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橋梁低溫抗沖擊氟碳涂料的設計,試驗使用三氟FEVE樹脂和特殊結構的異氰酸酯進行配合
2019年09月12日    閱讀量:4930    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿


0 前言

涂料組成主要包含成膜物質、顏料、溶劑和助劑,其中成膜物質是涂料的基礎,它具有黏結涂料中其他組分形成涂膜的功能,對涂料和涂膜的性質起決定性的作用。現代涂料,多以樹脂作為成膜物質。樹脂,通指未經過加工的高分子聚合物,具有高分子聚合物的一般特性中國建材網cnprofit.com


在低溫環境下,樹脂分子的活動能力被降低,分子鏈段運動變得困難,樹脂失去黏彈性,屈服應力變高,在外力作用下,更容易發生斷裂情況[2]。這個特性對于涂料而言,就意味著,隨著溫度的降低,涂膜的抗彎曲、抗沖擊性能也隨之變差。


中國北方地區,冬季溫度可降至-30~-20 ℃,在這種氣候條件下,普通的橋梁涂料,物理性能變得很差,在受到如車輛激起的碎石等外力沖擊下,涂膜很容易發生開裂、脫落現象,而在這些破裂點,鋼鐵底材因失去涂層的保護,將直接受到雨水、氧等腐蝕介質的影響,產生銹蝕并逐漸擴散。


針對這一問題,設計開發出了具有柔性特征的氟碳涂料,其涂膜不但具有出色的耐候性和耐沾污性,更具有優異的柔韌性,即使在低溫環境下,抗沖擊能力也非常好,作為橋梁用高端防腐面漆有很好的應用前景。


1 試驗部分

1.1 基礎配方

1.1.1 主劑(見表1)

抗沖擊氟碳涂料主劑配方

橋梁低溫抗沖擊氟碳涂料的設計,試驗使用三氟FEVE樹脂和特殊結構的異氰酸酯進行配合 中國建材網,cnprofit.com

1.1.2 固化劑(見表2)

抗沖擊氟碳涂料固化劑配方

1.2 生產工藝

前煉投料→高速分散→砂磨→調和→調色→調整→檢驗→包裝

 

2 結果與討論

2.1 配方討論

2.1.1 氟碳樹脂的選擇

目前常規防腐領域,氟碳涂料的主成膜樹脂多選用FEVE類型,蓋因其具有常溫可溶解、高光澤、耐候性、耐化性突出、抗沾污性強的特點。按照含氟單元的種類來區分,FEVE氟碳樹脂主要有四氟FEVE和三氟FEVE2種[3]。在配方設計時,經過對比選擇,最終選擇三氟FEVE作為主成膜樹脂。它具有以下幾個優點:

(1)具有更高的光澤,涂料成品表面效果更佳。

(2)與助劑的相容性更好,所以在配方設計時,原料選擇面更大,設計性能可以更加理想。

對抗沖擊氟碳涂料進行QUV-B加速老化試驗,從測試結果可見,在3 000 h加速老化后,涂膜的保光性仍然保持在95%以上,與常規氟碳涂料相當,耐候性非常優越,見表3、圖1。

耐候性對比表

橋梁低溫抗沖擊氟碳涂料的設計,試驗使用三氟FEVE樹脂和特殊結構的異氰酸酯進行配合 中國建材網,cnprofit.com

耐候性對比圖

2.1.2 固化劑的選擇

在抗沖擊氟碳涂料中,主劑中的FEVE氟碳樹脂提供了優異的耐候、耐化學、抗沾污性能,而涂料良好的柔韌性,則是由主劑與特殊結構的異氰酸酯固化劑相互交聯后而產生的。在測試對比后,最終選擇了德國拜耳公司的HDI型彈性異氰酸酯作為固化劑,通過黏彈性測試可見,抗沖擊氟碳涂料涂膜既柔且韌,50 μm膜厚單膜延伸率達到70%以上,遠超普通氟碳涂料和聚氨酯涂料(見圖2、表4)。

黏彈性對比圖

橋梁低溫抗沖擊氟碳涂料的設計,試驗使用三氟FEVE樹脂和特殊結構的異氰酸酯進行配合 中國建材網,cnprofit.com

延伸率對比



2.1.3 分散劑的選擇

在抗沖擊氟碳涂料配方設計時,分散劑的選擇是非常重要的一個環節。分散劑既需要和氟碳樹脂有著良好的相容性,同時對顏料也要有很好的潤濕、穩定效果。由于抗沖擊氟碳涂料主要應用于大型防腐項目,其生產特點是產量大、顏色種類多,多數情況是有機顏料和無機顏料同時進行分散研磨,故在配方設計上,選用傳統型分散劑和高分子分散劑搭配使用的方式。通過分散劑正確的選擇搭配,生產出的抗沖擊氟碳涂料光澤高,顏色鮮艷、穩定,具有良好的裝飾和保護效果。

2.1.4 顏料的選擇

顏料是涂料的重要組成部分,高品質的顏料,其作用不僅僅是提供色彩和裝飾性,更重要的是改善涂料的物理化學性能,提高涂膜的機械強度、附著力、防腐性能、耐光性和耐候性。


顏料選取的正確與否,直接影響到抗沖擊氟碳涂料耐候性的優劣,不恰的顏料,不但會使抗沖擊氟碳涂料出現保光不保色的現象,更會加速樹脂的粉化,降低涂料的耐候性能。以鈦白粉顏料為例,即使都是金紅石型的鈦白粉,選用普通型或者高耐候型種類,涂膜的耐候性也有很大的區別。


從圖3的3 000 h QUV-B加速老化試驗結果看,使用普通金紅石型鈦白粉的抗沖擊氟碳涂料保光率只達到50%左右,而使用高耐候金紅石型鈦白粉的抗沖擊氟碳涂料,保光率在80%以上,兩者差別非常明顯。因此,在抗沖擊氟碳涂料配方設計時,選取了進口高耐候金紅石型鈦白粉及其他高耐候性的顏料,以確保涂料長期的保光保色效果。

不同鈦白粉加速老化保光率對比圖

橋梁低溫抗沖擊氟碳涂料的設計,試驗使用三氟FEVE樹脂和特殊結構的異氰酸酯進行配合 中國建材網,cnprofit.com

2.2 配方性能討論

2.2.1 常規性能(見表5)

常規性能數據表

橋梁低溫抗沖擊氟碳涂料的設計,試驗使用三氟FEVE樹脂和特殊結構的異氰酸酯進行配合 中國建材網,cnprofit.com

2.2.2 低溫附著力、彎曲、沖擊性能

抗沖擊氟碳涂料的特殊結構,使其在低溫情況下仍然保持著良好的柔韌性。將聚氨酯涂料、普通氟碳涂料、抗沖擊氟碳涂料分別制板后,放入-40 ℃的冷柜進行冷凍,1 h后取出,即刻按照國標進行劃格附著力、彎曲、沖擊試驗,試驗結果見表6。

低溫彎曲性能對比

橋梁低溫抗沖擊氟碳涂料的設計,試驗使用三氟FEVE樹脂和特殊結構的異氰酸酯進行配合 中國建材網,cnprofit.com

在-40 ℃的環境下,經過50 cm高、1 000 g落錘的沖擊,聚氨酯涂料的沖擊點出現了明顯的碎裂;普通氟碳涂料的情況要稍好些,但在沖擊點底部還是出現了一定的開裂現象;抗沖擊氟碳涂料則在沖擊后涂膜完好無損,表現出了優異的低溫抗沖擊性能。同樣,在低溫環境下,抗沖擊氟碳涂料的附著力、彎曲性能也均好于其他兩種對比涂料。

2.2.3 耐沾污性能

抗沖擊氟碳涂料同普通氟碳涂料一樣,在保持突出耐候性的同時,同樣具有非常好的耐沾污能力。對比在戶外曝曬4 a的樣板可見(見圖4),聚氨酯涂料表面污染情況嚴重,即使用抹布蘸清水擦拭,涂料表面的污染物仍然附著牢固,很難被清洗干凈;而抗沖擊氟碳和普通氟碳涂料,在長時間的戶外曝曬后,表面依然十分光潔,涂膜平整,污染物用抹布可以輕松除去,耐沾污能力明顯高于聚氨酯涂料。

低溫彎曲性能對比

橋梁低溫抗沖擊氟碳涂料的設計,試驗使用三氟FEVE樹脂和特殊結構的異氰酸酯進行配合 中國建材網,cnprofit.com

抗沖擊氟碳涂料之所以有優異的抗沾污能力,主要是由它選用的成膜樹脂的結構特性所決定。抗沖擊氟碳涂料的成膜樹脂為FEVE樹脂,其含有高鍵能的F—C鍵,紫外線難以破壞,所以在戶外長期曝曬下,涂膜表面不粉化,光潔平整。另外,FEVE樹脂的特殊結構,還使得抗沖擊氟碳的涂膜表面能非常低,具有拒水拒油的雙重效果。正是具有以上特性,使污染物難以在抗沖擊氟碳涂膜表面吸附,即使依附了也無法結合緊密,不能滲透到涂膜內部,可輕松將其從涂膜表面清洗除去。

 

3 結語

抗沖擊氟碳涂料具有出色的耐候性和抗沾污效果,由于選用了特殊結構的異氰酸酯作為固化劑,所以涂膜還具有優異的柔韌性,即使在低溫下抗沖擊能力依然保持良好,非常適合在北方低溫環境中作為高端耐候型面漆在橋梁等大型戶外建筑上使用。另外,其較高的延展性,也使抗沖擊氟碳涂料可涂裝在混凝土這類易開裂基材上,作為防護涂料有著很好的應用前景。


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