【中国涂料采购网】常温固化氟碳涂料耐老化性能研究
于雪艳，陈正涛，李旭朝，肖玲，桂泰江
(海洋化工研究院海洋涂料国家重点实验室，山东青岛266071)
摘要:选择了4种氟碳树脂制备常温固化氟碳涂料，进行了物理机械性能测试，通过紫外光-冷凝法对涂层进行了加速老化试验。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微扫描电镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线能谱仪(EDX)等现代分析手段，结合涂层光泽的测定，对经过不同老化时间的涂层表面微观变化与涂层光泽保持率变化进行了对应性研究。比较了4种氟碳树脂涂料的耐老化性能，并对氟碳树脂耐老化性能进行了理论分析，结果表明:FEVE氟碳涂料具有优异的耐老化性;以更大交替性的醚类单体和位阻型大单体合成的FEVE氟碳树脂具有更优异的耐老化性能。
关键词:常温固化氟碳涂料;加速老化;耐老化性能;涂层表面分析;涂层光泽
中图分类号:TQ630.7+2 文献标识码:A 文章编号:0253-4312(2014)02-0021-07
目前，双组分常温固化聚氨酯涂料是大型户外钢结构、桥梁、航空航天、船舶等领域应用最为广泛、最重要的面漆。1982年日本旭硝子公司推出了商品名为“Lumiflon”的氟烯烃和乙烯基醚的共聚树脂，提供了在芳烃、酯类或酮类溶剂中可溶的含氟树脂，其可以与多异氰酸酯制成双组分产品，从而得到可常温交联固化的含氟聚氨酯涂料[1-2]。氟碳树脂中含有大量的C—F键，氟原子具有原子半径小、电负性大、极化率小的特征，C—F键中电子被紧紧束缚在原子核周围，使得氟化合物具有低表面能。以氟碳树脂为基础的涂料或经改性的涂料逐渐成为超长效防腐面漆研究的热点和最重要的品种之一[3-5]。
由于涂层长期暴露在大气环境中，涂层的耐老化性能和使用寿命预测一直是研究的重点。涂层的耐老化试验分天然老化试验和人工气候老化试验两种，天然老化试验需要相当长的时间才能得到有意义的结果。在过去40多年中，发展了各种涂层加速老化技术。这些加速实验方法模拟自然环境，如用高强度紫外光照射、盐雾等对样板进行加速老化，并尽量不改变涂层老化的机理，这些方法可在较短的实验时间内评价涂料体系的性能[6-10]。本研究通过紫外光-冷凝人工加速老化方法对涂层进行加速老化试验。
通过应用SEM、AFM、FT-IR、X-射线能谱仪等，初步研究了在涂层老化过程中，涂层表面形貌、化学基团等的变化，讨论涂层在老化降解过程中一些物理和化学变化，比较了4种氟碳涂料的耐老化性能。
1·试验
1.1 原材料
氟碳树脂:A树脂、B树脂、C树脂和D树脂，市售。固化剂:Desmodur N3390，Bayer公司。助剂:润湿分散剂、流平剂、消泡剂等，市售。颜料:二氧化钛等，市售。溶剂:甲基异丁基酮、醋酸丁酯、二甲苯等，市售。
1.2 涂料制备、分析测试仪器
(1)砂磨分散多用机:JSF-400上海现代环境工程技术有限公司。
(2)老化试验箱:Q-UV/SPRAY，UV-B荧光紫外灯，波长313nm，Q-PANAL公司。老化条件:紫外光照射60℃，8h，冷凝水50℃，4h循环。
(3)扫描电子显微镜(SEM):JEOL JSM-6700F，加速电压5kV，工作距离8mm，检测器为低位二次电子探头。
(4)傅里叶变换红外光谱(FT-IR):NicoletMagna-IR 750 SeriesII，采用其显微红外附件测试。
(5)原子力显微扫描电镜(AFM):NanoScope IIIMultiMode AFM(Digital Instruments)，扫描范围:10μm×10μm。
(6)X射线能谱仪:HitachiS-4300 with EDAXGENESISX射线能谱仪，加速电压15kV，扫描范围25μm×25μm。
1.3 样板制备
样板基材为马口铁板和冷轧钢板，手工除锈至St3级。马口铁板直接刷涂面漆，室温固化后测物理机械性能。
冷轧钢板上采用的涂层体系为:环氧聚酰胺底漆2道，干膜厚度约120μm;面漆为氟碳面漆2道，干膜厚度约为80μm，进行加速老化试验。
1.4 性能测试与仪器分析
按相关国标进行常规物理机械性能测试。加速老化试验按GB/T14522—2008《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速试验方法》紫外光-冷凝试验方法进行。在试验进行到不同时间进行相关测试。
2·结果与讨论
2.1 涂层物理机械性能测试结果
涂膜物理机械性能测试结果见表1。
表1 4种氟碳涂料物理机械性能测试结果
由测试结果看出，4种涂料的物理机械性能差别不大。
2.2 氟碳涂料耐老化性能分析比较
(1)氟碳涂料保光率
图1为加速老化过程中4种氟碳涂料光泽保持率的变化曲线。
图1 4种氟碳涂料老化过程中的光泽保持率变化曲线
由图1可以看出，在4种氟碳涂料中耐老化性能最好的是D树脂，A、B、C3种树脂2000h老化后的结果差别不明显，2000h以后A树脂优于B树脂、C树脂。