FEVE 氟碳涂料中氟树脂成分定性分析研究

FEVE 氟碳涂料中氟树脂成分定性分析研究

徐芸莉1,赵新建1,盛春荠2,邓元2
(1.浙江省质量技术监督检测研究院,浙江杭州310013;2.杭州师范大学,浙江杭州310012)

0 前言
氟碳涂料以氟树脂为主要成膜物质,因氟原子电负性高,氟碳键离解能比其它化学键能大,键距短,氟原子负电荷密集地包围着碳碳(C—C)主键,形成一个螺旋形结构,保护了碳碳键不被攻击,免遭化学介质破坏,使得氟碳涂料具有良好的附着力和耐候性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性,以及独特的不黏性和耐沾污性。
我国氟碳涂料主要有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟烯烃-乙烯基醚(酯)共聚物涂料(FEVE)三大系列。前2 类氟碳涂料基本依赖进口树脂,需要高温烘烤成膜。常温交联固化型氟烯烃-乙烯基醚(酯)共聚物(FEVE)涂料则相反,既保持了常规含氟涂料优异的耐久性、耐沾污性及耐化学介质等综合性能,又具有优良的施工性能,可常温干燥和低温条件下烘烤,成为国内目前自主开发、发展最快、应用最广泛的一种氟碳涂料,这也是本文所研究的对象。按聚合氟烯烃单体的不同,主要分为四氟乙烯和三氟氯乙烯系2 类FEVE氟碳涂料[1]。因四氟乙烯氟含量高于三氟氯乙烯,故四氟乙烯系氟碳树脂一般具有较高的氟含量,约30%左右,而三氟氯乙烯系氟碳涂料氟含量一般在25%左右。从综合性能来看,四氟乙烯系氟碳树脂为目前常温固化氟碳涂料中性能最佳的树脂,四氟树脂涂料在耐老化性能方面优于三氟树脂涂料[2]。氟碳树脂类型和氟含量高低直接影响涂料产品质量,本文就采用红外光谱[3]和能谱[4]分析方法对氟树脂成分定性分析进行了研究和探讨。

1 实验原理及方法
1.1 主要仪器和试验材料
傅立叶红外光谱仪:美国Nicolet 5700,固定密封式液池(池厚0.5 mm);扫描电镜,日本Hitachi S-3000N,附带英国OXFORD EDSX 射线能谱分析仪。
试剂:二甲苯、丙酮,均为分析纯。
氟碳树脂:三氟氯乙烯系氟碳树脂(均为国产)和四氟乙烯系氟碳树脂(分为国产和进口2 种)。
氟碳涂料:由不同涂料厂家提供,分为白漆和清漆2 种,均为国产。

1.2 实验原理
利用扫描电镜上配带的X 射线能谱分析仪采集样品能谱图,对样品中氟元素成分进行定性分析。涂料试样经离心分离,取清液部分采集红外光谱,得到涂料溶剂可溶物的红外光谱图,对照不同类型的氟碳树脂红外谱图,结合能谱分析结果,对涂料中氟树脂的成分进行定性分析。

1.3 光谱采集
1.3.1 样品离心处理
取适量氟碳涂料置于离心管中(可根据实际离心分离效果,自行确定称样量和离心管容量),加入二甲苯和丙酮(1∶1)混合溶剂,混合均匀后,置于离心机上,离心30~40 min,使颜填料沉降,离心次数视分离情况而定。取上层清液备用。该清液为氟碳涂料中的溶剂可溶物,包含了涂料中氟树脂和溶剂成分。

1.3.2 光谱采集条件
红外光谱仪扫描参数为:扫描波数范围400~4000 cm-1;扫描分辨率4 cm-1;扫描次数32。

1.3.3 氟碳树脂的谱图采集
将氟碳树脂均匀涂抹在KBr 窗片上,待溶剂挥发后生成均匀薄膜,利用Nicolet 5700 型傅立叶变换红外光谱仪扫描得到红外吸收光谱(见图1),作为氟碳树脂标准谱图用于涂料中氟树脂成分定性分析。

从图1 可以看出,三氟氯乙烯和四氟乙烯系2 种氟碳树脂的谱图存在较大差异。其中在1100 cm-1和1200 cm-1左右F—C 键的峰型有明显区别,三氟氯乙烯系树脂在1100 cm-1处F—C 键有分裂,而四氟乙烯系氟树脂(图谱3 为国产树脂、图谱4 为进口树脂)则在1200 cm-1 处F—C 键有分裂,由此可明显区分2 种树脂类型。

1.3.4 涂料中溶剂可溶物的图谱采集
试样经离心分离后,取上层清液(见1.3.1)均匀涂抹在KBr 窗片上,待溶剂挥发后生成均匀薄膜,利用Nicolet 5700型傅立叶变换红外光谱仪扫描得到红外吸收光谱图。

1.4 能谱采集
1.4.1 能谱采集条件
扫描电镜加速电压15 kV,样品放大800 倍后选择部分区域分析,工作距离(WD)为15 mm,信号采集时间50 s。

1.4.2 样品能谱图的采集
将涂料溶剂可溶物放在烘箱中,80 ℃烘3 h,待溶剂挥发后取样品,放入扫描电镜样品台上,利用S-3000N 扫描电镜选择区域,利用能谱仪得到能谱图,用于对氟碳涂料中树脂元素成分的定性分析。

2 FEVE 氟碳涂料中氟树脂成分分析
2.1 能谱分析
样品A、B、C 分别为不同涂料厂家提供的氟碳涂料,利用X 射线能谱分析仪直接采集涂料样品的能谱图(见图2)。

从图2 可见,样品中均含有氟元素,其中样品A 和样品B 除含有氟元素外,还含有氯元素,由此可以初步确定所测样品含有氟树脂,且样品A 和样品B 为三氟氯乙烯系氟树脂。

2.2 涂料样品的红外光谱分析
将涂料样品A、B、C 分别经离心分离后,取上层清液采集红外光谱图(见图3)。

从图3可以看出,样品A 和样品B 在1100 cm-1处F—C键有分裂,对照图1中的三氟氯乙烯树脂1、2谱图,可以发现2图中F—C键吸收峰的峰型、峰数、峰高等特征存在差异,但较为相似,故判定样品A和样品B均为三氟氯乙烯系FEVE。样品C在1200 cm-1处F—C键有分裂,对照图1中的四氟乙烯树脂3、4谱图,可以发现其F—C键吸收峰的峰型、峰数、峰高等特征存在差异,但较为相似,故判定样品C为四氟乙烯系FEVE。

3 结语
利用红外光谱法,通过采集涂料中溶剂可溶物的红外光谱图对照氟碳树脂的红外光谱图,结合能谱分析结果的进一步验证,可以对涂料样品中的氟树脂成分进行定性分析,该方法具有方便、快捷的特点。

参考文献:
[1] 王军,付强.常温固化型四氟树脂涂料的研究[J].中国涂料,2008,23(6):30-32.
[2] 殷宪霞,王军.奥运主体育场防腐工程用氟碳涂料天然曝晒试验与分析[J].中国涂料,2007,22(11):38-41.
[3] 童国忠.现代涂料仪器分析[M].北京:化学工业出版社,2006:332-336.
[4] 张大同.扫描电镜与能谱仪分析技术[M].广州:华南理工大学出版社,2009:116-127.

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注