P( FA-co-MMA-co-St) 共混改性环氧涂料的制备与疏水性能

王月欣, 李景红, 张 倩, 王善兴, 郝文王君
( 河北工业大学高分子科学与工程研究所, 天津300130)

随着科学技术的进步, 人们对涂层性能的要求越来越高, 涂层高功能化已成为新的研究热点。环氧涂料因其优异的性能在防腐领域得到了广泛的应用[ 1] ,但较高的表面自由能, 使其易粘附被污染。因此, 对环氧涂层进行改性, 降低其表面能, 使其具有疏水性, 具有重要的实际意义[ 2, 3] 。含氟共聚物具有独特的低表面能[ 4], 是改性环氧树脂涂层的理想材料, 但是, 目前用含氟物质改性的环氧树脂对水的接触角一般不超过120º[ 5, 6] 。本文将全氟烷基乙基丙烯酸酯与甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯进行共聚, 将合成的共聚物与环氧涂料进行共混, 制备了对水的接触角达152º的超疏水改性环氧涂层。这一研究目前尚未见报道。本文主要考察氟单体投料量、共聚物用量、固化剂、固化温度、固化时间等因素对涂层疏水性的影响。

1  实验部分
1. 1  主要原料
全氟烷基乙基丙烯酸酯( FA) : 山东中氟化工科技有限公司; 环氧涂料: 扬州金陵美涂士特种涂料有限公司; TMEG: 天津市凯华绝缘有限材料公司; 苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、正丁醇、丙酮、乙酸丁酯: 天津市赢达稀贵化学试剂厂; P( FA-co-MMA-co-St ) : 实验室自制,M n( GPC) = 1.7 x 106, M w/ M n= 3.2。
1. 2  P( FA-co-MMA-co-St) / 环氧色漆复合涂膜的制备
将一定量的P( FA-co-MMA-co-St ) 与涂料组分共混, 按照环氧色漆组分: 固化剂= 100:30 的比例( 质量比) 进行调配, 然后加入适量混合溶剂, 搅拌均匀, 以刷涂法制板。马口铁板预先用400# 砂纸打磨后用丙酮擦拭干净, 备用。
1. 3  测试与表征
JC2000A 静滴接触角/ 界面张力测量仪( 上海中晨数字设备有限公司) 测定漆膜对水的接触角, 每个试样任意取3 个不同的位置测其接触角, 取其平均值。SEM 采用日本电子株式会社JEOL JSM-6360LV, 加速电压10 kV, 样品经喷金处理。
2  结果与讨论
2. 1  体系相容性的研究
T ab. 1 为环氧色漆与P( FA-co-MMA-co-St ) 、固化剂T MEG 共溶剂法相容性的研究结果。通过T ab. 1的实验, 发现当溶剂选用二甲苯、正丁醇、丙酮三者的混合溶剂时, 体系各个组分的相容性佳。

2. 2 固化剂种类的选择
T ab. 2 是不同固化剂与含氟无规共聚物、环氧体系的相容性和涂层接触角( CA ) 测试结果, 其中共聚物为环氧色漆的4% ( 质量百分含量) , 氟单体投料量为30. 78%。由实验结果可知, 高温固化剂比低温固化剂效果好, 表现在与共聚物的相容性较好, 且形成的涂膜疏水性较好, 因此本实验选取TMEG 作为固化剂。分析原因可能是由于含氟链段具有较低表面能,故具有强烈向表面迁移的趋势, TMEG 属于高温固化剂, 在高温条件下含氟链段的迁移被加速, 其迁移速率远大于环氧树脂与固化剂的固化速率, 这种条件下就会使氟链段在涂层表面的富集量达到大。迁移到涂层表面的含氟链段为了达到低的表面能, 它们相互聚集、抱团, 终在涂层表面形成了大量微米级的粗糙结构。而低温固化剂, 固化速率快, 大于含氟聚合物的迁移速率, 终含氟链段难以迁移至涂层表面, 更不会在涂层表面形成微米级的粗糙结构。Fig . 1( a) 和Fig.1( b) 的电镜扫描照片可以清晰地看出采用不同固化剂导致表面粗糙程度的不同, 涂层对水的接触角也明显不同。