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一种氟碳外墙涂料的研制,合成了氟碳乳液,通过红外光谱分析,推导出其结构单元,中国建材网,cnprofit.com
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一种氟碳外墙涂料的研制,合成了氟碳乳液,通过红外光谱分析,推导出其结构单元
2019年09月20日    阅读量:935    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

1 前言

要获得高耐候性和高耐沾污性,并有装饰性及对环境友好的外墙涂料,用水性氟碳乳液生产的氟碳外墙涂料能满足要求。由于氟原子有较高的电负性、原子半径小、C-F键键能高及表面能低等特性⋯,所以含氟涂料具有耐沾污性、耐候性、耐化学腐蚀性等优点。但是,由于氟碳涂料的疏水性,使得水在涂层表面易形成水珠,干燥后即形成“水印”[21中国建材网cnprofit.com


本文针对此问题,以亲水型高分子氟碳乳液作为成膜物质,通过加入多种稳定的颜填料和筛选后的助剂, 以及选择合理的涂料制备工艺,研制了水性氟碳建筑外墙涂料。该涂料成膜后,水珠吸附在其表面后扩散得非常快。因此,涂料具有很好的耐候、耐沾污、耐水、耐擦洗和耐人工老化性而无“水印”等优点。该涂料具有很好的应用前景及社会效益和经济效益。


2 实验

2.1 主要设备和原料

FTS2000傅立叶红外光谱仪,美国瓦里安公司;AA370MC火焰原子吸收光谱仪,上海精密科学仪器有限公司;GC一14C气相色谱仪,日本岛津:涂.4杯,天津市建筑仪器实验机公司;海尔冰箱,海尔集团;SDF04多用分散机,江阴精细化工机械有限公司;C84.III反射率测定仪、WGG便携式镜向光泽计、LUV 紫外加速老化试验箱和JTX—II建筑涂料耐洗刷仪皆由上海普申化工机械有限公司生产。三氟丁烯酸,上海恩氟佳科技有限公司; 甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、0卜-甲基丙烯酸(0c—MAA),北京东方化工厂;十二烷基苯磺酸钠(DBS)、OP一10(工业品),广州双键化工有限公司;碳酸氢钠调节剂、过硫酸钾引发剂、氨水,上海凌峰试验有限公司;GHSF型水性氟碳乳液,江阴国联化工公司;金红石型钛白粉,镇江钛白粉厂;滑石粉、云母粉,滁州格锐集团;4560分散剂、流平剂,深圳海川化工公司;PU增稠剂,上海化工贸易有限公司;醇脂十二、丙二醇,上海化学试剂厂:卡松杀菌剂,江苏日出集团。


2.2 水性氟碳乳液的合成

采用种子滴加法制备共聚物乳液。在装有温度计、列式冷凝管和电动搅拌机的三口烧瓶中,先按投料配方加入1/3的预乳化液(由水、乳化剂、反应性乳化剂、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、三氟丁烯酸和0卜-甲基丙烯酸组成的混合物),搅拌并升温;当温度达到80。C后保温0.5 h,待液面边缘呈浅蓝色时不再回流,即滴加引发剂和剩余的混合物,温度保持在8O~88。C之间,2.5 h左右滴加完毕,保证混合单体略先于引发剂滴完;保温1 h,再降温至70。C,反应0.5 h;降温至40。C,用氨水调节pH到7~8;最后自然冷却至室温,出料。


2.3 涂料的制备

将金红石型TiO2、滑石粉和云母粉作为颜填料慢慢加入到水与乳液的混合物中,边加边高速分散10 min。降低搅拌速率,依次加入分散剂、醇脂十二、丙二醇、流平剂、防腐剂和助剂,滴加完全后,低速分散30 min。再用增稠剂调节黏度,以增加涂料的触变性,进一步提高涂料的性能。过滤得产品。


2.4 正交试验方案

经过前期大量的实验工作,确定乳液、金红石型TiO2、滑石粉、云母粉的用量作为正交试验的因素,每个因素选取4个水平(忽略各个因素之间的相互作用),按照正交表L16(4 )进行试验,并选择耐擦洗次数和对比率(衡量遮盖力的指标)作为评价指标。正交试验因素水平见表1。

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2.5 性能测试

根据GB/T 9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》、GB/T 1728—1979《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》、GB/T 9274--1988《色漆和清漆耐液体介质的测定》和GB 18582~2001《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》对涂料的综合性能进行了检测。


3 结果与讨论

3.1 水性氟碳乳液的结构分析

将水性氟碳乳液均匀地涂在载玻片上, 室温成膜一周后,将乳液涂膜取下,用KBr压片后,利用傅立叶红外光谱仪进行红外分析。水性氟碳乳液乳胶膜的红外光谱如图1所示。从图1可以看出,3 000~2 800 cm-的吸收峰为甲基和亚甲基的反对称和对称伸缩振动吸收峰相互重叠的结果;1 750 cm- 处的吸收峰为C=O伸缩振动的特征吸收峰;1 480 cm- 为甲基的反对称弯曲振动吸收峰;1 375 cm- 为甲基的对称弯曲振动吸收峰;1 136cm- 为C. 伸缩振动峰吸收带;而640cm-附近的C=C吸收峰消失,说明发生了聚合反应,产物呈现共聚物结构。在l 240.4 cm- 处的吸收峰是C-F键的吸收峰。

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综合以上分析,可以推出其结构简式为:


由于侧链上所含的C_F键键能[G很A大,很难被目光中的紫外光降解,且这种侧链包覆主链的结构对聚合物分子形成很好的“屏蔽作用” ,因此涂料具有极好的耐候性;F原子的高电负性使聚合物结构具有低表面能,不易被油脂类物质污染, 因此涂料具有很好的耐沾污性 。


3.2 正交试验结果分析

正交试验结果和极差分析见表2。由正交试验结果可知,各因素对耐擦洗次数的影响程度为:乳液>滑石粉>钛白粉>云母粉。乳液对耐擦洗次数的影响最大,云母粉对耐擦洗次数的影响最小。


这是由于增加乳液的用量,会使涂层中作为连续相的乳胶粒子增多,乳胶粒子进入作为分散相的颜填料之间空隙的几率增大,黏结力增强,所以耐洗刷次数增加很大。滑石粉是片状结构,其本身密度较小,少量加入也可增加涂膜的耐擦洗次数。


作为颜填料的钛白粉和云母粉,由于自身比重和体积都较大,易于沉降和分层,从而影响涂层的性能。综合图2及以上分析,耐擦洗次数最佳的配方组合为A4B1C4D2。

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使用涂料的基本目的是在基材表面形成遮盖,对比率是衡量遮盖力的指标。由表2可知,各因素对对比率的影响程度为:钛白粉>云母粉>乳液>滑石粉。钛白粉对对比率的影响最大,滑石粉对对比率的影响最小。遮盖力的不同是由于颜料和周围介质折光率之差而造成的。在颜料中,金红石型钛白粉的折光率(2.75)最大,远高于云母粉(1.58)、基料(1.5~1.6)和滑石粉(1.57)。因此,钛白粉对对比率的影响最大。这与正交试验的结果相吻合。对比率最佳的配方组合为A1B1C1D1。

综合经济成本分析,选择A2B2C3Dl组合,即W(乳液)=50%,W(TiO2)=10%,W(滑石粉)=12%,W(云母粉)=6%,既可以满足很高的耐擦洗性,也可以提供很高的遮盖力,同时经济合理。


3.3 涂料性能检测结果

对涂料性能按照国家标准的技术要求进行了检验,检测结果如表3所示。从表3可以看出,本产品在耐水性、耐碱性、耐擦洗刷性、耐人工老化性等方面有突出的性能,环保检测结果符合国家标准。

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4 结论

合成了水性氟碳乳液,往其中加入颜填料制各了水性氟碳外墙涂料。通过正交试验对涂料配方进行优化,确定了最佳配方如下:W(乳液)=50%,W(TiO2):10%,W(滑石粉)=12%,W(云母粉):6%。该涂料是一种新型的水性外墙涂料,具有优异的耐候性、耐水性、耐人工老化性和耐擦洗性,价格低,性能好,有极好的应用前景。


一种氟碳外墙涂料的研制


郭文录木,李亮,潘生兵, 吕秀波

(江苏科技大学材料科学与工程学院,江苏镇江2 12003)


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