环氧改性氟树脂涂料研究
施铭德

  摘 要 用环氧树脂改性偏二氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(氟树脂246),可以大大提高氟树脂在金属底材表面的附着力。实验结果表明:改性氟树脂涂料有良好的机械性能和耐有机溶剂性能,具有广泛的应用前景。
  关键词 氟树脂 涂料 改性 附着力

1 前 言

  含氟聚合物具有优异的耐腐蚀、耐候、耐化学品及耐高温、低温性能,因此,国外对氟树脂涂料的开发给予了很大的关注。随着含氟单体品种的开发,乳液型氟树脂涂料已用于建筑物的保护与装饰[1],特别是由于氟涂料表面的不粘附性和自清洁性能,最近又被用作高层建筑的免维护外墙涂料[2],具有广阔的应用前景。
  目前我国氟树脂涂料的研究也日益受到重视[3],我所组织开发研究的环氧改性氟树脂涂料采用偏二氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(俗称氟树脂246)为实验原料,用环氧树脂改性,提高了涂料的附着力和防腐蚀性能。

2 实验部分

  (1) 原料 偏二氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(氟树脂246),环氧树脂3#,环氧固化剂P。
  (2) 实验和测试方法 将氟树脂246按合适的比例溶于酮与酯的混合溶剂中,待充分溶解后按不同的比例与环氧树脂3#和环氧固化剂P混合,分别制成样板,用常规方法测试附着力等物理机械性能和防腐蚀性能;傅里叶变换红外(FT-IR)光谱则用Nicolet Impact 420红外仪测定。

3 结果与讨论

3.1 氟树脂246的基本特性
  
氟树脂246为偏二氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物弹性体,其结构可表示为:

g13.gif (1654 bytes)

这种树脂具有优异的耐高温性能,通常可在275 ℃下长期使用,并具有良好的化学稳定性。它不溶于甲苯、二甲苯等常规的芳香烃溶剂,也不溶于四氟化碳等含氯溶剂,但能溶于一般的酮类或酯类溶剂。
  由于氟树脂246结构中没有极性基团以及氟原子的特殊性质,实际上它对金属底材没有附着力,当溶剂挥发后,具有弹性的薄膜可以从金属底材上剥离下来,测定其断裂强度为98 MPa,断裂伸长大于250%,耐冲击性大于50 cm。为了提高其附着力,必须进行改性。

3.2 树脂的改性研究
  
环氧树脂改性氟树脂246在20 ml(10 wt%)氟树脂246的溶液中,加入不同量的环氧树脂3#溶液(10 wt%)和固化剂P,发现涂膜的附着力有明显提高,但加入量增加时发现相溶性不好,出现分层现象,结果见表1。

表1 环氧树脂和固化剂用量对附着力的影响
环氧树脂3#
(ml)
附着力(划圈法,级)
固化剂(0.2 ml)固化剂(0.3 ml)固化剂(0.4 ml)
0777
254~52*
44~53~41*
63~42~31*
8111*
10111*
151*1*1*
*:体系出现分层。

  从表1可以看出,随着环氧树脂用量的增加,附着力提高很快,可以达到1级,同时附着力也随着固化剂用量的增加而提高,但是固化剂用量增加时易出现不相溶现象,因此需仔细调节。
  氟树脂中分别加入环氧树脂、聚酯和固化剂,组成四组分混合体系,测定其在金属表面的附着力,结果见表2。

表2 四组分氟树脂附着力
氟树脂
(g)
固化剂P
(ml)
环氧树脂
(ml)
聚酯
(ml)
附着力(划圈法,级)
200.31012~3
---31
---51
---71
--515~6
---33~4
---51
---71
  从表2可以看出,四组分体系的材料具有较好的附着力,能够作为实用涂料使用,其原因可能是环氧和固化剂或环氧/聚酯/固化剂进行反应后形成交联聚合物网络,而氟聚合物大分子能缠结于该网络中,形成类似于半互穿聚合物的网络结构,从而大大提高其对底材的附着力。E. Benedetti等人在对氟树脂246与碳基化合物共混研究中发现,羰基与氟树脂结构中的氢原子间存在相互作用,导致在红外谱图中羰基的吸收峰向低波数方向移动。本实验测定了氟树脂、环氧/固化剂和氟树脂/环氧化/固化剂的红外光谱,其谱图见图。
t13.gif (6818 bytes)
图 氟树脂体系的红外光谱
a-氟树脂246 b-环氧/固化剂 c-氟树脂/环氧/固化剂

从c谱图发现在b谱图中加入氟树脂(a)后,羰基的吸收峰从2 276.1 cm-1移向2 276.4 cm-1,1 736.9 cm-1移向1 731.6 cm-1,说明氟树脂与环氧树脂/固化剂之间存在分子间的相互作用,这也将导致氟树脂对底材附着力的增加。
3.3 氟树脂涂料的性能测试
  将氟树脂涂料涂于打磨后的金属样板上,干燥36 h后测定涂膜的常规性能和耐有机溶剂性能,结果见表3和表4。

表3 氟树脂涂料的常规性能
检验项目性能测试方法
外观透明至微白目测
附着力(级)1~2划圈法QFZ-2
柔韧性(mm)1GB 1731-79
耐冲击性(cm)50GB 1732-79
硬度0.48QBY摆杆式硬度计
表干时间(h)<0.5
实干时间(h)<24
表4 耐有机溶剂性
浸泡时间(h)二甲苯乙醇(95%)200#汽油二氯乙烷
>240完好完好完好完好
  从上述结果可以看出,氟树脂246经环氧改性后,具有很好的附着力和耐有机溶剂性能,具有一定的应用前景。

作者单位:武汉高校新技术研究所(430072)

参考文献

1 日本专利公开,平成5-255633.
2 Nakaya T. Development of a Staining Preventive Coating for Architecture. Prong Organic Coatings,1996,27∶173
3 饶厚曾等. 有机氟涂料的研究.涂料工业,1996(2)∶4

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