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热固性氟粉末涂料的制备及其应用研究

信息来源:paintkey.com  时间:2011-10-24  浏览次数:205

  摘要:采用溶液沉淀聚合工艺,制备以三氟氯乙烯为主要共聚单体热固性氟粉末树脂,分析探讨树脂结构设计及各组分影响,介绍了热固性氟粉末涂料耐酸碱、盐雾、老化等性能试验结果,最后针对应用于不同金属基材的表面处理工艺做了探索性研究。
  关键词:热固性氟粉末涂料 制备 应用研究
  中图分类号:TG174.46? 文献标识码:A? 文章编号:1008-7818(2010)05-0082-06
  1引言
  在粉末涂料中,与热固性环氧、丙烯酸及聚酯粉末涂料相比,热固性氟粉末涂料颜料分散性优异,烘烤温度和涂装工艺与普通粉末涂料相似,具有优异的耐化学性、耐候性及高装饰性,在国内应该具有很好的市场发展潜力。
  考虑到热固性氟粉末涂料的优异综合性能,我们进行了热固性氟粉末树脂及涂料的合成制备研究,应用溶液沉淀聚合体系[1],合成出具有优良储存稳定性的热固性氟粉末涂料树脂,用其制备氟粉末涂料具有优异的耐候性、耐酸碱性、耐盐雾性等。
  2实验部分
  2.1原料
  溶剂:含氟卤代烷烃(纯度≥99.0%);去离子水。
  单体:A:三氟氯乙烯;B:链烷酸乙烯酯;C:羟烷基乙烯基醚;D:功能性改性单体;E:烷基烯酸,以上五种单体纯度≥99.0%。引发剂:过氧化二异丁酰。
  2.2溶液沉淀聚合工艺过程采用2L带有电磁搅拌的高压反应釜,釜内设有夹套加热和冷却装置,釜外壁附有电加热装置。实验前高压反应釜抽真空脱氧,釜内氧气浓度小于45×10-6,接着加入混合溶剂、单体B、C、D、E,釜内用高纯氮气置换两次,通入单体A,一边搅拌,一边缓慢加热升温,当温度升到35℃时,用高压计量泵加入引发剂,维持反应温度在33~37℃之间,4h后用水冷却高压釜停止反应,排出反应釜中残留的未反应单体。在高压釜上连接减压蒸馏装置,向釜中分两次加入一定量去离子水,一边慢慢加热,一边缓慢搅拌,维持釜内温度在30℃,釜内真空度保持在-0.1MPa,减压蒸馏脱除回收溶剂,之后,冷却至室温,过滤,干燥,得到颗粒状聚合物。
  2.3热固性氟粉末涂料的制备及涂膜性能检测
  合成热固性氟粉末涂料树脂,根据计算加入需要量封闭异氰酸酯固化剂BF1540(Degussa公司生产)、钛白粉(杜邦公司生产)、流平剂、安息香等,在预混罐中进行预混合,然后放入双螺杆挤出机(烟台东辉公司生产)熔融挤出,挤出温度110℃-120℃,粉碎后,用200目筛网过筛,得到氟粉末涂料。
  配制好的氟粉末涂料采用静电喷涂施工工艺,烘烤固化成膜,烘烤温度:190℃×20min,按相应国标检测各项物理化学性能。
  3结果与讨论
  3.1聚合工艺设计选择[2]
  一般来讲,在自由基引发剂存在条件下,30-100℃之间,通过溶液聚合,乳液聚合或悬浮聚合进行共聚反应均可制备得到热固性氟粉末树脂。采用溶液聚合工艺时,制得共聚物树脂溶解在溶液中,通过沉淀剂进行沉淀,树脂从溶液中分离、干燥。采用乳液聚合或悬浮聚合时,制得共聚物树脂从乳液或悬浮液中分离、水洗、干燥。
  通过大量试验我们发现,采用溶液沉淀聚合的方法,聚合工艺简单、稳定,反应转化率、相对分子质量大小及其分布容易控制,用此方法制备热固性氟粉末树脂较适用于粉末涂料。
  3.2聚合反应引发剂选择
  合成热固性粉末氟树脂聚合体系为溶液沉淀体系,一般选用油溶性引发剂,如偶氮化合物和有机过氧化物等。经验证明,用有机过氧化物引发剂制得氟粉末树脂热稳定性较高。
  3.3聚合反应溶剂选择
  氟粉末树脂合成过程中,在保证树脂聚合过程顺利实施的同时,尽量选择沸点较低和挥发性较强的溶剂,减少后期在固体树脂中的溶剂残留量。
  应用溶液沉淀聚合制备氟粉末树脂时,可以选用氟氯烷烃、水、甲醇、乙醇、正丁醇、叔丁醇、异丁醇等氟树脂的劣溶剂,也可以两种或两种以上溶剂混合使用,以便获得更好的沉淀效果。
  3.4树脂结构设计、单体选择及各组分作用
  粉末涂料用氟树脂[3],除了具备氟树脂的通用性能外,必须要有良好的储存稳定性、流动性、高温耐黄变性和易加工应用性能等,因此热固性氟粉末树脂相比于溶剂型FEVE氟树脂,在工艺配方组成研究和选择上是具有相当难度的。
  根据粉末涂料对基料树脂性能指标要求,设计树脂共聚链段是由单体A:三氟氯乙烯;B:链烷酸乙烯基酯;C:羟烷基乙烯基醚;D:功能性改性单体组成;E:烷基烯酸,共计5种反应单体共聚而成。
  树脂中来自三氟氯乙烯链段的含量占47.0~55.0摩尔%,如果来自三氟氯乙烯的链段的含量小于47.0摩尔%,共聚物的耐候性将降低,如果来自三氟氯乙烯的链段的含量大于55.0摩尔%,则共聚物的光泽下降,对颜料、助剂、固化剂等的润湿分散性,相溶性下降,导致涂膜性能下降。
  树脂中链烷酸乙烯基酯链段的含量占10.0~30.0摩尔%,主要作用降低树脂结晶度和增加树脂熔融流动性。
  树脂中功能性改性单体链段含量占10.0~25.0摩尔%。在试验中发现,在共聚体系中加入功能性改性单体,一方面可以提高树脂的玻璃化温度,进而提高树脂储存稳定性。另一方面,该功能性单体与三氟氯乙烯和其他单体有很好的共聚性,使整个共聚链段的交替性提高,提高了氟粉末涂料树脂的耐候性,耐化学腐蚀性。
  树脂中羟烷基乙烯基醚链段的含量占10.0~15.0摩尔%。含量低于10.0摩尔%,树脂与固化剂交联度不够,涂膜耐溶剂性,柔韧性等性能较差;含量高于15.0摩尔%,树脂生产成本提高,涂膜耐候性下降。
  树脂中烷基烯酸链段的含量为0.5~2.5摩尔%,含量小于0.5摩尔%,树脂与助剂、固化剂的相溶性较差,对颜料的润湿分散性较差;含量大于2.5摩尔%时,树脂的酸值过高,引起涂膜外观和物理机械性能的下降。
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