟氯乙烯有关。

2.3 人工老化试验中漆膜的红外分析

通过红外谱图来分析老化试验中漆膜的变化，每隔 1 000 h 取样进行分析，结果见图 3 。

从图 3 可以看出： A 树脂白漆和 B 树脂白漆老化试验中的红外谱图基本上没有变化，而 C 树脂白漆在 2 946 cm -1 处的峰逐渐变小，在这个区域位置大致是一个 -CH 2 - 的吸收峰，这表明分子结构中的官能团有一些变化。说明 C 树脂的耐久性比另外两种树脂差，这一点从漆膜外观的变化上也得到了印证。

图 3 3 种氟树脂白漆老化试验中的红外谱图

2.4 人工老化试验中漆膜的玻璃化转变温度分析 一般而言，漆膜在户外使用一段时间后，由于自然环境中光、水汽等的影响，漆膜的交联结构会破坏，严重时，漆膜会变脆、开裂，失去防护效果。采用差式扫描，对漆膜人工老化过程中的玻璃化转变温度进行测试，漆膜的取样时间间隔为 1 000 h ，结果见表 3 。

从表 3 可以看出：经过 7 000 h 人工老化后，漆膜的玻璃化转变温度基本上没有大的变化。 B 树脂白漆的表现更为稳定。从以上人工老化试验数据来看， A 树脂白漆、 B 树脂白漆和国产的 C 树脂白漆之间是有差别的，这主要是因为氟树脂的分子结构不同造成的，见表 4 。

表 3 3 种氟树脂白漆玻璃化转变温度 T g 的对比 ℃

表 4 3 种氟树脂含氟单体以及共聚单体

由于氟原子的电负性大，带有较多的负电荷，相邻的氟原子彼此相斥，使聚合物分子主链上连接的氟原子充分延展，分子主链成螺旋形构象。这种螺旋形构象的分子结构表面有较多的氟原子，高键能的 C-F 键将低键能的 C-C 键完全保护起来，故难以受氧化侵袭，从而提高了涂膜的耐化学品性和耐老化性。交替结构的规整度将对氟树脂的性能有较大影响。从实际数据上看，国产的 C 树脂由于共聚单体选择以及合成工艺的影响，结构的规整度不及其他两种树脂。

3 结语

（ 1 ） 从人工老化的数据来看， A 树脂白漆、 B 树脂白漆的耐久性要优于国产的 C 树脂白漆。（ 2 ） 氟涂料在 7 000 h 的人工老化试验中，交联漆膜的玻璃化温度基本上没有变化。（ 3 ） 氟涂料的性能与其分子结构有较大关系，规整的交替共聚结构有助于提高氟涂料的耐久性。

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