FEVE氟碳涂料的耐候、耐腐蚀性能是其它合成树脂涂料难以匹敌的,可以广泛应用于各个领域,尤其是在恶劣使用环境条件下,更显示出其优势,但是高出同类涂料(3~5)倍的价位又限制了应用和推广。众所周知,涂料的性能主要取决于成膜物质的树脂,而氟碳涂料中,树脂又占原料成本的一半以上,为了降低成本,在保证产品质量和顾客需求的前提下,对氟碳树脂进行了选择和对比试验,使公司既有为诸如跨海大桥百年大计工程配套的超耐候、高品位氟碳涂料,又有适应市场、客户需求的价位较低的高性能氟碳涂料。
1 树脂的选择
选择进口、国产1、国产2、国产3四家生产的FEVE氟碳树脂;固化剂选用进口 DN980(HMDI 多聚体)及N-75(HDI缩二脲)。树脂的质量指标如表1所示。
2 涂料配方
为便于对比,将树脂做大变动外,颜料、溶剂及助剂均未作变动,固化剂除配方1采用DN-980 外,其余均采用N-75,具体氟碳涂料配方如表2所示。
3 检测仪器及涂料性能测试
3.1 检测仪器
(1)QY100W 盐雾试验箱,重庆威尔环境仪器所;
(2)QOV加速老化仪(QOV/se)、Q-PANEL,美国;
(3)DC-P3型全自动测色色差计,北京市兴光测色仪器公司;
(4)QZX-60A镜向光泽仪,天津材料试验机厂;
(5)QCJ漆膜冲击器,上海现代环境工程技术有限公司;
(6)QTY漆膜弯曲试验器,天津材料试验机厂;
(7)QFZ漆膜附着力试验仪,天津材料试验机厂。
3.2 性能检测
进行了物理力学性能测试、耐老化性能测试(按GB/T1766)、盐雾试验(按GB/T1771)、耐腐蚀试验(按GB/T1763)。
4 试验结果及分析
4.1 物理力学性能
由表3可知,氟碳树脂无论进口还是国产,固化剂采用DN980或N75,其物理力学性能分不出伯仲。
4.2 耐老化性能
通过从1 000h开始到2 500h的试验,光泽保持率配方1佳,配方5差,同样进口树脂,配方1固化剂采用DN980 比配方2 采用N75 好。以国产树脂看,配方3较好,配方5较差。
表4表明了涂料经2 500h老化试验后,颜色保持率无明显差异。其它老化试验指标粉化、裂缝、生锈、脱落、气泡、起皱、耐沾污7个项目,漆膜均无变化达到0级。
经2 500h试验,五种配方的漆膜均无粉化、裂缝、脱落现象,达0级。其它项目,配方2 佳,仅轻微沾污;配方1、3次之;配方4已明显生锈、起泡、沾污;配方5差,1500h试验,漆膜就明显起泡、较大生锈、严重起皱、沾污。配方1、2、3经3500h试验,漆膜无起皱、粉化、裂缝、脱落,四项指标为0级;其它3项指标除配方1起泡为0级外,均有程度不同的破坏。综合指标配方1与配方3 相近,配方3较差。
在25%NaOH 溶液中,经常温下150d 浸泡试验(见表6),配方1样板佳,漆膜无变化,配方2次之,其它漆膜均起泡,其中配方5经60d试验已不合格,经180d 浸泡试验,配方1、2、3样板均有小气泡。在18%HCl 溶液中,常温下经90d 浸泡试验(见表7),配方1样板无变化,配方4次之,其它漆膜均起泡,其中配方5经60d试验已不合格。在20%H2SO4溶液中,常温下经30d浸泡试验,五种配方均无变化。在含有酸碱、有机溶剂的液体化工废水中,当分别含有2%的MIBK、氯仿、丙烯酸酯、冰醋酸的废水混合液中,FEVE氟碳涂料均不耐腐蚀,经24h浸泡后,漆膜返粗、起皱、溶胀,48h后漆膜脱落。
氟碳树脂之所以具有超耐候性、耐化学性、耐温性及耐污染性等是由于氟(F)原子电负性高为4.0,而氯(Cl)原子电负性为3.0,氢(H)原子2.1,氟原子的半径又小,范德华半径1.35仅次于氢原子(1.20),与碳原子形成的氟碳键(C- F)是有机化合物共价键中键能大,达485kJ/mol、而硅氧键(Si- O)为422 kJ/mol,碳氢键(C- H)410 kJ/mol,碳碳键(C-C)368 kJ/mol,碳硅键(C-Si)仅318kJ/mol。而且当氟原子结合在树脂分子中碳碳主链上,氟原子密集包围着碳碳(C-C)主链,形成一个螺旋形结构,保护C-C键不被冲击,不被化学介质浸入破坏。因此在氟碳树脂中,氟含量越高,性能越好。据资料表明,当氟含量小于15%时,性能就明显下降,更重要的是氟原子结合在C-C主链上,才能起到保护C-C键的作用。从所选树脂的技术指标进行比较,含氟量仅差1%(23%~24%),但性能差异较大,主要是由于氟原子在树脂分子中结合在主链上还是结合在支链上。作为应用树脂的涂料企业,由于测试手段,只能从宏观性能的优劣来选择,期待氟树脂生产厂家探索、提高和改进。另外,国产树脂的色泽较深达2级,进口树脂色泽浅,甚至无色,也有待改善。可喜的是有的企业,已生产出色泽很浅的树脂产品,性能也有了一定提高,将大大利于替代进口树脂的涂料产品研发工作。
(3)根据配方1与配方3试验结果比较,除光泽保持率(配方1为96.1%,配方3为 72.7%)有较大差异外,其它性能指标比较接近,而二者原料成本差50%。对于光泽要求低,室内工程、设备内壁防腐,以配方3为基础的国产1FEVE 氟碳树脂,可以代替进口树脂。