聚氯代对二甲苯薄膜用常温固化氟碳涂料的制备

聚氯代对二甲苯薄膜用常温固化氟碳涂料的制备

李迎军, 周元林, 刘 剑, 吴晓华, 唐贤臣 (西南科技大学, 四川绵阳621010)

0 引 言
近年来, 研制开发防腐性能、耐异常环境等各项性能突出或具有特殊功能的涂料成为国内外涂料科技人员研究的重点。氟碳树脂涂料是以氟碳树脂为基础制得的一类涂料。这类涂料具有优异的耐候性、防腐性、绝缘性、耐化学品性以及耐污性等性能。三氟氯乙烯聚合物对于可见光和紫外线几乎不吸收, 故有很好的耐候性; 而且因其含氯对多种液体和气体不渗透, 是所有氯树脂中透湿气率较低的树脂。因此, 本实验将采用偏氟乙烯( VDF) 和三氟氯乙烯( CTFE)按共聚比1􀀂4的无规共聚物为涂料的成膜物质。它的无规共聚物为结晶态聚合物, 相对分子质量较低, 能溶于酮、酯、苯等有机溶剂。使用温度范围较宽, 可在- 190~ 110 温度范围内长期使用, 高于110时则逐渐软化。低温性能良好, 在- 190 仍能保持一定的韧性而不硬脆。耐腐蚀性能良好, 特别是能在较宽的温度范围内耐98%的浓硝酸和发烟硫酸及液氧等。机械性能和电绝缘性能良好, 在室温下拉伸强度可达29. 4MPa, 伸长率100% ~300%; 此外, 它还具有良好的透明性、耐老化、耐油、不吸水、不易燃等特性, 与金属、木材、陶瓷、纸张等物质有良好的粘结性; 它也是涂料用树脂, 选用某些混合溶剂配成涂料, 不仅可用作高耐候性涂料, 而且可用作某些特殊场合的耐强腐蚀液体的涂层材料[1] 。

1 实验
1. 1 原料及设备
氟树脂: 晨光化工研究院; 丙酮、醋酸乙酯、甲乙酮、醋酸丁酯、环己酮、甲异丁基甲酮和二甲基甲酰胺( DMF) 、T 溶剂: 自制; 二甲苯、乙醇等有机溶剂: 成都市联合化工试剂研究所。AL104电子天平: 梅特勒- 托利多仪器(上海)有限公司;DF- III集热式磁力搅拌器; HQ型涂膜铅笔划痕硬度仪: 天津市中亚材料试验机厂; QFH 漆膜划格仪: 天津凯利材料试验机有限公司。
1. 2 涂料的制备
称取一定量的氟树脂, 再配制一定质量比的T 溶剂和醋酸丁酯的混合溶剂, 在搅拌的条件下加入氟树脂, 然后在一定的温度下回流一段时间, 至氟树脂完全溶解, 再加入催干剂、流平剂等, 最后过滤即可得到氟树脂涂料。
1. 3 基材的表面处理
采用自制改性剂将基材PC 膜处理24 h, 然后用溶剂清洗,最后干燥, 涂膜的制备按GB / T1727- 1979 ( 1993) 进行。

2 结果与讨论
2. 1 溶剂体系的选择
氟树脂溶解的依据是# 极性相近∃的原则。所谓的" 极性相近"原则, 就是极性大的溶质溶于极性大的溶剂, 极性小的溶质溶于极性小的溶剂, 溶质和溶剂的极性越相近, 两者越易溶[ 2] 。
2. 1. 1 真溶剂的选择
本实验对氟树脂的溶剂的选择从常见的溶剂丙酮、醋酸乙酯、甲乙酮、醋酸丁酯、环己酮、甲异丁基甲酮和二甲基甲酰胺( DM F) 、T 溶剂、二甲苯等对氟树脂的溶解程度来选择。取9份1 g的氟树脂, 分别取10 g上述的溶剂, 然后分别在室温和60 下测试其溶解性, 结果如表1所示。
表1 几种溶剂对氟树脂的溶解性

由表1可得在室温下甲乙酮、环己酮、醋酸丁酯、醋酸乙酯、T溶剂只溶解了部分氟树脂, 在60 条件下只有T溶剂对氟树脂的溶解性增加并且完全溶解, 其余的溶解性几乎没有增加。因此, 选用T溶剂为真溶剂, 然而T溶剂的挥发速度过快, 导致涂膜外观出现蜘蛛网状现象。所以必须用混合溶剂作为氟树脂的溶剂体系。

2. 1. 2 助溶剂的选择
助溶剂(也称共溶剂)的作用是增加树脂在溶剂中的溶解度, 同时调节树脂的黏度, 提高涂料的稳定性, 改善涂膜的流平性和外观。因此, 选择不同的助溶剂, 涂膜性能也有所不同[ 3] 。T溶剂相对于醋酸丁酯的挥发速度为5.01, 根据溶剂挥发速度( 表2所示), 选用比T溶剂挥发速度低的溶剂乙醇、甲乙酮、醋酸丁酯、环己酮、二甲苯作为助溶剂, 考察了它们和T 溶剂以1:2的比例的混合溶剂的氟树脂清漆涂层的表干时间和涂膜外观, 如表3所示。

表3 不同溶剂对涂层的表干时间和涂膜外观的影响

由表3可知, 用乙醇和甲乙酮所形成的膜虽然表干较短,但是外观呈蜘蛛网和橘皮状, 这是因为其和T溶剂所组合的混合溶剂的挥发速度有点快而导致的; 用醋酸丁酯、环己酮和二甲苯所形成的膜外观都平整, 但是环己酮和二甲苯和T溶剂所组成的混合溶液的挥发速度过于慢, 醋酸丁酯和T溶剂所组成的混合溶液的表干时间和涂膜外观都合适。因此, 从干燥时间和成膜性综合考虑, 本实验选用了醋酸丁酯和T溶剂的混合溶液作为氟树脂清漆的溶剂。
2. 1. 3 溶剂体系的确定
考察了醋酸丁酯和T 溶剂的不同质量比对氟树脂的溶解性、成膜性和漆膜表干时间的影响, 如表4所示。
表4 醋酸丁酯和T溶剂的比例对漆膜性能的影响

由表4可以发现, 从10:0~ 7:3, T溶剂占了很大比例,所以它对氟树脂的溶解性很大, 但是T 溶剂的比例太大导致其涂膜外观从蜘蛛网状到波纹状, 表干时间也随着T溶剂比例的减少而延长; 从5:5 ~ 3:7涂膜的外观度平整, 但是溶解性却降低, 同时表干时间也随之延长; 因此, 从对氟树脂的溶解性、成膜性和漆膜表干的时间等方面综合考虑, 当T溶剂和醋酸丁酯的比例为6:4时, 漆膜的综合性能最优越, 因此采用此比例的混合溶剂为氟树脂涂料的溶剂。

2. 2 基材的处理对附着力的影响
聚氯代对二甲苯薄膜表面是化学惰性的, 因此要对其进行适当的改性才能使氟树脂清漆很好地附着在其表面。通过对改性和未改性的PC膜进行5次测试, 然后以平均值来表示氟树脂涂料与PC膜的附着力。表5为处理和未处理的PC 膜与氟树脂涂料的结合力对比。
表5 PC膜表面改性对附着力的影响

由表5可知, PC膜的表面改性使氟树脂清漆的附着力增加了, 然而它的增加并不明显, 同时它也反映了氟树脂清漆的不足之处, 即附着力不是很高, 因此, 对于一般的氟树脂涂料要在基材涂覆底漆或对基材进行改性使其附着力更加完美。

2. 3 PC膜与氟树脂涂料漆膜的一些性能的比较(表6)
表6 PC膜和氟树脂漆膜的性能比较

由表6可以看出, 作为修复和保护PC膜的氟树脂漆膜可以与PC膜的透湿系数达到一个数量级, 这也是选择氟树脂作为涂料的原因, 但是在透空气率和强度等方面的差距较大, 这也是氟涂料膜目前用于修复和保护PC 膜所存在的问题, 同时也是以后研究的方向。

2. 4 涂料配方的确定
经过上述条件试验, 最终确定了氟树脂涂料的基本配方,见表7。
表7 氟树脂涂料的基本配方

2. 5 性能测试
对按本试验的工艺条件生产的氟树脂涂料进行了性能检测, 检测结果见表8。
表8 氟树脂涂料性能检测结果

3 结 语
通过实验优化合成了性能优异的氟树脂涂料。该涂料常温成膜固化后, 外观平整光亮、硬度高、附着力高、具有优良的耐腐蚀性和渗透率。实验表明, 真溶剂、助溶剂以及它们的比例等会对涂料性能产生较大影响。当由T溶剂和醋酸丁酯的比例为6:4所组成的混合溶液为氟树脂涂料的溶剂, 溶解温度为60 时所形成的涂料的性能最佳。在该清漆的基础上, 加入颜填料来制备各种色漆可制备其他具有装饰性能的高耐候涂料。

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