【中國涂料采購網】常溫固化氟碳涂料耐老化性能研究
于雪艷，陳正濤，李旭朝，肖玲，桂泰江
(海洋化工研究院海洋涂料國家重點實驗室，山東青島266071)
摘要:選擇了4種氟碳樹脂制備常溫固化氟碳涂料，進行了物理機械性能測試，通過紫外光-冷凝法對涂層進行了加速老化試驗。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微掃描電鏡(AFM)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、X-射線能譜儀(EDX)等現代分析手段，結合涂層光澤的測定，對經過不同老化時間的涂層表面微觀變化與涂層光澤保持率變化進行了對應性研究。比較了4種氟碳樹脂涂料的耐老化性能，并對氟碳樹脂耐老化性能進行了理論分析，結果表明:FEVE氟碳涂料具有優異的耐老化性;以更大交替性的醚類單體和位阻型大單體合成的FEVE氟碳樹脂具有更優異的耐老化性能。
關鍵詞:常溫固化氟碳涂料;加速老化;耐老化性能;涂層表面分析;涂層光澤
中圖分類號:TQ630.7+2 文獻標識碼:A 文章編號:0253-4312(2014)02-0021-07
目前，雙組分常溫固化聚氨酯涂料是大型戶外鋼結構、橋梁、航空航天、船舶等領域應用最為廣泛、最重要的面漆。1982年日本旭硝子公司推出了商品名為“Lumiflon”的氟烯烴和乙烯基醚的共聚樹脂，提供了在芳烴、酯類或酮類溶劑中可溶的含氟樹脂，其可以與多異氰酸酯制成雙組分產品，從而得到可常溫交聯固化的含氟聚氨酯涂料[1-2]。氟碳樹脂中含有大量的C—F鍵，氟原子具有原子半徑小、電負性大、極化率小的特征，C—F鍵中電子被緊緊束縛在原子核周圍，使得氟化合物具有低表面能。以氟碳樹脂為基礎的涂料或經改性的涂料逐漸成為超長效防腐面漆研究的熱點和最重要的品種之一[3-5]。
由于涂層長期暴露在大氣環境中，涂層的耐老化性能和使用壽命預測一直是研究的重點。涂層的耐老化試驗分天然老化試驗和人工氣候老化試驗兩種，天然老化試驗需要相當長的時間才能得到有意義的結果。在過去40多年中，發展了各種涂層加速老化技術。這些加速實驗方法模擬自然環境，如用高強度紫外光照射、鹽霧等對樣板進行加速老化，并盡量不改變涂層老化的機理，這些方法可在較短的實驗時間內評價涂料體系的性能[6-10]。本研究通過紫外光-冷凝人工加速老化方法對涂層進行加速老化試驗。
通過應用SEM、AFM、FT-IR、X-射線能譜儀等，初步研究了在涂層老化過程中，涂層表面形貌、化學基團等的變化，討論涂層在老化降解過程中一些物理和化學變化，比較了4種氟碳涂料的耐老化性能。
1·試驗
1.1 原材料
氟碳樹脂:A樹脂、B樹脂、C樹脂和D樹脂，市售。固化劑:Desmodur N3390，Bayer公司。助劑:潤濕分散劑、流平劑、消泡劑等，市售。顏料:二氧化鈦等，市售。溶劑:甲基異丁基酮、醋酸丁酯、二甲苯等，市售。
1.2 涂料制備、分析測試儀器
(1)砂磨分散多用機:JSF-400上海現代環境工程技術有限公司。
(2)老化試驗箱:Q-UV/SPRAY，UV-B熒光紫外燈，波長313nm，Q-PANAL公司。老化條件:紫外光照射60℃，8h，冷凝水50℃，4h循環。
(3)掃描電子顯微鏡(SEM):JEOL JSM-6700F，加速電壓5kV，工作距離8mm，檢測器為低位二次電子探頭。
(4)傅里葉變換紅外光譜(FT-IR):NicoletMagna-IR 750 SeriesII，采用其顯微紅外附件測試。
(5)原子力顯微掃描電鏡(AFM):NanoScope IIIMultiMode AFM(Digital Instruments)，掃描范圍:10μm×10μm。
(6)X射線能譜儀:HitachiS-4300 with EDAXGENESISX射線能譜儀，加速電壓15kV，掃描范圍25μm×25μm。
1.3 樣板制備
樣板基材為馬口鐵板和冷軋鋼板，手工除銹至St3級。馬口鐵板直接刷涂面漆，室溫固化后測物理機械性能。
冷軋鋼板上采用的涂層體系為:環氧聚酰胺底漆2道，干膜厚度約120μm;面漆為氟碳面漆2道，干膜厚度約為80μm，進行加速老化試驗。
1.4 性能測試與儀器分析
按相關國標進行常規物理機械性能測試。加速老化試驗按GB/T14522—2008《機械工業產品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候加速試驗方法》紫外光-冷凝試驗方法進行。在試驗進行到不同時間進行相關測試。
2·結果與討論
2.1 涂層物理機械性能測試結果
涂膜物理機械性能測試結果見表1。
表1 4種氟碳涂料物理機械性能測試結果
由測試結果看出，4種涂料的物理機械性能差別不大。
2.2 氟碳涂料耐老化性能分析比較
(1)氟碳涂料保光率
圖1為加速老化過程中4種氟碳涂料光澤保持率的變化曲線。
圖1 4種氟碳涂料老化過程中的光澤保持率變化曲線
由圖1可以看出，在4種氟碳涂料中耐老化性能最好的是D樹脂，A、B、C3種樹脂2000h老化后的結果差別不明顯，2000h以后A樹脂優于B樹脂、C樹脂。