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本文针对纯氟碳粉末涂料在附着力，颜料润湿差的缺陷，从降低成本和推广应用的角度出发，采用氟碳树脂体系和聚酯树脂体系的复合方式，优选无极陶瓷颜料，研制出一种性价比高的氟碳-聚酯复合型超耐候粉末涂料。 0 引言 20世纪末，日本大金开发出氟烯烃-乙烯基醚为基体的热固性粉末氟涂料，并建成了工业化装置。1991年，新西兰ORICA粉末涂料公司首次开发出PVF3氟烯烃-乙烯基醚为基体的热固性氟树脂粉末涂料，其颜料分散性优，且100℃左右熔融，可用一般粉末涂装方法施，是第二代氟碳粉末涂料。 热固性氟碳粉末涂料和其他普通粉末涂料（如环氧、聚酯等）相比，熔融温度、烘烤温度、涂装工艺相似，但是性能（如耐化学、耐候性）却是普通环氧、聚酯树脂粉末涂料的数倍。据资料介绍，其加速耐候性试验300h，光泽保持率为82%~90%，几乎没有发生老化；盐雾试验4000h不变，耐久性可望达30a以上，远超现有耐候性粉末涂料。 然而纯氟碳体系粉末涂料在附着力、颜填料润湿性等方面的先天不足，加上其高昂的材料成本，使得纯氟碳体系的粉末涂料在市场应用推广上进展缓慢。本文针对纯氟碳体系的弊端、以及从降低成本的角度出发，采取氟碳体系和聚酯体系复合的方式来研究一种性价比更高的超耐候粉末涂料。 1 试验部分 1.1 配方原材料 氟碳-聚酯复合型超耐候粉末涂料基础配方如表1所示。 1.2 试验设备 试验设备：电子天平、挤出机、磨粉机、静电喷枪、烘箱、盐雾试验箱、测厚仪、人工加工老化试验箱、冲击仪等。 1.3 试验方法 配方称量原材料，混合均匀，用双螺杆挤出机挤出，破碎后，用高速粉碎机粉碎，过180目标准筛，所得的粉末涂料采用静电喷涂，固化时间为200℃/15min，然后进行各项测试。 2 结果与讨论 氟碳涂料具有超耐候性能主要有以下2个原因：对于在户外使用的有机高分子聚合物，当其吸收了一个能量大于其化学键键能的光子时，便可以造成断键，从而使化合物遭到破坏。C-F键键长为0.135nm，相应的共价键能为543.6KJ/mol，该键能已接近紫外光中能量最大的光波（200nm），相当于220nm光子的能量，而大于220nm的光在全部紫外光中所占比例又很小，在可见光到紫外光范围内能造成C-F键破坏的可能性极小，亦即难以降解氟碳高聚物；除了上述的是将氟原子引入到聚合物中之外，高键能的C-F键则把低键能的C-C键完全保护起来，这就使得FEVE氟碳树脂高耐候性和高耐化学药品性。 从原理上来看，氟碳树脂和聚酯树脂复合的比例是影响其耐候性能的关键，选择合适的复合比例，使氟碳体系和聚酯体系的互补互优，既能改善氟碳体系的润湿性能，提高附着力，改善其机械性能，又能弥补纯聚酯体系的耐候性能。 2.1 氟碳树脂的选择 作为本文重点的研究内容氟碳-聚酯复合体系耐候性的主要有氟碳树脂、异氰酸酯固化体系以及颜填料的种类及配比所决定。但是考虑到研发开发周期较短，而对于氟碳的耐老化及盐雾性能的测试周期非常的长，一次完整的盐雾试验需要5-6个月的时间。因此，通过测试涂膜的长期性能然后根据测试结果反馈到配方设计上的研究方法是不现实的。 与其它涂料相比，氟碳涂料除了耐候性能十分优异之外，其耐化学性使常规涂料无法比拟的；而且氟碳树脂具备以上两个方面优秀性能的原因都是来源于氟碳键高健能和屏蔽效应，从而我们认为氟碳耐候性能与耐化学性是互相对应的。因此，通过对不同种类氟碳树脂与异氰酸酯固化涂膜的耐碱性能作对比，以此筛选出预期耐候性能较佳的成膜体系。 2#与5#实验对比了两种氟碳树脂的性能，两种树脂的技术参数十分接近相当，得到的结果却有一定差别。原因可能在氟碳树脂的分子结构中主链上F原子与其他基团原子不是呈ABAB规整排列或者但F原子不是连接在C-C主链上，F原子在分子中不能对C-C链起“屏蔽作用”，使得所配置的涂料耐碱性能也有所下降。通过以上对比，选定了耐碱性能更好的氟碳树脂1。 试验1#-4#主要比较了三种类型的异氰酸酯固化剂，配方1#选用了六亚甲基异氰酸酯（HDI）。试验结果显示其冲击性能较为优异，但耐碱性能在4组配方中最差。配方2#使用了己内酰胺封端的二聚体异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），其无论冲击性能还是耐碱性能都是对比试验中最优的。配方3#、4#都采用了三聚体IPDI，考虑到其自封闭结构，配方4#中加入了有机锡类催化剂（DBTL），两个配方得到了相仿的性能，总体性能一般。与外封闭型IPDI相比，内封闭型的IPDI由于是三聚体，软化点较高，并与氟碳树脂有较大差距。前面已讨论了解决氟碳体系相容性的重要性，两者软化点差别较大必然导致相容性减弱，从而影响涂层性能。这也可以理解，加入催化剂后，涂层性能并无提高的现象。 综合所述，选取了相容性及耐化学性较好的外封闭型IPDI为氟碳体系的固化剂。 2.2 氟碳树脂与聚酯的不同比例的选择 氟碳树脂的润湿性能极差，样板成膜效果不好，一般来说，认为这是树脂的黏度太大导致的。然而，以旋转黏度计测量得到的氟碳树脂的黏度值较小，仅为常用聚酯树脂黏度的一半。究其原因，氟碳树脂的润湿性能差是其本身结构所决定的。 由于氟碳树脂的弱极性，对于其他组分的润湿性较差。这样，一方面树脂不能与固化剂很好地结合，另一方面成膜物质不能对颜填料很好地包裹，从而导致涂膜机械及耐候性能大幅下降。虽然，树脂合成时一般引入羧基，以提高树脂对颜料的润湿性，但过量的羧基会降低涂膜的交联程度。 因此，通过氟碳树脂体系和聚酯树脂体系的复合，来改善纯氟碳体系存在的润湿性差的问题成为一个优选的思路。而氟碳树脂体系和聚酯树脂体系的配比是复合成功与否的关键。 下面探讨不同的氟碳树脂和聚酯树脂的复合配比情况下，涂层的各种机械性能的情况，以及不同配比对涂层人工加速老化的影响，从而筛选出合适的氟碳树脂和聚酯树脂的复合比例，制备氟碳-聚酯复合型超耐候粉末涂料。 从表3实验数据不难看出，聚酯树脂的加入显著的改善了纯氟碳体系在附着力上的缺陷以及其机械性能。同时氟碳树脂的加入，显著的提高了聚酯体系的耐候性能以及耐碱性能。在氟碳-聚酯复合体系中，随着氟碳/聚酯的比例的变化，其耐候性能在一定的范围内和氟碳的占比呈正比，当氟碳的占比增加到一定的限度时，其耐候性能的不再提高。在复合体系中，氟碳/聚酯的复合比例在1:1时，其耐候性能是较佳。 2.3 颜料的影响 由于氟碳体系润湿性能差，对于颜料的选择显得十分苛刻，首要条件是吸油量不能太大，其次对颜料利径也有一定要求。同时在粉末涂料领域里，通常深色系列的涂层其耐老化性能和浅色系列相差较大，这与颜料的选择有很大的关系。故研究超耐候的粉末涂料，颜料的影响是必须考虑在内。 表4的实验结果表明，在同等的条件下，无机陶瓷颜料的保光和保色明显优于普通的无机颜料和有机颜料以及铝颜料。无机陶瓷颜料不会因日光、化学物质和热侵袭而受到影响。他们与氟碳-聚酯复合体系的相容性也比较好，她们极大的惰性防止其从涂层中发生迁移。因此，在氟碳-聚酯复合体系中，颜料的选择首选无机陶瓷颜料。 2.4 涂装条件的影响 氟碳-聚酯复合型粉末涂料对于板材前处理的要求较高，一般用于铝材喷涂。施工前必须确保铝板清洗干净并作钝化处理。氟碳粉末涂料喷涂工艺与一般粉末涂料类似，可采用静电喷涂的方式，喷涂厚度控制在50-70um，在200℃/15min烘烤固化即可。 3 结语 与其他涂料相比，氟碳涂料除了耐候性能十分优异之外，其耐化学性也是常规涂料无法比拟的；而且氟碳树脂具备以上两个方面优秀性能的原因都是源于氟碳键高健能和屏蔽效应，从而我们认为氟碳耐候性能与耐化学性是互相对应的。同时，聚酯树脂体系的引入，解决了纯氟碳体系存在的润湿性缺陷，提高涂层的机械性能。通过上述研究发现：采氟碳树脂体系和聚酯树脂体系复合的方式，既能克服纯氟碳体系在附着力和颜料润湿的先天不足，又能提高春聚酯体系的耐候性能，制备出一种性价比高的超耐候粉末涂料。同时通过颜料的筛选研究，优化配方，选用无机陶瓷颜料为氟碳-聚酯复合体系的颜料，提高其耐候性能。 |
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