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一種新型超耐候防腐粉末涂料的研制
本文根據(jù)氟碳樹脂的遷移上浮分層原理,用于混法制備了一種新型超耐候防腐粉末涂料,探討了超耐候氟碳“面粉”和環(huán)氧“底粉”的不同比例干混所得涂層的表現(xiàn)情況、機(jī)械性能、人工加速老化等性能。
1 引言
環(huán)氧粉末涂料為上世紀(jì)60年代開發(fā)的熱固性粉末涂料。其成膜物質(zhì)環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能,涂膜對底材有較好的附著力,電絕緣性好,且耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)良?,F(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于化工、電器、儀表、機(jī)械及運(yùn)輸管道的內(nèi)外防腐,在防腐涂料中占據(jù)主導(dǎo)地位。但是,由于環(huán)氧樹脂本身的特性,環(huán)氧粉末涂料在實(shí)際應(yīng)用中耐候性較差、涂膜易粉化,不宜用作戶外涂裝,限制了環(huán)氧粉末涂料應(yīng)用。目前在要求耐候的防腐領(lǐng)域,一般采用雙層噴涂的方法,即底層防腐涂層,面層耐候涂層,但是此方法實(shí)際生產(chǎn)工序和過程控制都較為復(fù)雜,也容易出現(xiàn)層間附著力不好,表面發(fā)花等情況。
氟碳樹脂中含有較強(qiáng)鍵能的C-F鍵,極化率低,且氟原子半徑小,因此氟碳粉末(FC-C)涂層具有優(yōu)異的耐候性、耐腐蝕性、耐化學(xué)藥品性、耐玷污性、低表面張力以及疏水、疏油性等特殊表面性能。但純氟碳粉末涂料成本較高,且涂料機(jī)械性能和附著力稍差,其應(yīng)用受到了很大的限制。
本文將氟碳粉末與環(huán)氧粉末干混,利用氟碳樹脂的遷移上浮分層原理,制備了既耐候又防腐,且機(jī)械性能和附著力較好的氟碳環(huán)氧粉末涂料。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1實(shí)驗(yàn)原理
環(huán)氧粉末與氟碳粉末形容性有一定差異,兩者相容性較差時表面易出現(xiàn)缺陷,相容性太好時不利于氟碳粉的上浮,目前氟碳粉末品種較單一,而環(huán)氧粉末的可選擇性較大,因而實(shí)驗(yàn)時宜選擇與氟碳粉相容性稍差的環(huán)氧粉末。
干混體系起始反應(yīng)溫度對上浮也有較大影響。起始反應(yīng)溫度較高時,在反應(yīng)開始前會有充分時間讓FC-C遷移上浮,F(xiàn)C-C起始反應(yīng)溫度較高,為170℃,因而實(shí)驗(yàn)中選擇起始反應(yīng)溫度較高的EP-C即可。本文選擇的是雙氰胺固化劑,雙氰胺在150℃時開始與環(huán)氧反應(yīng),且此溫度下反應(yīng)速度很慢,熔融體系有足夠的時間讓FC-C遷移上浮。
黏度也是一個重要的影響因素,實(shí)驗(yàn)中宜選擇黏度較低的環(huán)氧粉末。
2.2實(shí)驗(yàn)原料
環(huán)氧樹脂(E-12):中國石化,CYD-014U
氟碳樹脂:旭哨子LUMIFLONLF-701F(也可選用華通瑞馳的SRF-750P)
鈦白粉:杜邦R960
雙氰胺(固化劑)、超細(xì)硫酸鋇、流平劑(TROY-486)、超耐候炭黑FW-200、結(jié)晶安息香
2.3主要設(shè)備
雙螺桿擠出機(jī)(SLJ-30A)、高速粉碎機(jī)、高壓靜電噴槍、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。
2.4實(shí)驗(yàn)配方體系設(shè)計(jì)
2.5制粉及涂膜制備
按兩個配方所列分別稱量原材料,各自預(yù)混合后分別經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出壓制成薄片,設(shè)定I區(qū)溫度為:85-105℃;II區(qū)為:100-120℃。冷卻后用高速粉碎機(jī)粉碎,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)篩過篩,分別制得FC-C和EP-C粉末。所得粉末以不同預(yù)定比例干混均勻后用高壓靜電噴槍噴涂樣板,將樣板放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱200℃/20min固化后取出,冷卻至室溫待測。
3 結(jié)果與討論
3.1干混體系配比選擇和相應(yīng)涂膜表面照片
3.2涂膜表面和力學(xué)性能
由圖1和表5可知,F(xiàn)C-C上浮明顯,圖1(2#)混有10%的白色FC-C的干混面表面大部分是白色;(4#)30%的FC-C已經(jīng)能夠遷移上浮成連續(xù)粉面,零星的黑點(diǎn)部位用放大鏡也能觀察到表面上罩有一層較薄的白色涂層,只是由于白色涂層稍薄,不足以遮蓋底層的黑色涂層;(5#)40%的FC-C含量的表面已看不到黑色點(diǎn),說明表層已經(jīng)是連續(xù)的FC-C涂層。本實(shí)驗(yàn)是為凸顯上浮效果而選擇了對比較明顯的黑白色,實(shí)際生產(chǎn)中可做簡易調(diào)整而做到表面顏色一致。
表5還能看出干混涂層的附著力和抗沖擊強(qiáng)度相比純氟碳涂層有了極大的提升,且與純環(huán)氧涂層沒有區(qū)別,說明底層是較為連續(xù)的EP-C涂層。綜上,可以判定FC-C和EP-C干混體系中,F(xiàn)C-C成功遷移上浮,形成連續(xù)的FC-C涂層,而底層則是連續(xù)的EP-C涂層。
3.3涂層的加速老化性能
我們還對比測試了涂層5#和6#的人工加速老化性能,由圖2中可以看出5#和6#涂層的QUV-B人工加速老化結(jié)果沒有明顯區(qū)別,這印證了表5和圖1的結(jié)果,即固化過程中FC-C遷移上浮并形成了連續(xù)的FC-C圖層。
4 結(jié)論
(1)干混配方中氟碳成分成功的遷移上浮,且不到40%的氟碳粉干混量就能形成表層連續(xù)的耐候氟碳層,底層防腐環(huán)氧層的分層涂層;
(2)干混體系的附著力和抗沖擊強(qiáng)度提升很大,與純環(huán)氧相當(dāng);
(3)40%的氟碳粉干混涂層與純氟碳涂層的人工加速老化性能相當(dāng)。
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