建筑涂料树脂合成工艺

2024-10-20

建筑涂料树脂合成工艺（精选7篇）

建筑涂料树脂合成工艺篇1

随着时代飞速发展,我国高等教育需要重新谋划,各级高校的发展方向及办学定位需要进一步确定,人才培养体系同样需要深化改革。目前,对于大多数高校来说,培养基础厚、专业宽、能力强、素质高的应用型人才培养体系基本明确,课程体系设置完全要服务于这一体系[1,2,3]。《建筑涂料树脂合成工艺》作为高分子材料专业化学建材方向的一门主要专业课,其教学要与应用型人才培养目标相一致。为此,教材教学内容体系、教学方法等需要进一步改革,以满足新时期培养具有国际视野一线工程师的应用技术人才需要[4,5]。

1《建筑涂料树脂合成工艺》课程特点

建筑涂料树脂合成工艺课程涵盖了有机化学、高分子物理、高分子化学、高聚物合成工艺学、涂料配方设计等多学科知识内容,内容较多,涵盖面广。要求学生应用以往所学的知识去掌握建筑涂料乃至特种功能涂料用树脂制备的基本原理、生产方法、工艺流程等。辅以涂料配方技术、涂料制备技术、施工技术及工艺等。

2 教学内容的改革

2. 1 教材的选用

地处长三角地区核心区的上海是中国的新材料使用、开发的重要基地之一,新材料行业是上海的支柱产业,上海应用技术学院立足于培养具有国际视野的一线工程师为己任。选用适合于培养应用型人才体系的教材可以使专业课授课更加通畅,经多年试用,最终确定选用闫福安主编的《涂料树脂合成及应用》为主要参考教材。该教材主要以涂料化学为中心,较为系统的介绍了涂料用树脂的制备原理及其改性方法。该教材的选用,大大提高教学效果。

2. 2 教学内容设置

人们对涂料及其树脂经过多年的开发,已经形成了高低搭配的产品模式。经过多年教学探索,最终教学内容以典型的醇酸树脂、聚酯树脂、丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅与有机氟改性的高分子等树脂及其涂料生产工艺为上课主要内容,辅以UV光固化涂料、卷材涂料及部分功能涂料为配合内容进行介绍。

近年来,随着国家和世界各项法律法规的出台,促进了节能、环保型水性涂料的快速发展。为此,在设置上特别增加了这部分内容,介绍了水性树脂材料有关的基础理论知识,水性树脂专用设备、水性涂料的制备工艺、性能及其涂装工艺等。课件中增加并详细介绍了水性丙烯酸、水性环氧、水性聚氨酯技术、水性醇酸、水性树脂纳米复合技术、UV固化水性树脂技术、水性树脂的改性技术、高性能水性树脂技术等。

3 教学方法探索

建筑涂料树脂合成工艺是重要的专业课,在教学方法上更应注重应用型人才的培养。

3. 1 教学特点

在建筑涂料树脂合成工艺教学过程中,始终围绕涂料体系这一理念,从主要成膜物质、次要成膜物质、辅助成膜物质等多相体系内容层层展开,着重突出主要成膜物质的特殊作用,讨论其结构- 性能间关系及改性方法,为设计、制备高性能的各种建筑涂料奠定基础。引导学生在学习过程中要不断的发挥想象力和创造力,能够做到举一反三,触类旁通。使其具备解决多种环境及工艺要求的高分子涂料配方及工艺条件的能力。

3. 2 多种形式教学方式并用

对于涂料用树脂合成工艺的教学,应随时了解学生关注和感兴趣的问题,可采取多种形式的教学方式。一是采取问答式教学,采用不断的对讲授的内容中关键问题进行提问的方式,启发学生对该类问题的思考,再进行解答的方法,带动学生对所授课内容的关注及思考,并通过回答的方式进行教授,取得了很好的授课效果。二是、开展课堂讨论,提升教学质量。大四本科学生已具备较强的阅读能力和自学能力。课本上的一些文字叙述性的内容,学生完全可以通过看书来掌握。课外的内容也可以通过小组协作的方式进行学习,并完成读书报告,制成ppt,在课堂进行交流。通过开展广泛的课堂讨论,使学生加深了认识,提高了学生读书、自学习惯,培养了学生的团队意思和协作精神,对于表达的提高尤为明显, “教”、 “学”质量大大提高。

3. 3 多媒体教学

建筑涂料树脂合成工艺不同于基础课和专业基础课,其教学内容中,聚合物分子结构图、交联固化原理、设备流程等图示内容多。多媒体课件的广泛采用可以使学生比较直观涂料用聚合物的制备过程、固化交联原理以及改性方法,采用动画表现的变化结构和工艺流程,效果比较明显。

3. 4 理论教学与实践环节相结合

建筑涂料树脂合成工艺涉及树脂的制备、涂料的研磨分散与配制等内容,实践性较强。在化学建材专业方向的人才培养体系中,一直与大型综合实验环节很好的结合,二者可形成理论- 实践知识体系。可以说这门课掌握的好与不好完全可以通过大型综合实验效果加以检验。大型综合实验环节主要包括以下一些内容: 设计涂料用树脂的配合设计、建筑涂料用丙烯酸酯乳液合成、乳液稳定性测定、乳液粘度测定、乳液固体含量测定、建筑涂料配方设计、建筑涂料配制、建筑涂料细度的测定、建筑涂料粘度测定、建筑涂料漆膜的制备等实验内容。学生通过学习建筑涂料树脂合成工艺的相关理论知识,运用于大型涂料实验环节中,对于指导实践作用巨大。

建筑涂料树脂合成工艺同时也与《建筑涂料工艺设计》紧密结合,学生运用所学的建筑涂料树脂的相关知识内容,针对两周的《建筑涂料工艺设计》对给定的设计任务集中设计配方、设计车间工艺流程,使学生对建筑涂料有了更加深刻的认识和了解。

通过上述环节的设置,很好的与建筑涂料树脂合成工艺形成了较完备的课程体系,具有较强的理论性,同时又具有一定的实践性,学生受益匪浅。

3. 5 依托行业、企业,大力发展应用技术

建筑涂料树脂合成工艺是一门工程性很强的课程,要求学生掌握涂料产品整个生产的基本流程、方法,如能依托行业及企业的力量,则大大的延伸了学校的办学力量和深度。企业始终处于不断的生产、研发状态,对于产品的使用和开发具有发言权,学校如能依托企业建立联合工程中心及研发中心,不但使学校的实习基地有了可靠的保障,同时还帮助企业解决了研发力量单薄的问题。

3. 6 建立信息教学平台

建筑涂料树脂合成工艺涉及内容多,在有限的课时内很难面面俱到。时代在进步、发展,当代的大学生对信息手段的利用可以说达到了很高的依赖性。因此充分利用网上教学平台、微信等信息交流等平台,补充介绍其他相关内容,可以说起到了很好的协同补充作用。网络及其他信息平台还有一个很大的好处,就是随时进入,随时学习,不必拘泥于传统的45 分钟。因此,信息教学平台的建设非常重要且必要,应加大投入,大力开发网络资源,便于学生随时的实习更新。

4 结语

从这几年完成的建筑涂料树脂合成工艺这门课的教学改革情况来看,记过不断的修订教学计划、调整教学内容、优化教学资源,提高了教学质量和教学效果。今后还将继续探索有利于教学的多种模式,不断提升教学水平。

摘要：培养具有国际视野一线工程师的应用技术人才需要进一步完善人才培养体系,优化课程设置。根据应用型高分子材料类人才培养模式、结合“建筑涂料树脂合成工艺”多年教学实践,着重探讨了教材选用、教学内容设置、教学方法、多媒体教学、理论与实践结合、校企结合以及信息教学平台建设等授课内容及教学方法等诸方面实施的改革情况。

关键词：建筑涂料树脂合成工艺,教学改革,教学实践

参考文献

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[3]张兴旺,吕树清,查小红.《应用型人才培养模式的研究与实践》[J].江西教育科研,2007(8):58-59.

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[5]洪笑吟,冯汉保.涂料化学[M].北京:科学出版社,1999:207.

建筑涂料树脂合成工艺篇2

醇酸树脂是一种历史较长的成膜物质之一。醇酸树脂涂料具有价格低、易施工、漆膜弊病少, 在光泽、硬度、柔韧性、附着力等性能优良[11], 使其研究者众。G. Guclu等人[12]以废旧的PET瓶制备出醇酸树脂, 使废物得到了再利用。B.A. Bhanvase等人[13]通过加入聚苯胺和纳米CaCO3制备出力学性能和防腐性能均好的醇酸树脂。Ayca Bal等[14]考察了脲醛、三聚氰胺- 甲醛及有机粘土对醇酸树脂的影响。

传统的醇酸树脂以溶剂型为主, 这对环境造成很大危害, 因此, 人们致力于开发水性醇酸树脂[15,16,17]。但醇酸树脂水性化后会使涂膜耐水性下降。本文以紫胶改性, 意在利用其羟基和羧基与醇和酸交联, 使其耐水性提高。

1 实验部分

1.1 原料

紫胶, 峨嵋紫胶厂;蓖麻油酸 (化学纯) , 广东光华化学有限公司;三羟甲基丙烷 (化学纯) , 瑞典柏斯托 (Perstor) 公司;二甲苯 (分析纯) , 上海润捷化学试剂有限公司;乙二醇单丁醚 (分析纯) , 广州诚达化工有限公司;对苯二酚 (分析纯) , 上海棋成实业有限公司;苯酐 (工业级) 、偏苯三酸酐 (工业级) 、顺丁烯二酸酐 (工业级) , 广州市蒙毅化工有限公司;氨水 (工业级) 武汉市腾兴实验仪器有限公司;蒸馏水, 自制。

1.2 醇酸树脂的合成

1.2.1 溶剂法

将计量的蓖麻油酸、顺丁烯二酸酐、三羟甲基丙烷、紫胶、部分苯酐及少量催化剂和对苯二酚加入四口烧瓶中, 升温至170 ℃, 开动搅拌, 加入二甲苯, 继续升温至200～220 ℃, 加入剩余苯酐, 保温酯化。每隔一段时间取样测定酸值, 待酸值降至60 mgKOH/g左右, 真空抽溶剂, 降温至140 ℃时乙二醇单丁醚, 继续降温至50 ℃, 加氨水中和, 最后加去离子蒸馏水稀释至45% (质量) 左右, 出料。

1.2.2 熔融法

将蓖麻油酸、三羟甲基丙烷、紫胶、苯酐与少量对苯二酚加入带有回流冷凝管、温度计、搅拌器和通氮气保护装置的四口烧瓶中, 加热, 通氮气保护, 升温至90～120 ℃, 待物料完全熔化后, 开始搅拌, 然后升温到250 ℃并保温。每隔一段时间测定酸值, 至酸值低于10 mgKOH/g后降温到180 ℃, 加入顺丁烯二酸酐和偏苯三酸酐, 在170～180 ℃之间保温。待酸值降至60 mgKOH/g时再降温到l40 ℃, 加入乙二醇单丁醚稀释, 氨水中和, 配成60%的基料溶液, 再加去离子蒸馏水稀释到45%左右, 出料。

1.3 性能测试

固含量:GB4851-1998

柔韧性:GB/T 1727-1992

涂膜表干时间:GB/T 1728-1989

铅笔硬度:GB/T 6739-1996

涂膜实干时间:GB/T 1728-1989

附着力 (划格距离2 mm) :GB/T 9286-1998

耐水性 (浸水法) :GB/T 5209-85

耐冲击性:HG/T 3828-2006

涂-4粘度:GB/T1723-1993

耐水性:GB/T 4893.1-2005

贮存稳定性 (50±2) ℃:HG/T 3828-2006

耐溶剂性 (脂肪烃) :仿照耐水性

酸值:GB1537-79

细度:GB/T 1724-1989

2 结果与讨论

2.1 溶剂法与熔融法比较

从表1可以看出, 溶剂法具有产品颜色浅, 产率高, 重现性好, 酯化温度低等优点。但其反应过程需加溶剂二甲苯, 使设备利用率低, 防火要求提高;而熔融法涂膜综合性能好。所以, 选用熔融法制备醇酸树脂。

2.2 醇酸树脂水性化途径

本研究采用三种水性化方法进行比较。 (1) 以二羟甲基丙酸为反应原料, 其中羟基参与酯化反应, 羧基由于位阻不酯化, 被中和后以水性化。 (2) 以偏苯三酸酐或均苯四酸酐为原料, 形成带有侧链羧基的醇酸树脂[18]。 (3) 在醇酸树脂分子链中引入强亲水性的醚键, 如聚乙二醇, 使树脂能自乳化于水中。得到的树脂分别记为树脂1, 树脂2和树脂3。

三种树脂的设计固含量都是45%, 结果树脂1的实际固含量要低很多。这是因为树脂1的水分散性不好, 体系中有较多的沉淀物, 被过滤掉了。实验确定以第二种方法进行水性化。

2.3 紫胶含量的影响

注:占总固体份的质量百分比 (下同) 。

当紫胶用量达到7%时, 不能成连续的膜。这可能是因为平均一个紫胶分子中含有四个羟基, 用量太多造成交联度大的原因。从表3中看到, 当紫胶用量由1%增至5%时, 乳液粘度增大, 干燥速度加快, 耐水性能变好, 吸水率下降。紫胶分子中含有双键, 实验时加入少量对苯二酚, 就是阻止其双健在高温下可能发生热聚合, 双键的保留有利于涂膜的干燥。

由此确定, 紫胶用量为5%。

2.4 加料顺序的影响

醇酸树脂在合成过程中反应物料的加入方法决定着实验的成败。实验时, 为简化实验工序, 将所有反应物料一次加入, 结果发生胶化。后来, 采用分阶段加料, 即先加蓖麻油酸、三羟甲基丙烷、紫胶、苯酐与少量对苯二酚, 待高温下酸值降至10 mgKOH/g时, 降温, 加顺丁烯二酸酐和偏苯三酸酐, 不再胶化。这是因为偏苯三酸酐具有三个羧基, 且开环温度较低, 一次性加料, 酸酐环打开, 三个羧基都参与酯化反应, 使产物胶化。

2.5 产物的性能指标

由以上确定的工艺所制备的醇酸树脂性能指标见表4。

3 结论

建筑涂料树脂合成工艺篇3

关键词：吸水树脂,溶液聚合法,脲,缩合反应

高吸水性树脂(SAP)是具有较强吸水和保水性的高分子聚合物的总称[1,2]。国内外围绕超强吸水树脂新产品的研究开发及使用做了大量的工作,已研究开发的超强吸水树脂有三大系列:淀粉系列、纤维系列、合成系列等[3],常用的吸水性树脂主要有聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚多糖、聚2-丙烯酞胺基-2-甲基丙磺酸(PAMPS)以及它们的改性产物等[4],其应用已遍及农业、林业、园艺、化工、环保、建筑业、医疗卫生等领域[5]。目前高吸水性树脂普遍存在的问题是:耐盐性较低,防潮性差;制备高吸水性树脂的合成原料多为石油产品,成本高,需要开发利用廉价的天然资源[6]。

本研究针对高吸水性树脂的发展方向,选择丙烯酸和脲为原料,合成了具有一定吸水保水性能的高吸水性树脂,拓宽了高吸水性树脂的合成渠道,探索了丙烯酸/丙烯酸钠/脲体系的反应机理。

1 实验部分

1.1 主要原料及仪器

丙烯酸(工业纯);脲(AR),天津市红岩化学试剂厂;过硫酸钾(AR),天津市津北精细化工有限公司;氢氧化钠粒(AR),天津市大茂化学试剂厂;N,N-亚甲基双丙烯酰胺(AR),天津市科密欧化学试剂有限公司;氮气;氯化钠(AR),西安化学试剂厂。

1.2 合成工艺

产物合成工艺流程见图1。

1.3 性能测试

1.3.1 吸水倍率

称取一定质量的树脂干样品于150mL烧杯中,分别加入足量的去离子水,静置,吸水24h后用120目标准网筛过滤,使吸水凝胶在筛网上静置至无自由水滴下,然后称取吸水凝胶的质量,按下式计算吸水倍率:

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式中:Q为吸液倍率;W1为干燥树脂的质量;W2为水凝胶质量。

1.3.2 吸水速率

称取一定质量的树脂干样品于150mL烧杯中,加入适量的去离子水,在室温下(约22℃)、常压下,每间隔30min,用120目标准网筛过滤,使吸水凝胶在筛网上静置10min至无自由水滴下,然后称取吸水树脂的质量,用吸水倍率与吸水时间作图,根据曲线的斜率可以反映树脂的吸水速率。

1.3.3 承压保水性能

称取一定质量的干燥树脂样品于150mL烧杯中,加入足量的去离子水,待树脂吸水饱和后用网筛过滤,静置至无水滴落后置于烧杯中,将水凝胶转移至圆柱状测量仪器中(Φ=60mm),加砝码至无水滴落后,称量水的质量,逐渐加大砝码质量,依次称取,保水率按下式计算:

保水率undefined

2 结果与分析

2.1 引发剂的用量对树脂吸水率的影响

由图2可知,当引发剂的量为1.5%左右时,吸盐水率与吸水率同时到达最大值。由于自由基聚合存在慢引发、快增长、速终止的反应特点,引发剂的用量小于0.5%,均裂产生的自由基不足以引发聚合反应,反应慢,对引发剂的消耗大,聚合得到的分子量较大,转化率低;引发剂量大于1.5%,产生的自由基多,链转移反应增加,反应太快不易控制,体系温度难以控制,容易发生爆聚,存在一定的危险,但是可以提高转化率,缩短反应时间。

2.2 交联剂用量对树脂吸水率的影响

由图3可以看出,当交联剂的量为0.02%,合成的树脂的吸液倍率较高;随着交联剂的量大于0.02%,树脂的吸液倍率随之减小,这是由于交联剂的增加,增加了交联密度,使高分子链段运动受到阻力增大,交联网络扩张受阻,宏观表现树脂膨胀率较小。当交联剂的量小于0.01%,树脂具有膨润性,不具有吸水树脂的特性,增加了树脂的可溶部分,树脂吸水后失去强度。

2.3 脲的用量对树脂吸水率的影响

由图4可知,随着脲加入量的增加,吸水树脂的吸液倍率呈下降趋势,当脲加入20%、140%时,合成的树脂均有较高的吸水倍率。脲的加入量小于20%时,由于羧基的数量大于酰胺基的数量,酰胺基与羧基发生缩合反应的机会增加,难以发生交联反应;当脲的加入量大于20%,酰胺基数量增加,酰胺基与羧基发生缩合反应的分子部分形成交联键结构;加入量达到110%时,形成的交联键最多,大于110%时,脲分子大量存在于反应体系中,酰胺基的数量远大于与羧基的数量,使得大分子形成交联反应的速度下降,交联密度可以得到有效控制,从而吸水倍率呈现上升趋势。

2.4 丙烯酸中和度对树脂吸水率的影响

由图5可知,随着中和度的提高,吸去离子水先下降后上升,吸盐水呈上升趋势,当中和度为20%、90%时,合成的树脂表现出较高吸水率。当中和度低于20%时,反应速率快,丙烯酸及其钠盐单体转化率高,以自由基聚合为主,体系中存在大量的羧基,酰胺基与羧基发生缩合反应的几率增加;中和度在40%～70%时,缩合反应形成的分子部分发生交联反应,形成交联键,树脂高分子链上具有了能电解羧酸钠离子基团,吸盐水倍率升高;当中和度大于90%时,体系中存在大量的丙烯酸钠盐,钠盐与脲上的酰胺基大量共存于吸水树脂中,很大程度上提高了树脂耐盐性能和吸水能力。

2.5 吸水速率测试

如图6所示,在常压、室温条件下进行测试,由速率曲线斜率可以看出,树脂吸水速率可以分为三个阶段:第一个阶段为0～4h,吸水较慢,由于树脂颗粒与水接触的表面积较小,且最初阶段主要通过毛细管吸附和分散作用来实现吸水过程;第二个阶段为4～6.5h,吸水较快,随着水分子不断地进入到水凝胶内部,离子型亲水基团在水分子氢键与树脂的亲水基团作用下开始离解,阳离子可在凝胶内部自由移动,自由离子不断增多,产生斥力,使高分子交联网络扩张,宏观表现为水凝胶的体积迅速膨胀,表面积也远大于干树脂的表面积;第三阶段为6.5h直到吸水平衡,吸水缓慢,随着吸水倍率的增加,树脂网络扩张受到分子链的限制,出现弹性收缩现象。

2.6 承压保水性能

在一定压强下,扩张的三维交联网络[7]受到挤压,使膨胀的水凝胶体积收缩,从而将树脂内部的自由水部分释放出来,若压力过大水凝胶将会破裂,故在低压下进行测试,如图7所示,当压强为0.14MPa时,凝胶保有85.2%的吸水量。

2.7 红外表征

通过红外光谱表征:从吸水树脂的红外图谱(图8)可以看到,在3447cm-1、3347cm-1处出现了N-H伸缩振动吸收峰双峰,取代了聚丙烯酸中-OH伸缩振动吸收峰的位置,说明羧基与酰胺基发生了反应;在1623cm-1处出现了脲基中羰基C=O伸缩振动吸收峰,1237cm-1附近出现了脲基中C-N伸缩振动吸收峰,说明脲在体系中与羧基发生了反应。

2.8 反应机理探讨

实验采用水溶性过氧类引发剂(KPS)引发聚合反应,整个反应体系的反应行为主要以丙烯酸、丙烯酸盐的自由基聚合为主。根据脲的反应活性,对于加入脲后的体系中的反应行为可有以下几种行为:

(1)与丙烯酸、丙烯酸钠发生亲核加成反应和缩合反应见图9。

反应体系可能进行亲核加成反应,丙烯酸及丙烯酸盐单体转化率提高,亲核试剂不断地减少,不利于体系的正常反应;同时在高分子链上形成醚键,由于醚键的存在会增加高分子链的柔性,从而降低合成树脂的凝胶强度,若在反应中后期进行,合成树脂的分子量小,难以形成交联树脂,对合成吸水树脂不利;若能很好地控制亲核加成反应,则会大大的提高脲的转化率。

(2)与聚丙烯酸、丙烯酸钠发生缩合反应见图10。

由于脲分子上存在4个活泼氢,增加了缩合反应发生的几率,容易引起缩合反应,缩合反应主要在反应中期及后期进行,是由于随着丙烯酸及其盐单体转化率的提高,体系中游离的丙烯酸及丙烯酸盐变少,大多以高分子存在,这将限制羧基的运动,使得缩合反应容易进行。

(3)氢键交联

由于体系中有酰胺基的存在,将会与丙烯酸中氧原子、丙烯酸盐上的氧原子形成氢键交联。这种交联方式不稳定,会在高温,大于80℃以上发生断裂,将树脂的置于高温(大于80℃)环境中,发现部分树脂失去一定的交联度。

3 结论

(1)当引发剂用量为0.5%、交联剂用量为0.02%、脲的用量为丙烯酸的110%、中和度为70%,由此制备的树脂吸水倍率为406g/g、40g/g。

(2)实验发现丙烯酸/丙烯酸钠/脲体系可进行反应,最大脲的加入量为140%,且脲的转化率可达到78.6%,整个体系转化率为87.5%。

(3)实验制备的吸水树脂12h能吸水饱和,同时在0.14MPa下吸水凝胶的保水率能达到85%。

参考文献

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[2]Li Fang,Ying Zhao,Tian Wei Tan.[J].Journal of Polymer Re-search,2006,13:145–152.

[3]顾锦涛,彭宪湖.[J].中国胶粘剂2000,10(2):45-48.

[4]李娟,沈士军,刘晓燕,等.[J].合成树脂及塑料,2011,28(3):78-81.

[5]卢潮陵.[J].环境与能源,2011,(2):7-9.

[6]余响林,曾艳,李兵,等.[J].化学与生物工程,2011,28(3):8-11.

涂料用醇酸树脂的合成及发展方向篇4

醇酸树脂是美国通用电气公司Kienle于1927年提出的。自问世以来, 醇酸树脂以其原料来源广泛, 配方灵活, 善于通过种种改性而赋于各种性能特色而成为涂料行业用量最大、用途最广的合成树脂。在涂料行业合成树脂中应用比例可达70%, 对涂料的性能有着决定性的影响。由醇酸树酯调配的醇酸漆到目前为止仍然是涂料市场上最重要的涂料品种之一, 其产量约占涂料工业总量的20%-25%。

2 醇酸树脂的组成

醇酸树脂是以多元醇、有机酸和脂肪酸为主要成分, 通过缩聚反应制备的, 是聚酯的一种。从某种意义上讲, 醇酸树脂是一种“大分子”的干性油。

2.1 多元醇

醇是带有羟基官能团的有机化合物。制造醇酸树脂的多元醇主要有丙三醇 (甘油) 、三羟基甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、乙二醇、丙二醇等。根据醇羟基的位置, 分为伯羟基、仲羟基和叔羟基。羟基的活性顺序:伯羟基>伯羟基>叔羟基。

用三羟甲基丙烷合成的醇酸树脂具有更好的抗水解性、抗氧化稳定性、耐碱性和热稳定性, 与氨基树脂有良好的相容性。此外还具有色泽鲜艳、保色力强、耐热及快干的优点。乙二醇和二乙二醇主要同季戊四醇复合使用, 以调节官能度, 使聚合平稳, 避免胶化。

2.2 有机酸

有机酸可以分为两类:一元酸和多元酸。一元酸主要有苯甲酸、松香酸以及脂肪酸;多元酸包括临苯二甲酸酐 (PA) 、间苯二甲酸 (I-PA) 、对苯二甲酸酐 (TPA) 、顺丁烯二酸酐 (MA) 、已二酸 (AA) 、癸二酸 (SE) 、偏苯三酸酐 (TMA) 等。多元酸单体中以邻苯二甲酸酐最为常用, 引入间苯二甲酸可以提高耐候性和耐化学品性, 但其溶点高、活性低, 用量不能太大;已二酸和癸二酸含有多亚甲基单元, 可以用来平衡硬度、韧性及抗冲击性;偏苯三酸酐的酐基打开后可以在大分子链上引入羧基, 经中和可以实现树脂的水性化, 用作合成水性醇酸树脂的水性单体。一元酸主要用于脂肪酸法合成醇酸树脂, 各种有机酸的性能不同, 对应制备树脂性能各异。

2.3 脂肪酸

用于制造醇酸树脂的植物油按其碘值可分干性油、半干性油和非干性油三种。脂肪酸的干性与碘值、脂肪酸的结构特点的关系见表1:

用干性油制成的醇酸树脂可以自干或低温烘干。用干性油制造的醇酸树脂通过氧化交联干燥成膜, 干燥需要很长时间, 原因是它们分子量较低, 需要多步反应才能形成交联的大分子。用半干性油制成的醇酸树脂性能在干性油、不干性油醇酸树脂性能之间。用非干性油制成的醇酸树脂不能单独在空气中成膜, 属于非氧化干燥成膜, 主要是作增塑剂和多羟基聚合物 (油) 。用作羟基组分时可与氨基树脂配制烘漆或多异氰酸酯固化剂双组分自干漆。

脂肪酸的质量指标主要包括:性状、密度、黏度、酸值、碘值、皂化值、不皂化物和热析物等。

为使油品质量合格, 适应醇酸树脂的生产, 合成醇酸树脂的植物油必须经过精制才能使用。精制方法包括碱漂和土漂处理, 俗称“双漂”。碱漂主要是去除油中的游离酸、磷脂、蛋白质及机械杂质, 也称为“单漂”。“单漂”后的油再用酸性土漂吸附掉色素 (脱色) 及其它不良杂质, 才能使用。

由于生产过程中脂肪酸的种类和用量不同, 对醇酸树脂的应用性能有决定性影响。根据生产过程中脂肪酸的用量不同, 将醇酸树酯分为长油度醇酸树脂、短油度醇酸树脂和中油度醇酸树脂。

油度 (OL) 的含义是醇酸树脂配方中油脂的重量 (m0) 与树脂理论重量 (mr) 之比。其计算公式如下:OL=m0/mr×100%

醇酸树脂的油度与溶解性见表2:

长油度的醇酸树脂光泽度高、柔韧性好, 刷涂性、流平性、耐久性均好于油度低的醇酸树脂。但油度高的醇酸树脂硬度较低, 保光、保色性较差。长、中油度醇酸树脂干燥主要靠含油量, 因此需要催干剂, 短油度醇酸树脂多靠溶剂挥发成膜。

2.4 催化剂

若使用醇解法合成醇酸树脂, 醇解时需使用催化剂。醇解催化剂可以加快醇解速度, 且使合成的树脂清澈透明, 其用量一般占油量的0.02%。聚酯化反应也可以加入催化剂, 主要是有机锡类。

2.5 催干剂

催干剂是醇酸涂料的主要助剂, 其作用是加速漆膜的氧化、聚合、干燥, 达到快干的目的。以钴、锰盐和一些氧化态存在的金属皂最为常用。

3 反应原理

3.1 多元醇与脂肪酸进行醇解反应, 生成脂肪酸酯。

通过该步反应可以封闭多元醇上的部分官能团, 降低醇的官能度, 同时还调节分子量大小、交联结构和密度, 进而影响涂膜性能。

3.2 与有机酸缩聚为线型聚合物。

4 醇酸树脂的配方设计

醇分子中羟基的个数称为该醇的官能度, 用f表示。体系中的平均官能度用favg表示。体系的Crothers凝胶点PC=2/favg。

在交联型逐步聚合反应中, 随着聚合反应的进行, 体系粘度突然增大, 失去流动性, 反应及搅拌所产生的气泡无法从体系逸出, 可看到凝胶或不溶性聚合物的明显生成, 这种现象被称作凝胶。开始出现凝胶的临界反应程度被称为凝胶点。反应程度如超过凝胶点, 将使预聚物固化在聚合釜内而报废。

设计配方时需要考虑两个要求, 就是应避免凝胶并保证醇酸树脂要求的性能。

醇超量表示的是实际反应时多元醇的羟基对多元酸羟基过量的物质的量比, 在醇酸树脂的配方设计中经常用它来调整体系的平均官能度, 防止凝胶。一般1<PC<1.05。

综合上述各种条件, 在设计配方时可先根据油度要求选择多元醇过量百分数, 确定多元醇用量。多元醇用量=酯化1mol有机酸的理论用量 (1+多元醇过量百分数)

然后由油度概念计算脂肪酸用量, 再由固含量求溶剂量, 最后验证配方。验证配方主要是计算体系的平均官能度和凝胶点。看凝胶点是否符合1<PC<1.05。

5 醇酸树脂的合成工艺

醇酸树脂的合成工艺按所用原料的不同可分为:醇解法、脂肪酸法。从工艺上可分为:溶剂法、熔融法。熔融法设备简单、利用率高、安全, 但产品色深, 结构不均匀, 批次性能差别大、工艺操作困难, 主要用于聚酯合成。醇酸树脂主要采用溶剂法生产, 该法利于提高酯化速度, 降低反应温度, 改善产品质量。醇解法与脂肪酸法各有优缺点, 详见表3:

6 醇酸树脂的发展方向

6.1 改性醇酸树脂

醇酸树脂涂料虽然具有很好的涂刷性、润湿性和初始装饰性, 但其涂膜干燥慢, 硬度低、耐水性、耐腐蚀性、耐候差性, 在实际生产过程中需要加以改进。在原有配方的基础上另外加入其他组分的醇酸树脂, 称为改性醇酸树脂。改性醇酸树脂除了可以改进醇酸树脂的性能, 还可通过改性将其良好的涂刷性、润湿性和初始装饰性, 赋予其他成膜物质。

6.2 触变醇酸树脂

普通的醇酸树脂漆存在着颜料易沉底, 涂刷易流挂, 一次涂膜厚度过薄等缺点。触变醇酸树脂可以改善这种状况, 在一个更长的时间内保持稳定。

摘要：对醇酸树脂的合成原料、反应原理、配方设计、合成工艺、发展方向做了简单介绍。醇酸树脂的开发符合可持续发展的社会发展趋势。随着涂料科学的进步与发展, 醇酸树脂在涂料工业将拥有更广阔的发展前景。

关键词：醇酸树脂,组成,反应原理,配方设计,合成工艺,发展方向

参考文献

[1]闫福安.短油度水溶性醇酸树脂的合成研究[J], 中国涂料, 2003, 18 (I) :26

[2]洪啸吟, 冯汉保.涂料化学[M], 北京, 化学工业出版社, 1997。

[3]涂料工业编委会.涂料工艺[M (]第三版, 上册) , 北京:化学工业出版社, 1997。

建筑涂料树脂合成工艺篇5

此次共抽查北京市40家企业生产的40批次产品, 合格38批次。抽查中发现, 北京市华丰喷漆厂生产的一批次未标注商标的外墙涂料对比率不合格, 北京中远汇丽精细化工有限公司生产的一批次“中远汇丽”高级外墙乳胶漆耐沾污性不合格。据了解, 对比率是反映外墙涂料干燥后遮盖力的指标, 耐沾污性是反映外墙涂料的涂膜抵抗污染能力的指标。

质量红榜:

序号123456789101112131415

产品名称

CW9903非凡外墙漆

丙烯酸外墙涂料

外墙乳胶漆

合成树脂乳液外墙涂料

外墙乳胶漆全净味乳胶漆外墙乳胶漆

外墙涂料

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外墙涂料

TS-863赛实丽高级外墙平光漆

外墙乳胶漆外墙涂料外墙乳胶漆外墙涂料

商标嘉乐士赛德丽利强舒兰而雅

安林盛邦明进/京厦城燕佳太伟赛科正思特

亿隆喜豹惊雷

企业名称

北京市嘉乐士涂料有限公司北京赛德丽科技开发有限公司北京市通州利强涂料厂

北京绚丽达涂料厂

北京京卫亚泰工贸有限公司北京盛邦化工有限公司

北京瑞祥涂料有限公司北京市博奥涂料厂

北京市丰台京厦建筑涂料厂北京城燕佳涂料技术开发中心北京太伟建材制造有限责任公司北京正思特工贸有限公司

北京市亿隆天宇涂料厂北京市豹房福利粘合剂厂北京金冠涂料厂

质量黑榜:

序号12

产品名称外墙涂料

高级外墙乳胶漆

不合格项目对比率

耐沾污性

企业名称

北京市华丰喷漆厂

北京中远汇丽精细化工有限公司

商标

/中远汇丽

建筑涂料树脂合成工艺篇6

以PVDF、PTFE为基础的涂料主要利用其不粘性,属于热熔型的氟碳涂料,需高温烘烤,热熔融流平成涂膜。由于这类涂料施工工艺复杂,其应用受到限制,目前主要用于可经受高温的铝板或钢板上。采用氟烯烃和烷基乙烯基醚(酯)共聚的含氟碳树脂多元醇(FEVE)类热固性树脂制备的氟碳涂料,可以常温或中温固化,其漆膜具有优异的耐候性、耐沾污性、耐水性和耐油性,已在金属和非金属建材涂装、纺织品和皮革涂饰等领域获得了广泛的应用。

FEVE氟树脂涂料一般是先由含氟单体与烷基乙烯基醚类单体或(甲基)丙烯酸酯类单体进行溶液或乳液聚合形成有机氟聚合物,再进行复配成为可交联型的高性能涂料。目前常用的含氟单体有TFE(四氟乙烯)、CTFE(三氟氯乙烯)、VF(氟乙烯)和VDF(偏氟乙烯等)等。由于CTFE易于运输和贮存,目前国内FEVE氟树脂涂料以CTFE聚合居多,树脂中氟含量一般为25%～28%。日本有资料研究证明,只有氟含量大于35%的氟碳树脂制成的涂料才真正具有所指的氟碳涂料的性能,通常TFE共聚树脂的氟含量为35%～40%,这也是目前所有成膜物质(包含氟树脂)中性能最为优越的树脂。中昊晨光化工研究院已建成万t TFE装置,近日开发出用 TFE合成的FEVE树脂(以下按惯例称为常温固化四氟乙烯涂料树脂),氟含量达到35%以上,经检测和用户试用,具有比CTFE树脂涂料更好的耐腐蚀、耐候性和建筑外墙使用中抗条蚀、自洁等性能。

1 TFE合成FEVE氟树脂涂料

1.1 主要原料

所用主要原料规格及来源见表1。

1.2 工艺过程

1.2.1 原料经处理合格后,进入聚合反应系统

1.2.2 加料、反应、回收、出料

①加料:将反应釜洗净后,加入除TFE外的液体原料,密闭反应釜后用抽空以及N2置换等方式置换釜内的空气,并将釜内物料冷却至一定温度,加入引发剂,然后定量加入TFE的气相单体。②反应:TFE加完后,停止向内盘管通入冷却介质;釜体夹套通入热水升温,反应期间补加TFE气相单体,维持一定反应压力,反应过程中通过冷水降温,及时移出反应热。当配方量TFE加完后,釜内反应压力下降至1.0MPa时停止反应,回收TFE单体,脱溶剂后返回装置。③出料:当TFE回收完毕后,用N2置换釜内的气体,放出反应,物装在容器内。

2 试验结果及讨论

2.1 含氟单体的优选

可用于制备涂料用氟树脂的含氟单体有一氟乙烯、偏氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯及全氟烯基醚类单体。TFE单体具有含氟量高、分子半径小、双键极容易聚合等特点,与其他含氟烯烃类单体相比较,它能较容易得到含氟量高的FEVE氟树脂,且生产规模大,成本低廉,用这种FEVE树脂制备的含氟涂料具有优异的综合性能,特别是耐候性、自洁性及耐化学惰性等方面尤为突出。

从聚合反应来看,不同的含氟单体在相同的聚合条件下,参加聚合的能力差异较大。采用TFE单体合成FEVE氟树脂聚合时间短,效果较好。

2.2 共聚物分子结构设计

用TFE单体制备常温固化TFE涂料树脂的性能具备较好的成膜性,并超过不含氟聚合物涂料对外界条件(环境)的阻抗性。

本试验采用了烷烯基酯作为共聚单体,通过调整工艺配方和聚合条件,基本实现了对分子链端结构的准确控制,所得共聚物分子交替结构比较规整。经实际检测和使用,涂膜性能优良,FEVE贮存稳定性好。

2.3 聚合工艺优化

聚合反应的工艺控制是制备高质量氟涂料的关键。本试验重点从以下几方面进行了优化:

(1)TFE单体浓度控制

采用动态补加单体技术,严格控制TFE单体在整个聚合过程中的比例始终处于恒定,尽可能减少均聚反应的发生,使产品中TFE链节分布均匀。

(2)聚合釜设计

本试验在进行聚合反应时,采取了一系列措施来提高设备的传热、传质效果,如提高反应釜内表面光洁度,防止聚合物粘壁影响传热效果,同时设计高效的换热装置和搅拌器,使TFE单体在反应区域内的浓度最大化,形成均匀的TFE微气泡,尽可能使树脂高分子链中TFE共聚的链节分布均匀,制备的含氟涂料质量稳定,施工性能良好。

(3)反应温度控制

对于多元单体共聚反应,由于各组分对温度的敏感性差异有所不同,因此在反应过程中严格控制聚合温度和优化反应温度的控制点是十分重要的技术关键,它是含氟涂料树脂聚合转化率,产品外观和自洁性能优化的基础。

本试验在一定压力、不同温度下,经一定的反应时间后,测试TFE的消耗量,得到TFE消耗量与反应时间的关系曲线,如图1所示。线条1、2、3分别代表温度为T1、T2、T3时的TFE消耗量与时间的关系曲线。

从图1可以看出,用TFE合成FEVE树脂时,共聚合反应的初始聚合反应温度选取对反应速度的影响较大。当温度为T3时,在较短的时间内TFE的消耗量达到最高值,即反应速度最快。

(4)聚合过程中反应压力控制

本试验在一定温度、不同压力下,经一定的反应时间后,测试TFE的消耗量,得到TFE消耗量与反应时间关系曲线,如图2所示。线条1、2、3分别代表压力为P1、P2、P3时的TFE消耗量与时间关系曲线。

从图2可以看出,用TFE合成FEVE树脂时,共聚合反应的聚合压力选取对反应速度的影响较大。当压力为P3时,反应速度最快。

3 产品性能指标

(1)常温固化TFE涂料性能

采用晨光院常温固化TFE树脂制备的涂料用于金属板材表面处理,并对涂层性能进行了测试,主要性能检测结果见表2。

①附着力、不粘性测试在涂刷后7天进行(完全固化)

(2)常温固化TFE涂料对不同基材的粘结性能

采用常温固化TFE涂料对不同的基材进行了表面处理,处理后其外观及附着力测试情况见表3。

4 在涂料中的应用

常温固化TFE涂料树脂可制备双组分常温固化的氟树脂涂料。A组分:自制常温固化TFE树脂、助剂、颜料;B组分:多异氰酸酯固化剂。A、B两组分按配方混合均匀,制成可刷涂、喷涂的常温固化聚TFE涂料。常温固化TFE涂料树脂也可以与氨树脂交联固化,在高温条件下固化速度变快、固化时间短、生产效率高。

目前常温固化TFE树脂涂料广泛已应用于国民经济各部门。其主要用途如下:

(1)各种建筑物的外墙装饰装修

用于恶劣环境下的建筑物、超高层建筑物等户外特殊建筑物装饰装修,可抵抗盐雾、酸雨及城市区域工业废气的腐蚀,其保持装饰与保护作用在15～20年,并可以少维护或长期不维修;由于该类涂料对不同底材的附着力都十分优良,适应性强,并具有突出的长期的保光保色性,将其应用于旧建筑外墙翻新工程优势突出;用于建筑物外墙仿铝板效果的涂装,具有比铝塑幕墙工期短、配合方便、隐患小等许多优点。

(2)用于制备FEVE树脂卷材涂料

由于其固化速度快,可用其制备抗酸雨、高耐久性的金属彩板,用于特殊的建筑物的屋顶、墙体及建筑物外用的一些构件。

(3)用于钢结构防腐及其他工业涂料

广泛应用于钢桥、铁塔、港口、机场、化工贮罐、体育场馆、电站、石油化工、钢铁冶炼等具有复杂钢结构的场所;各种交通工具(火车、汽车、船舶、飞机)的壳体涂料;用作汽车漆、木器漆等。

5 结论

建筑涂料树脂合成工艺篇7

氟碳涂料突出的防沾污和自清洁功能,已引起涂料界对其研制和开发的极大关注,对它的应用性能研究也在一步步深入[3]。众多的研究者已经从聚合方式和含氟链节结构等方面进行了多种实践[4,5],合成出了很多性能优异的含氟丙烯酸酯树脂。

综合双组份聚丙烯酸树脂和氟碳涂料的优点,在丙烯酸树脂中引入功能性的可交联的单体和含氟的丙烯酸酯类单体,是制备双组份氟碳树脂的可行方法。因此,本文采用溶剂聚合的方法,在自由基聚合引发剂作用下,合成了一种以羟基为交联基团的含氟丙烯酸酯树脂。将此树脂混合溶剂型纳米TiO2等填料配制了氟碳涂料,通过接触角测定考察了氟碳涂料涂层的防水性,并测试其光泽、硬度、附着力、耐水性、耐酸碱性等性能,结果表明该氟碳涂料防水性良好,各项性能优异。另外研究并讨论了氟碳涂层制作工艺对应用性能的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与原料

甲基丙烯酸十二氟庚酯(RfAA),工业级,哈尔滨雪佳氟硅化学有限公司;丙烯酸丁酯(BA),化学纯,海晶精细化工厂;丙烯酸羟丙酯(HPAA),工业级,无锡新安精细化工厂;苯乙烯(ST),分析纯,西安化学试剂厂;丙烯酸(AA),分析纯,广东光华化学厂有限公司;过氧化苯甲酰(BPO),化学纯,国药集团化学试剂有限公司;混合溶剂,自制;稀释剂,自制;溶剂型纳米二氧化钛(TiO2),工业级,杭州万景新材料有限公司;多异氰酸酯类固化剂,工业级,德国Bayer公司。

1.2 含氟丙烯酸酯树脂PFBSH的合成

将30g丙烯酸丁酯BA、45g苯乙烯ST、10%～25%(单体总质量的百分数,下同)的丙烯酸羟丙酯HPAA、1～3g丙烯酸AA与1%～1.2%的引发剂过氧化苯甲酰BPO混合溶解,记为组分Ⅰ,为无色透明溶液;将15%～25%的甲基丙烯酸十二氟庚酯RfAA与1%的BPO混合,用同质量的混合溶剂溶解、稀释,记为组分Ⅱ。

在装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的500mL四口瓶中,加入70g混合溶剂和少量的组分Ⅰ,升温至80℃后匀速滴入组分Ⅰ;约60～70min后,同时匀速滴加组分Ⅰ和组分Ⅱ,约30～40min滴完。加料完保温2h后补加少量引发剂,再保温反应4～6h,停止反应,冷却至室温出料,得到透明清澈有一定黏度的液体,即溶剂型氟代聚丙烯酸酯,记作PFBSH。

1.3 含氟丙烯酸酯树脂PFBSH的物化性能检测

固体含量:参照GB/T 1752-79测定,将称有样品的培养皿在一定温度下加热焙烘至恒重,固体含量以剩余物重量与试样重量的比值以百分数表示。

色度:参照GB/T 1722-92测定,用铁钴比色计进行目视比色。

黏度:参照GB/T1723-93用涂-4黏度杯测定。

1.4 含氟丙烯酸酯树脂PFBSH主组分的结构表征

红外光谱(IR):取适量PFBSH树脂,减压蒸馏除去溶剂和未反应的单体,得到纯净的聚合物主组分,作为检测样品;将聚合物样品涂于KBr盐片表面,用Bruker VECTOR-22 型傅里叶红外光谱仪进行测定。

1.5 氟碳涂料的配制

按物质重量比(20～35)∶(5～10)∶(15～25)将制得的含氟丙烯酸酯树脂PFBSH与溶剂型TiO2、稀释剂混合,加入适量消泡剂和流平剂,球磨机中反复研磨至细度达到20μm以下,过滤得到白色液状料浆,即为双组份氟碳涂料的甲组分。

氟碳涂料甲组分与固化剂分开包装存放,防止胶化,利于长期保存。使用时,按NCO/OH的摩尔比为1∶1向氟碳涂料甲组分中混入多异氰酸酯类固化剂,适当稀释后喷涂,常温固化表干后,置入130℃烘箱中烘烤20min。

1.6 氟碳涂料的应用性能测试

涂层的防水性:以涂层对水的静态接触角表示,用JC2000C1型接触角测量仪进行测定,水滴的大小为5μL,测定3次后取其平均值。

干燥时间:参照GB/T 1728-79测定,从刷涂完涂料开始计时,手指轻触漆膜表面发粘但不沾漆即为表干;用干燥试验器压一片滤纸在漆膜上,一段时间后移除试验器,若翻转样板时滤纸能自由下落,即为实干。

耐水性:参照GB/T 1733-93测定,将封边的样品在水中浸泡一定时间后,若无起泡、变色、起皱、脱落、生锈等现象,则为“无异常”。

耐酸碱性:参照GB/T 9274-88测定,将封边的样品分别在50g/L的NaOH溶液和50g/L的H2SO4溶液中放置规定的时间后取出,若无起泡、变色、失光、脱落等现象,则为“无异常”。

氟碳涂料漆膜的附着力、耐冲击性、光泽度、柔韧性、硬度等均参照各项国家检查标准(具体见表2)进行检测,主要的仪器有QFZ-Ⅱ型漆膜附着力试验机、CJ型漆膜冲击器、GZ-三角度镜像光泽度计、QTX漆膜弹性试验器、QHQ-A型铅笔硬度计。

2 结果与讨论

2.1 PFBSH树脂的物化性能

含氟丙烯酸酯树脂PFBSH的物化性能测试结果,见表1。

从表1可以看出,PFBSH树脂固含量高、羟值高、黏度适中,适于配制综合性能良好、施工方便的氟碳涂料。

2.2 PFBSH树脂主组分的结构表征

PFBSH的主组分结构用红外光谱(IR)进行表征,见图1。

从PFBSH的IR谱图(图1)可见,聚合物PFBSH分别在2960(υC-H,-CH3)、2874(υC-H,-CH2-)、1452(δC-H,-CH3,-CH2-)cm-13处分别出现了由甲基、亚甲基C-H键所产生的特征吸收峰。在1728(υC=O,-COOR)、1242(υundefined,-COOR)和1169(υsC-O,-COOR)cm-1三处可见归属于酯基C=O键以及C-O键的强吸收峰,说明分子中有大量此类基团存在。在1510cm-1、1452cm-1和761cm-1、702cm-1处分别有归属于苯环的特征吸收峰。在1407cm-1处有与CF相连的-CH2的变形振动吸收峰;在1113cm-1处则是-CF3的特征吸收峰。在3459cm-1处出现了醇羟基的特征吸收,可见单体HPAA成功引入到了聚合物链段中。由此可确定,经溶剂聚合反应,得到了目标产物PFBSH。

2.3 氟碳涂料的应用性能

2.3.1 氟碳涂层的防水性

涂层的防水性用涂层对水的静态接触角表征,接触角越大,涂层的防水性越好。水滴在马口铁片基质表面的静态接触角照片见图2,其中,a为干净的铁片表面,作为空白对照,b为由PFBSH树脂制备的氟碳涂料涂于铁片表面。

[a:空白对照(θ=55°);b:氟碳涂层(θ=110.5°)]

如图2当水滴滴于没有处理过的铁片表面时,水滴立即铺展,其静态水接触角仅为θ = 55°;而当水滴滴于涂有PFBSH树脂氟碳涂料的铁片表面时,水滴能保持较好的球状,没有铺展于涂层表面,静态接触角可达到θ = 110.5°,表现出明显的疏水性,涂料防水性优良。

2.3.2 氟碳涂层的各项应用性能检测

将按照1.5中方法做好的涂料样板按照相应国家标准进行各项性能测试,结果如表2所示:

由表2可见,配制的氟碳涂料各项性能均已达到国家标准,具有光泽度高、硬度强、附着力大、柔韧性好、耐冲击性良好等特点,还表现出有优良的耐水性和耐酸碱性。

3氟碳涂层制作工艺对涂层应用性能的影响和讨论

3.1 固化温度对涂层应用性能的影响

将按照1.5中配方喷涂好的涂料样板在不同温度下分别烘烤20min,并测定各项应用性能,考察了固化温度对涂层性能的影响,结果见表3。

由表3可见,随着固化温度逐渐升高,涂层的耐水性、耐酸性、耐碱性均增强,硬度与附着力也随之同时增大。涂层的疏水性随固化温度升高明显增强,室温固化时涂层与水的静态接触角仅为θ = 76°,而当固化温度为130℃时可达到θ = 110°,这是因为固化温度影响了涂层中有机氟分子定向排列的方式及其向涂层表面迁移的速度,而后者直接影响着涂层的疏水效果[6]。

3.2 纳米TiO2用量对涂层的应用性能的影响

仅改变纳米TiO2填料的用量,制作一组氟碳涂层样品并分别测定各项应用性能,其中纳米TiO2的用量用纳米TiO2与含氟丙烯酸酯树脂PFBSH的质量比的百分数来表示;由此考察了纳米TiO2用量对涂层性能的影响,得到的结果见表4。

由表4可见,纳米TiO2对涂层的耐水性、耐酸碱性、硬度和附着力的改善有明显贡献,涂层疏水性也随着纳米TiO2用量的增多而逐渐增大。这是因为引入纳米TiO2在涂层表面形成了微小的乳突结构,使涂层具有利于防水的类似荷叶表面的双疏结构。

4 结论

(1)本文以BPO为引发剂,将BA、ST、HPAA与RfAA通过溶剂聚合的方法,合成了含氟丙烯酸酯树脂PFBSH,其外观为无色透明液体,固含量高、羟值高、黏度适中。

(2)用IR对含氟丙烯酸酯树脂PFBSH的结构进行了表征,结果表明,各单体已被键合在一起,达到了预期的合成目的。

(3)将合成的PFBSH树脂用于氟碳涂料方面,结果表明,漆膜防水性优良,与水的接触角可达到θ = 110.5°;硬度、光泽、附着力、耐水性、耐酸碱性等各项应用性能较佳。该树脂在防污、防腐蚀、自清洁等低表面能材料涂饰领域具有较大的潜在应用价值。

(4)研究讨论了固化温度和纳米TiO2用量对氟碳涂层的应用性能的影响,结果表明,适当地增加固化温度和纳米TiO2用量有利于提高氟碳涂层的应用性能。

参考文献

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