0 引言
以PVDF(聚偏二氟乙烯)树脂为主要成分的外墙高耐候氟树脂涂料的应用已有40 余年历史[1-5],具有长期使用涂层不褪色、耐候性优良、柔韧性好、耐粉化性和耐沾污性极佳等特点[6]。由于PVDF 树脂自身的特性,其对颜料的分散性和基材的附着力等性能不佳,因此必须使用其它树脂进行改性。目前大多采用丙烯酸树脂进行改性,改性用丙烯酸树脂对涂料性能有较大影响。
1 实验部分
1.1 原材料
PVDF :Kynar®500,阿科玛;异佛尔酮:工业级,阿科玛;丙烯酸树脂1 :美国陶氏公司;丙烯酸树脂2 :美国陶氏公司;丙烯酸树脂3 :海明斯;丙烯酸树脂4 :海明斯;乙酸丁酯:分析纯,上海化学试剂厂;钴蓝:The Shepherd Color Company ;丁酮、丙二醇甲醚乙酸酯、磷酸:分析纯,上海化学试剂厂。
1.2 仪器设备
蔡恩杯:蔡-4,上海沪粤明科学仪器有限公司;黏度计:DV- Ⅱ,Brookfield ;60° 光泽仪:华潮电子技术有限公司;色差仪:4 500 L,HUNTERLAB ;膜厚仪:DJH ;人工加速老化仪:QUV/Se,Q-PANEL ;细度板:50 μm,上海现代环境工程技术有限公司;高速分散机:GFJ-0.4,上海现代环境工程技术有限公司;弯折仪:浙江省上虞市机电仪表设备厂;压平仪:浙江省上虞市机电仪表设备厂;冲击仪:5510,BYK-Gardner ;烘箱:TSA-101,东上热学;划格器:5123,BYK-Gardner ;胶带纸:600,3M ;示温纸:E,THERMAX ;分析电子天平:JA5003N,上海精密科学仪器公司;盐雾箱:Q-FOG,Q-Panel Lab Products ;电子秒表:SJ9-1,上海手表五厂;刮棒:12/16/32#,RDS ;中华卷钢铅笔:HB/F,中华铅笔厂。
1.3 PVDF 面漆的制备
首先用高速分散机将丙烯酸树脂、颜料等预分散均匀,然后加入1~2 mm 玻璃珠研磨分散颜料、丙烯酸树脂和溶剂至细度达到20 μm,制得漆浆。再将PVDF 树脂与溶剂加入容器中,用高速分散机以3 000 r/min 进行分散,直至细度小于35 μm,制得PVDF 分散液。将研磨分散好的漆浆、PVDF 分散液及配方中其余原料混合均匀,即制得PVDF 面漆。
1.4 涂层的制备
将刮棒置于水平放置的钢板上部,涂料均匀倒在刮棒下方;双手用力向下按紧刮棒两端,从上至下匀速拉动刮棒,使涂料均匀涂布在钢板表面。然后将钢板放置在烘箱中烘烤,达到规定高金属板温(PMT)后,取出冷却,即得所需膜厚涂层。
1.5 性能测试
采用Brookfield 黏度仪、蔡恩杯测试涂料黏度;细度板测试涂料细度;铅笔测试涂层硬度;丁酮(MEK)测试涂层耐溶剂性;弯折仪、压平仪、胶带纸测试T 弯;冲击仪、胶带纸测试涂层耐冲击性;划格器、胶带纸测试涂层附着力;光泽仪测试涂层光泽;色差仪测试涂层色差;盐雾箱测试涂层耐盐雾性;人工加速老化仪测试涂层耐候性。
2 结果与讨论
2.1 丙烯酸树脂的选择
涂料中共混改性树脂主要的是考察两种树脂的混溶性。PVDF 与丙烯酸树脂的混溶性研究较多[7-12],但大多是在塑料及制膜方面的研究[13],很少提及在PVDF 分散体中的应用研究。丙烯酸树脂与PVDF 分散体的混溶性研究,不能只观察成膜的透明性,还必须考察二者混合后涂料的施工性能与使用性能。将50%PVDF 分散体(50% 异佛尔酮分散液)与不同丙烯酸树脂进行混合,二者固体分比为7∶3,然后用16# 刮棒将其涂布于透明玻璃板上,在250℃烘箱中烘烤1 min,目测其透明度。结果表明,所有丙烯酸树脂的透明度均较好。这与Roerdink 等人[14]的研究结果相一致。
2.2 丙烯酸树脂混溶性的影响
在实际应用中,并不是所有的丙烯酸树脂都适用于改性PVDF 涂料,这主要还是从涂料的施工性方面考虑。选取市售4 种丙烯酸树脂进行比较(见表1)。
注:“-”表示未检出,“-*”表示未知。MMA—甲基丙烯酸甲酯;EA—丙烯酸乙酯;HEA—丙烯酸羟乙酯。
将它们与50%PVDF 分散体(50% 异佛尔酮)进行混合,二者固体分比为7∶3,测试混合液的黏度,见表2。
注:黏度1—4# 转子,2.5 r/min ;黏度2—4# 转子,50 r/min ;K—黏度1/ 黏度2。
比较4 种丙烯酸树脂与PVDF 分散体在不同剪切速率下的黏度变化(K 值)发现,丙烯酸树脂1 与PVDF 分散体的混合液更接近牛顿流体。由于混合物的固体含量不尽相同,黏度值的比较是没有意义的。但我们曾将高黏度的混合物(丙烯酸树脂3 和4)进行稀释(见表3),黏度下降较快,而K 值的变化较小(下降0.1~0.3)。这说明K 值的变化主要与丙烯酸树脂的结构有关。
注:黏度3—4# 转子,2.5 r/min ;黏度4—4# 转子,50 r/min ;K—黏度3/ 黏度4。
PVDF 分散体与丙烯酸树脂混合液可看作两种高分子聚合物的混合,仅比较二者的溶解度参数(δ