氟碳涂料是指以含氟共聚树脂或氟烯烃与其他单体的共聚物为主要成膜物质,经加工、改性、研磨制得的涂料[1]。由于氟碳涂料树脂分子内含有机物中键能最高的C-F 键,且在受热和紫外线的作用,键很难断裂分解,因此具有在耐候性、耐盐性、耐洗性、不粘附性等方面优异于普通涂料的特殊性能,被称为“涂料之王”,广泛应用于工业、桥梁、建筑涂装等领域[2]。氟碳涂料的发展经过了热熔型、常温交联固化型、水分散型和粉末涂料等几个阶段[3]中国建材网cnprofit.com。
氟乙烯和羟基乙烯基醚共聚物(FEVE)涂料,在分子链上接有羟基和羧基使氟碳树脂,使其具有常温固化性和基材附着性;接有烷基使氟碳树脂,使其具有常温可溶性。这种涂料通过双组份常温交联固化,大大拓展了氟碳漆可应用的范围[4]。
1 实验部分
1.1 原材料
羟基氟树脂1(大连振邦集团)、羟基氟树脂2(烟台华奇化工有限公司)、羟基氟树脂3(日本旭硝子公司)、HDI 缩二脲N-75(拜耳公司)、HDI 三聚体HXT(日本聚氨酯工业公司)、902钛白粉(美国杜邦公司)、助剂(德国毕克化学公司)、丙烯酸树脂(自制)、E-03 环氧树脂(台湾南亚化学)、聚醚204(南京金栖石化)、TDI(拜耳公司)、L-75 固化剂(拜耳公司)、气相SiO2(德固赛)。
1.2 涂料的配方
1.2.1 面漆配方
主漆(w %):氟树脂:55~60;钛白粉:30;溶剂:10;气相SiO2:2;光稳定剂:0.3;适量的消泡剂、流平剂、防流挂剂。
固化剂(w %):配方1:HDI 缩二脲:65;溶剂(脱水):35。配方2:HDI 三聚体:65;溶剂(脱水):35。
1.2.2 中涂层配方
主漆(w %):自制丙烯酸树脂:65;钛白粉:25;溶剂:10;消泡剂:0.4;流平剂:0.2;适量的防流挂剂。
固化剂(w %):配方1:N-75:65;溶剂(脱水):35。配方2:HL 预聚物:65,溶剂(脱水):35。
1.2.3 封闭底漆配方
主漆(w %):配方1:自制丙烯酸树脂:60;溶剂:40;
适量的助剂。配方2:E-03 环氧树脂:40;溶剂:60;适量的助剂。
固化剂(w %):配方:聚醚-TDI(50 %)预聚物。
2 结果与讨论
2.1 面漆的制备
2.1.1 氟碳树脂的选择
氟碳漆的优异性能是由其使用的氟碳树脂所决定的,因此选择氟碳树脂非常重要。将不同厂家的氟碳树脂与HDI 缩二脲固化剂分别配漆制板,其性能见表1。
注:★-无变化;○-微小变化;△-少许变化。常温固化7 天,按NCO:OH=1:1配漆。
表1 可以看出,目前国产的氟碳树脂与日本旭硝子产的氟碳树脂尚有差别,主要体现在光泽、硬度和耐候性上略逊。国内氟碳树脂采用的是烷基乙烯酯路线,日本旭硝子采用的是烷基乙烯醚路线;且国内合成的氟碳树脂分子量分布较宽,分布系数多在30 以上,性能不稳定,从而使得氟碳树脂真正的性能没有得到充分发挥。因此还需在树脂结构、分子量分布上改进。
2.1.2 氟碳面漆所用流变助剂的选择
用于建筑外墙的氟碳漆几乎都是立面大面积喷涂施工,这就要求面漆要具有很好的流平防流挂性。涂料常用的流变助剂有膨润土、聚酰胺蜡、氢化蓖麻油、气相二氧化硅等。由于氟碳漆具有高极性,不适合使用氢化蓖麻油和气相二氧化硅,因此笔者选用膨润土和聚酰胺胺蜡分别做试验,发现在该体系中聚酰胺蜡更容易达到流平与抗流挂的平衡。
2.1.3 氟碳面漆所用溶剂对适用期的影响
试验时,调漆及施工稀释剂均使用同样的混合溶剂。配好漆后置于25 ℃温控箱中,观察其粘度的上升情况,发现6 h 后使用1 号混合溶剂的粘度少许上升,仍可施工;使用2 号混合溶剂的已经很粘稠,无法施工。可见,溶剂的极性对反应速率影响较为明显,夏季气温高时,为保证足够的施工活化期要多使用极性溶剂。
2.2 中涂层的选择
由于氟碳面漆施工时可能会漏涂,这就要求中涂层必须具有良好的耐候性。选择低值羟基丙烯酸树脂作为主体树脂比较合适,固化剂为分用HDI 缩二脲(N-75)和HDI-三羟预聚体(HL)。检测性能如表3。
酸树脂配合弹性较好,这样能有效防止由于外墙水泥开裂造成氟碳面漆开裂。
2.3 底漆的选择
底漆主体树脂一般主要有两种,环氧或者丙烯酸树脂。底漆主要考虑两个指标:附着力和耐碱性。将这两种树脂分别与聚醚-TDI 弹性固化剂按NCO:OH=1:1 配漆,自干7 d,测附着力和耐碱性、耐水性,结果见表 4。从实验结果可以看出,使用丙烯酸更能有效封闭墙体,防止墙体泛碱对面漆的影响。
2.4 油性弹性中涂及弹性底漆与水性弹性腻子及中涂优劣
目前氟碳外墙工程有些采用水性弹性底漆,有些采用油性中涂及底漆,我们分别在水泥样板上依次涂覆水性和油性底漆和中涂,然后涂覆同样的面漆,在20 ℃自干7 d 后,将样板置于水及10 %NaoH 溶液中来比较它们的耐水性和耐碱性。结果显示,采用水性弹性底漆及中涂的样板在水中浸泡7 d 后漆膜出现鼓泡分层现象,在10 %NaoH 溶液中浸泡7 d 后漆膜完全脱落;采用油性弹性中涂及底漆的样板基本没有变化。因此使用油性弹性中涂及弹性底漆更能有效保护墙体。
3 结语
随着我国各地大力推广使用外墙涂料,一些高层和超高层建筑由于清洁和重涂困难,需求耐沾污、易清洁和长效的外墙涂料,氟碳涂料就是理想的侯选者,作为一种新型的高性能的建筑涂料,对其研究应当建立整体观念,进行系统性的研究,即从墙体处理到底漆、中涂层到最后面漆配套体系均应高度重视,任何一个环节出了问题都会影响最终性能和使用效果,相信随着对其应用研究的不断深入,氟碳涂料在建筑领域的应用更加广泛。