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水性高光泽耐候含氟树脂的制备及其性能

来源:大金氟化工(中国)有限公司上海 作者:曽鑫,南晋一,朱文旭 时间:2019-10-04 点击:
导读:采用常规溶剂聚合水分散法,通过对聚合物中羧基含量的探讨,制备了一种粒径可控的高光泽耐候水性含氟树脂,该树脂不含溶剂,稳定性好。含氟链段的引入极大地提高了树脂涂膜的水、油接触角,水接触角>105°,油接触角>40°。同时涂膜耐溶剂擦拭性好,MEK(甲乙
0 引言
随着技术的进步,市场对涂料的性能要求不断提高。最常见的要求是增加复合功能和提高持久性。如户外涂料,除一般装饰等功能要求外,长期的户外暴晒,漆膜容易被紫外光破坏造成功能损失甚至直接粉化丧失功能,这就要求户外涂料用树脂还需具备较好的耐候性。例如汽车车身、动车、高铁车身,需要较好的光泽保持率和较小的色差变化;大型桥梁、设备,需要树脂能长时间耐紫外光老化,从而避免漆膜防护能力变差而导致重涂。在一些耐候性要求较高的领域,如大型桥梁的重防腐方面,耐候性良好的氟碳树脂已被广泛使用。
氟碳树脂之所以耐候性好,主要是由于树脂中氟含量高,氟原子极化率小,同时氟原子起到高度屏蔽效果和空间位阻作用,使其共聚物具有比普通共聚物更高的化学惰性。氟碳树脂在耐候测试中,表现出了非常高的光泽保持率,但是涂膜起始光泽并不高,市售氟碳漆涂膜60° 光泽基本都在70~85。因此,在一些需要高光泽的用途中,如动车、高铁等,氟碳树脂较难达到要求。目前市售的耐候性较好的树脂主要是含有聚四氟乙烯或聚偏氟氯乙烯的溶剂型氟碳树脂,水性氟碳树脂还比较少且性能不及溶剂型树脂。
考虑到环保要求和涂料水性化的发展趋势,本研究通过对水性含氟树脂的聚合研究,开发了一款高光泽、耐候性好的水性含氟树脂。

1 试验部分
1.1 主要原料与试剂
丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸(MAA)、丁酮(MEK)、无水乙醇、二甲基乙醇胺(DMEA),化学纯,安耐吉;含氟( 甲基)丙烯酸酯,工业级,大金氟化工;紫外光吸收剂INUVIN 1130、TINUVIN 292,工业级,巴斯夫(BASF);紫外光吸收剂[email protected][email protected],工业级,台湾奇钛;去离子水,自制。
1.2 水性含氟聚合物的合成
先将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、含氟(甲基)丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸等单体混合均匀;再在反应烧瓶中加入计量的溶剂和部分混合单体,并对反应烧瓶内进行氮气置换,加热到80 ℃,加入1/3 引发剂,反应一段时间后,滴加剩余单体和1/3 引发剂;滴加完后补加剩余引发剂,继续保温一段时间。然后进行中和,加入纯水,在搅拌下于60 ℃蒸馏脱除溶剂,得到水性含氟分散树脂。
1.3 涂料的制备
涂料的基础配方如表1 所示。
涂料的基础配方
按表1 配方制备涂料,具体工艺如下:将组分A中的树脂、助剂等加入搅拌罐中,搅拌20 min 待用;再将B 组分中的固化剂用PMA 兑稀;然后将组分B分散至组分A 中,搅拌均匀后用400 目滤网过滤,制得涂料。
1.4 样板的制备
无底涂样板的制备:将配好的涂料样品直接喷涂在用无水乙醇清洁后的马口铁板上,控制涂层干膜厚度20~30 μm。常温放置10~15 min 后,再在室温干燥2 周或于80 ℃烘箱中烘烤30 min,常温放置1 周后进行性能测试。适用于附着力、光泽、硬度等基本物性的测试以及耐化学品测试。
有底涂样板的制备:先将氟碳白色漆作为底漆喷涂在用无水乙醇清洁后的马口铁板上,于80 ℃烘箱中烘烤30 min 后,再将配好的涂料样品直接喷涂在白色底漆上,控制涂层干膜厚度20~30 μm。常温放置10~15 min 后,再在室温干燥2 周或于80 ℃烘箱中烘烤30 min,常温放置1 周后进行性能测试。适用于罩光清漆的耐候性测试。
1.5 测试与表征
1.5.1 树脂贮存稳定性测试
取适量分散体样品于密封的透明玻璃样品瓶中,并于60 ℃烘箱中放置4 周,每周观察样品是否有沉淀、絮凝或凝胶等异常情况,如果没有,则贮存稳定性合格。
1.5.2 涂膜基本性能测试
涂膜光泽测试参照GB/T 9754—2007 ;涂膜硬度测试参照GB/T 6739—2006 ;涂膜附着力测试参照GB/T 9286—1998 ;涂膜色差测试参照GB/T 3181—2008。
1.5.3 涂膜耐化学品性测试
耐酸、碱性:将制备好的测试样板用松香石蜡封边后,浸入分别装有10% 硫酸溶液和10% 氢氧化钠溶液的容器中,让涂膜一半浸入,一半处于液面上方,放置24 h 后观察涂膜外观的变化。
耐溶剂擦拭性:将待测样板水平放置,用蘸有MEK 的棉布于测试涂膜上,用1 kg 力来回擦拭100 次。擦拭完成后观察涂膜外观的变化。
1.5.4 耐紫外光老化(QUVb)测试
按照TB/T 1527—2011 标准,采用Q-Lab 公司的UV-b 耐老化设备进行耐人工老化测试。光源波长313 nm,辐照度0.71 W/m2,光照和冷凝周期为4 h,不断循环,每间隔一段时间测试涂膜光泽、色差及外观变化。
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