氟是电负性最大的元素,氟的原子半径(0.135 nm)仅比氢原子半径(0.120 nm)稍大,而比同一主族元素氯原子半径(0.180 nm)和溴原子半径(0.195 nm)小得多,而氟原子与碳原子形成的C—F 键的键能(447 kJ/mol)却比Cl—C 键的键能(339 kJ/mol)和Br—C 键的键能(280 kJ/mol)要强得多。
在含氟聚合物高分子中,由于C—F 键的键能比H—C键的键能(422 kJ/mol)强,而且氟原子的电子云对C—C键的屏蔽作用较氢原子强,因而氟原子可以保护C—C 键免受紫外线和化学品的危害,使得含氟聚合物具有优异的耐候性和耐化学品性。
再者,由于氟原子核对其核外电子及成键电子云的束缚作用较强,F—C 键的可极化性低,使得含有F—C 键的聚合物分子间作用力较低(如聚四氟乙烯分子间的作用力为3.2 kJ/mol,而大多数聚合物分子间的作用力约在4~40 kJ/mol),因而具有特殊的表面性能(耐水性、耐油性和耐沾污性)和优异的光学及电学性能(低折射率、高绝缘性和低介电常数)中国建材网cnprofit.com。
基于氟树脂的上述种种独特性能,我们研究开发出了以三氟氯乙烯(CTFE)为含氟单体的氟树脂乳液,并以其为基料制备了水性氟涂料。该涂料除了具有良好的耐候性、耐沾污性等特点外,还具有安全、环保的优点,符合涂料的发展趋势。
1 实验部分
1.1 原材料
氟树脂乳液,自制;金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉、硅灰石粉、重质碳酸钙、滑石粉,各种涂料专用助剂,均为市售。
1.2 设备
制备乳胶漆的常用设备,如分散机、研磨机、过滤机等。
1.3 水性氟涂料参考配方
水性氟涂料的参考配方见表1。
表1 水性氟涂料的参考配方(白色)
2 结果与讨论
2.1 氟含量对涂料耐人工老化性的影响
氟树脂的氟含量对氟涂料的耐候性有着极重要的影响。用氟含量分别为8%、11%、15%的水性氟树脂制备水性氟涂料,并制备样板进行耐人工老化测试,结果见表2。从表2 中可以看出:随着氟含量的增加,涂料的耐人工老化性提高,当氟含量达到15%时,7 500 h 后涂层才出现轻微的粉化。
2.2 树脂玻璃化温度对涂料耐沾污性的影响
耐沾污性是外墙涂料的一个重要指标,它与氟树脂的玻璃化温度有直接的关系(表3)。由表3 可以看出:当树脂玻璃化温度为15℃时,涂料的耐沾污值为19。随着树脂玻璃化温度的升高,耐沾污值不断降低,当玻璃化温度达到32℃时,耐沾污值下降到5。
表3 树脂玻璃化温度对耐沾污性的影响
2.3 颜料体积浓度对涂料性能的影响
颜料体积浓度(PVC)、临界颜料体积浓度(CPVC)是涂料研制的重要参数。如果涂料的PVC高于CPVC,基料不能将颜料粒子完全包裹住,因此会降低涂料的耐沾污、耐洗刷、耐老化等性能。如果PVC 低于CPVC,在涂膜性能提高的同时,成本也相应增加。因此控制涂料的PVC 适当低于CPVC,既可保证涂膜的综合性能,又可控制成本。表4 列出了PVC对涂料一些性能的影响。
注:涂料的CPVC为50.4%。
2.4 成膜助剂对涂料最低成膜温度的影响
乳胶涂料在成膜过程中,要经过一个由分散的乳胶粒子融合为连续完整的涂膜的阶段,为使这一阶段较好的完成,一般需要使用成膜助剂。成膜助剂对涂料最低成膜温度的影响见图1。从图1 中可以看出:随着成膜助剂醇酯十二(C40)用量的增加,涂料的最低成膜温度不断降低,当其用量达到固体树脂的12%时,涂料在2℃的情况下便可成膜。
2.5 水性外墙氟涂料的性能
经国家化学建筑材料测试中心检验,水性氟涂料的性能符合中华人民共和国国家标准GB/T9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》中规定的优等品的技术指标要求,其耐沾污性、耐洗刷性、耐人工老化性十分突出,见表5。
3 结语
(1) 涂料的耐老化性随着树脂氟含量的增加而增加,当氟含量为15%时,涂料的耐人工老化性达到7 500 h。
(2) 涂料的耐沾污值随着水性氟树脂玻璃化温度的提高而降低,当树脂的玻璃化温度从15℃升高到32℃时,涂料的耐沾污值由19 降低到5。
(3) 随着涂料PVC 的提高,涂料的综合性能有所降低。涂料的最低成膜温度随着成膜助剂用量增加而降低,当成膜助剂用量为固体树脂的12%时,涂料的最低成膜温度为2℃。
(4) 以水性氟树脂为基料配制而成的水性氟涂料具有优异的耐候、耐沾污、耐洗刷等性能,远远超过现行国家标准中规定的技术指标,并具有安全、环保等性能,属环境友好型产品,符合世界涂料工业的发展趋势。