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        橋樑低溫抗衝擊氟碳塗料的設計,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:11477    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿


        0 前言

        塗料組成主要包含成膜物質、顏料、溶劑和助劑,其中成膜物質是塗料的基礎,它具有黏結塗料中其他組分形成塗膜的功能,對塗料和塗膜的性質起決定性的作用。現代塗料,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]。這個特性對於塗料而言,就意味著,隨著溫度的降低,塗膜的抗彎曲、抗衝擊性能也隨之變差。


        中國北方地區,冬季溫度可降至-30~-20 ℃,在這種氣候條件下,普通的橋樑塗料,物理性能變得很差,在受到如車輛激起的碎石等外力衝擊下,塗膜很容易發生開裂、脫落現象,而在這些破裂點,鋼鐵底材因失去塗層的保護,將直接受到雨水、氧等腐蝕介質的影響,產生鏽蝕並逐漸擴散。


        針對這一問題,設計開發出了具有柔性特徵的氟碳塗料,其塗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,抗衝擊能力也非常好,作為橋樑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)

        抗衝擊氟碳塗料主劑配方

        橋樑低溫抗衝擊氟碳塗料的設計,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)

        抗衝擊氟碳塗料固化劑配方

        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,氟碳塗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,塗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。

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

        耐候性對比表

        橋樑低溫抗衝擊氟碳塗料的設計,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

        在抗衝擊氟碳塗料中,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,而塗料良好的柔韌性,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,抗衝擊氟碳塗料塗膜既柔且韌,50 μm膜厚單膜延伸率達到70%以上,遠超普通氟碳塗料和聚氨酯塗料(見圖2、表4)。

        黏彈性對比圖

        橋樑低溫抗衝擊氟碳塗料的設計,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

        在抗衝擊氟碳塗料配方設計時,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。由於抗衝擊氟碳塗料主要應用於大型防腐項目,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,生產出的抗衝擊氟碳塗料光澤高,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

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


        顏料選取的正確與否,直接影響到抗衝擊氟碳塗料耐候性的優劣,不恰的顏料,不但會使抗衝擊氟碳塗料出現保光不保色的現象,更會加速樹脂的粉化,降低塗料的耐候性能。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,塗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衝擊氟碳塗料保光率只達到50%左右,而使用高耐候金紅石型鈦白粉的抗衝擊氟碳塗料,保光率在80%以上,兩者差別非常明顯。因此,在抗衝擊氟碳塗料配方設計時,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,以確保塗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

        橋樑低溫抗衝擊氟碳塗料的設計,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

        橋樑低溫抗衝擊氟碳塗料的設計,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、衝擊性能

        抗衝擊氟碳塗料的特殊結構,使其在低溫情況下仍然保持著良好的柔韌性。將聚氨酯塗料、普通氟碳塗料、抗衝擊氟碳塗料分別制板后,放入-40 ℃的冷櫃進行冷凍,1 h后取出,即刻按照國標進行划格附著力、彎曲、衝擊試驗,試驗結果見表6。

        低溫彎曲性能對比

        橋樑低溫抗衝擊氟碳塗料的設計,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落錘的衝擊,聚氨酯塗料的衝擊點出現了明顯的碎裂;普通氟碳塗料的情況要稍好些,但在衝擊點底部還是出現了一定的開裂現象;抗衝擊氟碳塗料則在衝擊后塗膜完好無損,表現出了優異的低溫抗衝擊性能。同樣,在低溫環境下,抗衝擊氟碳塗料的附著力、彎曲性能也均好於其他兩種對比塗料。

        2.2.3 耐沾污性能

        抗衝擊氟碳塗料同普通氟碳塗料一樣,在保持突出耐候性的同時,同樣具有非常好的耐沾污能力。對比在戶外曝晒4 a的樣板可見(見圖4),聚氨酯塗料表面污染情況嚴重,即使用抹布蘸清水擦拭,塗料表面的污染物仍然附著牢固,很難被清洗乾淨;而抗衝擊氟碳和普通氟碳塗料,在長時間的戶外曝晒后,表面依然十分光潔,塗膜平整,污染物用抹布可以輕鬆除去,耐沾污能力明顯高於聚氨酯塗料。

        低溫彎曲性能對比

        橋樑低溫抗衝擊氟碳塗料的設計,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

        抗衝擊氟碳塗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。抗衝擊氟碳塗料的成膜樹脂為FEVE樹脂,其含有高鍵能的F—C鍵,紫外線難以破壞,所以在戶外長期曝晒下,塗膜表面不粉化,光潔平整。另外,FEVE樹脂的特殊結構,還使得抗衝擊氟碳的塗膜表面能非常低,具有拒水拒油的雙重效果。正是具有以上特性,使污染物難以在抗衝擊氟碳塗膜表面吸附,即使依附了也無法結合緊密,不能滲透到塗膜內部,可輕鬆將其從塗膜表面清洗除去。

         

        3 結語

        抗衝擊氟碳塗料具有出色的耐候性和抗沾污效果,由於選用了特殊結構的異氰酸酯作為固化劑,所以塗膜還具有優異的柔韌性,即使在低溫下抗衝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樑等大型戶外建築上使用。另外,其較高的延展性,也使抗衝擊氟碳塗料可塗裝在混凝土這類易開裂基材上,作為防護塗料有著很好的應用前景。


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