聚偏氟乙烯涂料的研究

Vol.172004年3月功 能 高 分 子 学 报Journal of Functional Polymers No.1Mar.2004

聚偏氟乙烯涂料的研究

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殷 红X X

, 方 俊, 张启芳, 唐 凌, 王 俊

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(华东理工大学材料科学与工程学院,上海 200237)

摘 要: 用聚偏氟乙烯(PVDF)树脂制备了溶剂型氟碳涂料,筛选并优化了PVDF 涂料的溶剂组成。采用丙烯酸树脂对PVDF 进行改性,并研究颜填料钛白粉对涂膜性能的影响。结果表明,由甲苯、甲基异丁基酮、乙二醇乙醚乙酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯及邻苯二甲酸二甲酯组成的溶剂体系的涂料综合性能比较好,而丙烯酸树脂和钛白粉的加入明显地改善了PVDF 涂膜的性能。关键词: 聚偏氟乙烯;溶剂型涂料;丙烯酸树脂;钛白粉

中图分类号: TQ325.4 文献标识码: A 文章编号: 1008-9357(2004)01-0143-06

聚偏氟乙烯(PVDF)涂料是近年来开发的一种新型建筑用途料。PVDF 涂料经高温固化后能形成性能优良的保护涂层,其涂层具有耐候、耐沾污、保色、韧性好、耐磨、耐冲击、耐化学品腐蚀等优点,是一种理想的护面材料,被广泛应用于建筑外墙装饰,地铁、隧道、化工生产区等恶劣环境下金属材料的涂装[1]。由于早期的PVDF 涂料均采用异氟尔酮(isophorone)为主要溶剂,对环境造成污染,随着各国对环保的重视,无异氟尔酮混合溶剂体系已成为目前PVDF 涂料研究的热点[2]

。国外在上世纪60年代就开

始对PVDF 涂料进行了研究

[3,4]

,主要集中于溶剂体系的调配和对P VDF 树脂的改性。但由于对技术的

垄断,相关的文献报道甚少。国内在这方面的研究起步较晚,目前所用的PVDF 涂料几乎都为进口商

品,在有机氟涂料研究领域与国外先进水平相比存在较大差距。因此,为了提高我国建筑涂料的水平,有必要加大力度研究与开发高性能的PVDF 涂料。

本文以国产PVDF 为原料制备溶剂型氟碳涂料,根据PVDF 的溶解特征,筛选并优化了无异氟尔酮的混合溶剂组成,并就丙烯酸树脂及颜填料钛白粉对涂膜性能的影响进行了研究。

1 实验部分

1.1 原料

PVDF:上海有机氟材料研究所;丙烯酸树脂(AR):上海新大化工厂;固化剂582-2:上海新大化工厂;金红石型二氧化钛(R111、HR969、HR990、R960):上海江沪钛白化工制品有限公司;甲苯:化学纯,上海菲达工贸有限公司和桥分公司;甲基异丁基酮:分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司;乙二醇乙醚乙酸酯:化学纯,中国医药集团上海化学试剂公司;2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯(Texanol):化学纯,上海通洋化工有限公司;邻苯二甲酸二甲酯:化学纯,永华特种化学试剂厂。1.2 实验仪器

SDF04型实验多用分散机:江阴精细化工机械厂;40L m 线棒涂布器;JC2000A 型接触角测量仪;JSM -6360LV 型扫描电镜:日本电子(JE OL)公司;中华牌绘图铅笔(6H -6B);QFZ -Ò型漆膜附着力实验仪:中国天津材料试验机厂;QCJ 型漆膜冲击器:中国天津材料试验机厂。1.3 实验过程

在500mL 马口铁罐中依次加入由甲苯、甲基异丁基酮、乙二醇乙醚乙酸酯、Texanol 、邻苯二甲酸二甲酯组成的混合溶剂、PVDF 、丙烯酸树脂、固化剂和颜填料,在转速为1700r/min 的分散机上分散45

X XX XXX 通讯联系人

作者简介:殷红(1978-),女,江苏省兴化市人,硕士研究生,主要研究方向:氟碳涂料的研究.收稿日期:2003-07-10

min 。然后在经处理过的马口铁上用40L m 的涂布器进行涂敷,湿膜在室温下放置30min 后,放入一定温度的烘箱中烘预定时间,于室温下冷却后待测试。1.4 性能测试

涂膜附着力:按GB1720-79进行测试;硬度:按GB6739-86进行测试;耐冲击性:按GB/T1732-93进行测试;涂膜对水的接触角:采用JC2000A 型接触角测量仪测试;T -弯曲实验:将涂膜面向外将试验板对弯180b ,如无破损,弯曲度计为0T,弯曲后加一个金属板厚,如无开裂,计弯曲度为1T 。增加金属板,依次计弯曲度为2T 、3T 等

[5]

;分散性:采用扫描电镜(SE M)观测。

2 结果与讨论

2.1 溶剂对涂膜性能的影响

2.1.1 溶剂的选择 选用合适的溶剂或混合溶剂可以改善涂料的性能[5]。对于PVDF 树脂而言,潜溶剂(分子量较大的酮类、酯类、二醇醚酯类和二醇醚类)是最常用的溶剂,由其制成的分散体涂料的固体份可以达40%~50%。在涂料体系中,PVDF 树脂以微细固体粒子的形式悬浮在一些极性潜溶剂里,在室温下保持稳定的分散体状态,但加热时PVDF 树脂会溶解,并随着溶剂的挥发而聚集成膜。活性溶剂也可用于生产溶剂型涂料,但由于树脂的溶解提高了体系的粘度,涂料的固体份仅可达到20%~25%[6],所以一般不选用活性溶剂。另外,由于PVDF 涂料一般高温烘烤成膜,溶剂的挥发和成膜物质成膜存在匹配问题,单一溶剂一般难以二者兼顾,因此必须选择合适的混合溶剂体系。综合各方面的因素,并通过实验测定了漆膜的表观及基本性能,确定了混合溶剂组分为:芳香族酸酯、分子量较大的醇类、分子量较大的酮类、乙二醇醚酯和高挥发性烃类[2]。所选溶剂的基本物性及在溶剂体系中的主要作用见表1。

Table 1Basic parameters and mai n -function of the solvent

Solvent T b /e Temperature of di ssolving PVD F/e

Main -func tion of the solvent toluene

110Insoluble

reducing the initial viscosity of coating methyl isobutyl ketone (MIK)11782l ow ini tiative vi scosi ty,r ++,good s olubility ethylene gl ycol ethyl ether acetate (EGEEA)

15685P +,low solubili ty,adgus ting solubility parameter

texanol 252120r +,adgus ting hydrogen bond

di methylphthalate

282

88

r +,P ++,having good bonding -function,plas ticiz ation r +:low rate of volatilizing;r ++:hi gh rate of volatiliz ing;P +:low polarity ;P +

+

:hi gh polari ty.

2.1.2 溶剂配比的确定 实验中观察到,溶剂配比对涂膜性能的影响较大。溶剂挥发太快,涂膜会起泡、发白,降低了力学性能和粘接性能;挥发太

慢,涂膜会产生流挂、缩孔和边缘变厚等现象。实验结果表明,在混合溶剂各组分的质量分数为:w to l uene =0.05~0.10;w MI K =0.10~0.20;w E GEEA =0.25~0.35;w texanol =0.15~0.30;w dime thylphthal at e =0.05~0.15时,涂膜的性能稳定。表2为在此范围内,溶剂组成对涂膜各项性能的影响,实验结果表明5#溶剂不仅涂膜的各项性能优良,而且PVDF 与丙烯酸树脂的分散情况也较好。图1为5#

溶剂中PVDF

与丙烯酸树脂的分散情况。

Fi g.1SEM photograph of the surface of the coating film in 5#solvent proportion.

#144#殷 红, 方 俊, 张启芳, 唐 凌, 王 俊