氟碳涂料與環氧中涂漆配套性的研究

發布日期:2010/3/17 21:00:24

摘要:敘述了漆膜附著的基本原理,簡要介紹了氟碳涂料的配套應用方案,探討了交聯度、 溶劑組成、附著力促進劑等因素對涂層層間附著力的影響。
    關鍵詞:氟碳涂料;環氧中涂漆;層間附著力
    0 前言
    氟碳涂料具有優異的耐候性、防腐性,良好的耐化學品性和優秀的機械性能,突出的裝飾性能,因此,從大型的鋼結構建筑到高檔樓宇、橋梁、石油化工、交通運輸、港口機械、大型變壓器等的涂裝,其應用領域非常廣泛。
    氟碳涂料通過與防腐性能優異的各類底漆配套,構成的長效型防腐配套涂層,使用年限可以達到 15 年以上。配套底漆多采用無機富鋅底漆和環氧富鋅底漆,中間漆采用環氧云鐵中涂漆,通過云母氧化鐵和鋁粉漿增強涂層的屏蔽效應,提高涂層的整體防腐效果。
    在實際應用中,配套涂料都是低溫交聯固化型涂料,使用時受施工條件的影響,有時會出現涂層間漆膜脫落現象,即出現涂層間附著力不良的問題。通常可以對固化的環氧云鐵中涂漆表面進行打磨,以改善中涂漆過于光滑、堅硬的表面,增加中涂漆的粗糙度,從而改進層間附著力。
    本文主要探討了通過調整氟碳涂料、環氧中涂漆的配方,來改進涂料的層間附著力問題。
    1 附著機理
    漆膜的附著機理:機械附著和化學附著。
    機械附著:當涂料施工于含有孔、洞、裂隙的基材上時,涂料能夠滲透進去,即“機械錨定作用”。對基材進行噴砂處理屬于這種機理,通過機械打磨方法增加基材的表面粗糙度,擴大了涂料和基材的界面面積,提高了涂料對基材的滲透率、潤濕性,有利于涂料附著力的提高 [1] 。
    化學附著:通過分子間靜電力、范德華力、氫鍵等化學力作用,使涂料對基材表面產生附著性。漆膜層間附著要求面涂層聚合物的極性接近底層表面的極性:即面涂層成膜物質的反應基團,如— OH 或者— COOH 與底層表面過剩的基團之間相互結合,可以比較形象地稱之為“橋接效應”。
    2 實驗部分
    2.1 原材料
    環氧樹脂 E 20 ;環氧固化劑 3915 ,殼牌,胺值 220~240 mgKOH/g ;氟樹脂 F 100 ,大連振邦,固體含量 53% ,氟含量 22% ,羥基含量 1.2%~1.8% ; N 75 ,拜耳公司, NCO 含量 16.5 %; N 3375 ,拜耳公司, NCO 含量 16.0 %; DBF-1 促進樹脂,國產,固體含量( 50 ± 2 ) % ,羥值( 100 ± 6 ) mgKOH/g ; LTW 附著力促進樹脂,德國 Degussa-H ü ls 公司,固含量 59%~61% ,羥值 30 mgKOH/g ; 高沸點溶劑 DBE ,美國; PMA (聚酰胺樹脂),國產。
    2.2 樣板制備
    150 mm × 70 mm × 1 mm 鋼板,先噴涂環氧云鐵中涂漆 1 道( 50~60 μ m ), 80 ℃ 烘箱烘烤 1 h ,室溫冷卻后,再噴涂氟碳面漆( 50~60 μ m ), 80 ℃ 烘箱烘烤 1 h ,冷卻后備檢。
    2.3 性能檢測
    采用標準 GB/T 9286 - 1998 《色漆和清漆漆膜的劃格試驗》來考察漆膜的層間附著情況。選擇刀刃間距為 2 mm 的劃格刀,切割完畢后,用軟毛刷沿切割圖形輕掃,然后施加膠粘帶,在貼上膠粘帶 5 min 內,將其撕離,觀察漆膜脫落情況。 
    3 結果與討論
    3.1 環氧云鐵中涂漆
    3.1.1 顏填料的影響
    環氧云鐵中涂漆是以片狀的云母氧化鐵為主體,添加粒徑較大的體質填料,經過高速分散混合而成。選用的灰色云母氧化鐵呈鱗片狀,其均勻地分散于涂層內,能有效阻擋外來介質對涂層的滲透,延長了介質的滲透時間,可以有效地發揮涂料的物理防銹作用。添加了粒徑較大的體質填料,在改善涂料貯存性能、降低配方成本的同時,使得中涂漆形成不光滑的,具有一定粗糙度的表面,有利于面漆的滲透,提高中涂漆和面漆之間的結合力。
    3.1.2 環氧樹脂的影響
    由于固體環氧樹脂具有一定的羥基含量,預留的活性— OH 可以和面漆中的— NCO 反應,即通過底層涂料與面層涂料之間的基團反應,獲得較好的附著力。
    3.1.3 固化交聯密度的影響
    選用相對分子質量 900 的環氧樹脂,與聚酰胺樹脂交聯固化。環氧樹脂與聚酰胺樹脂的配比范圍比較大,聚酰胺樹脂的用量一般為環氧樹脂的 30%~100% 。聚酰胺樹脂分子結構中含有較長的碳鏈和反應基團,可以賦予漆膜很好的彈性和附著力,它不但是環氧樹脂良好的固化劑,也是一種良好的活性增韌劑,能使環氧樹脂涂料長期保持韌性 [ 2 ]。通過對環氧樹脂與聚酰胺樹脂不同的交聯密度試驗,考察了對漆膜的機械性能、耐介質性能以及層間附著力的影響,綜合評價確定了環氧樹脂與聚酰胺樹脂的配比。環氧樹脂與聚酰胺樹脂的配比對漆膜性能及層間附著力的影響見表 1 。 
    表 1 環氧樹脂與聚酰胺樹脂的配比對漆膜性能及層間附著力的影響 
                   
    由表 1 可見:聚酰胺樹脂用量對漆膜的硬度、層間附著力、耐鹽水性能均有一定影響,在兩組分配比為 6 ∶ 1~7 ∶ 1 之間漆膜性能最好,同時與氟碳面漆的配套性也好。
    3.2 氟碳涂料
    3.2.1 交聯密度的影響
    兼顧氟碳面漆的防腐性能、老化性能,在氟碳面漆的配方設計中,選擇— NCO 與— OH 當量比在 1.05~1.15 的范圍內。過量的— NCO 用于與環氧云鐵中涂漆的活性— OH 反應,使兩涂層中間產生化學鍵的結合,從而有利于涂層間的附著。固化劑選用 N 75 ,因縮二脲比三聚體柔韌性好, N 75 稍過量有利于改善漆膜的柔韌性。氟碳面漆交聯密度對漆膜性能及層間附著力的影響見表 2 。
    表 2 氟碳面漆交聯密度對漆膜性能及層間附著力的影響 
          
    3.2.2 潤濕分散劑的影響
    面涂層聚合物分子具有一定的流動性,可以更好地潤濕底層,當兩者分子間達到一定距離時,依賴范德華力或氫鍵的作用而產生附著平衡。
    通過添加基材潤濕劑,可以降低涂料的表面張力,提高潤濕效率,有利于面漆在中涂漆表面的鋪展,增加面漆和中涂漆的吸附點,從而獲得較好的附著力 [3] 。
    3.2.3 附著力促進劑的影響
    分別選用了 DBF-1 促進樹脂、 LTW 附著力促進樹脂進行比較。 DBF-1 促進樹脂是一種改性丙烯酸樹脂,分子結構中含有一定量的羥基、羧基和其它的極性基團,羥基的引入主要考慮到對漆膜的交聯密度和機械性能的影響,羧基用來改善促進樹脂與氟樹脂的相容性、與顏料的潤濕性及與底材的附著力,極性基團的引入主要是改善漆膜與底材的潤濕性能和提高附著力 [4] 。
    兩者對附著力均有改善, DBF-1 促進樹脂與振邦氟樹脂的相容性要優于 LTW 附著力促進樹脂。同時,還必須考察附著力促進樹脂對氟碳涂料綜合性能的影響,選擇合適的用量。
    3.2.4 溶劑的影響
    在氟碳面漆中添加適量溶解力強、揮發速度低、安全無毒的 DBE 以及對環氧樹脂溶解力優良的醇醚類溶劑,第一可以提高面漆對中涂漆的溶脹度,延長面漆分子鏈的擴散時間;第二可以提高氟碳面漆的流動性、潤濕滲透性,改善漆膜缺陷,有利于提高漆膜層間附著力。
    4 結語
    附著力是評判涂料性能的一個重要技術指標,直接影響涂料的防護性能和使用壽命。可以通過增強底、面涂層的“橋接效應”、以及調整溶劑體系、添加附著力促進劑等方法,有效提高涂料的附著力。涂料應用中,嚴格按照涂料涂裝工藝要求進行施工:如對基材的表面處理、涂層施工間隔的控制等,規范涂裝操作,以確保獲得優良的復合涂層,從而有效發揮涂料的保護和裝飾作用。

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