摘要:通過(guò)特殊技術(shù)改進(jìn)常規(guī)氟碳涂料，研制了自清潔、耐沾污氟碳涂料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該涂料具有良好的雨水自清潔效果和優(yōu)異的涂膜綜合性能。

    關(guān)鍵詞:親水型;自清潔;耐沾污;氟碳涂料

    中圖分類號(hào):TQ637 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0253－4312(2013)01－0059－04

    氟碳涂料作為具有優(yōu)異耐候性和防腐蝕性的高性能涂料，廣泛應(yīng)用于橋梁、機(jī)場(chǎng)等耐候性要求高的領(lǐng)域，然而涂膜在實(shí)際使用過(guò)程中，會(huì)受到使用環(huán)境中各種物質(zhì)的污染，包括空氣中的粉塵、油性煙霧、工業(yè)廢氣、汽車尾氣、酸雨等，這些污染物會(huì)粘附在涂膜表面并不斷積累，從而使涂膜在短期內(nèi)失去鮮艷的色彩，變黑變灰，嚴(yán)重影響涂膜的裝飾效果和保護(hù)功能。因此改善目前常用的PVDF和FEVE氟碳涂料的耐沾污性是氟碳涂料發(fā)展的一個(gè)新方向。

    為了解決氟碳涂料的耐沾污性問(wèn)題，本研究研制出一種自清潔氟碳涂料55GCN，該涂料采用最新的親水自清潔技術(shù)，能長(zhǎng)期有效抵抗各種污染物對(duì)涂膜的污染，使得涂膜持久如新。

    1·涂膜的耐沾污自清潔理論

    涂膜的沾污污染可以分為吸入性污染和附著性污染兩大類。因此提高涂膜的耐沾污性主要通過(guò)改善涂膜的表面性質(zhì)使污染物難以吸附并容易除去，或通過(guò)提高涂膜的致密性使污染物不易滲入。

    在提高涂層的致密性方面，三聚交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)比普通的線型結(jié)構(gòu)和二聚結(jié)構(gòu)(縮二脲)更加致密，大大提高了涂膜的硬度，污染物很難滲入涂層表面，同時(shí)污染物也不易粘附［2］。在改善涂膜表面性能方面，通過(guò)增大或減小涂膜表面的水接觸角，從而使涂膜表面具有疏水性或親水性是實(shí)現(xiàn)涂膜耐沾污、自清潔功能的兩大方向。

    具有很大水接觸角和超強(qiáng)疏水性的涂膜表面就如荷葉表面，這種表面所具有的特性稱為荷葉效應(yīng)。荷葉效應(yīng)是使涂膜表面具有很大的水接觸角和超強(qiáng)的疏水能力，從而使涂膜表面具有類似荷葉表面的耐沾污性能。荷葉疏水自清潔機(jī)理是水滴落在荷葉表面，會(huì)變成一個(gè)個(gè)自由滾動(dòng)的水珠，水珠在滾動(dòng)中能帶走荷葉表面的塵土。采用疏水技術(shù)制備的涂膜表面具有較大的接觸角，而雨水在這類涂膜上有較低的滾動(dòng)角，容易將污染物沖走。雖然采用疏水技術(shù)制備的涂膜對(duì)親水性污染物的清除效果不錯(cuò)，但也存在很多缺陷。由于疏水技術(shù)制備的涂膜具有憎水親油的性質(zhì)，所以容易吸附空氣中親油性污染物，而且難以除去，被雨水沖刷后很容易產(chǎn)生雨痕。而且要達(dá)到有效的荷葉效應(yīng)，要求涂膜的接觸角大于150°，技術(shù)上較難實(shí)現(xiàn)。

    一般來(lái)說(shuō)，疏水效果只能對(duì)親水污染物有良好的防吸附作用，而親油性污染物非常容易吸附在樹(shù)脂涂膜表面，疏水性涂料很難被雨水潤(rùn)濕，從而雨水從親油性污染物表面滾過(guò)時(shí)很難將污染物帶走，這使得疏水性涂料的雨痕問(wèn)題更為嚴(yán)重。據(jù)相關(guān)部門分析，我國(guó)空氣污染物中90%的污染物均為有機(jī)物，有機(jī)物親油的特性決定了親水涂膜在我國(guó)比疏水涂膜具有更好的自清潔效果。

    通過(guò)減小涂膜表面的水接觸角，可以制備具有自清潔功能的親水涂膜。親水涂膜使得雨水很容易潤(rùn)濕涂膜，使污染物只能松散地吸附在涂膜表面，不但可以避免雨水流下帶來(lái)的雨痕問(wèn)題，也可以對(duì)灰塵進(jìn)行良好的潤(rùn)濕而使灰塵容易被雨水沖洗掉［3］。親水涂料的自清潔去污機(jī)理如圖1所示。

圖1 親水涂料的自清潔去污機(jī)理

    通常涂膜對(duì)水的接觸角越小涂膜親水效果越好，涂膜的耐沾污、自清潔效果也越好，通常涂膜的親水接觸角小于60°，涂膜表面具有良好的自清潔效果。親水涂膜水接觸角與耐沾污性的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 親水涂膜水接觸角與耐沾污性的對(duì)應(yīng)關(guān)系

    親水自清潔涂料需要很小的水接觸角，但過(guò)小的接觸角會(huì)導(dǎo)致涂膜十分親水，影響涂膜的耐水性，導(dǎo)致涂膜遇水發(fā)白。涂膜重涂后，遇到下雨，雨水將滲透到舊涂層表面，在舊涂層表面積累，從而使新涂層脫落。此外，過(guò)小的接觸角使得涂膜長(zhǎng)期吸水處于潮濕狀態(tài)，容易滋生霉菌，反而會(huì)影響涂膜的耐沾污性。

    為了實(shí)現(xiàn)氟碳涂料的耐沾污、自清潔功能，又不影響氟碳涂料耐水性等其他性能，本研究采用特殊技術(shù)，使普通氟碳涂料涂膜表面產(chǎn)生親水性基團(tuán)，降低涂膜與水的接觸角，使得油性污染物附著不牢，容易被雨水沖刷走［4］。該技術(shù)制備的氟碳涂膜對(duì)親水性和親油性的污染物都具有很好的清潔效果。

    2·實(shí)驗(yàn)部分

    2.1 自清潔氟碳涂料制備原理

    通過(guò)在常規(guī)氟碳涂料甲組分中添加含氟烷基硅酸鹽材料，配合乙組分三聚體結(jié)構(gòu)的異氰酸酯固化劑交聯(lián)成膜后，可以實(shí)現(xiàn)氟碳涂料的表面親水化。

    烷基硅酸鹽材料中含氟烷基硅酸鹽表面自由能低，具有極低的表面張力，含氟烷基硅酸鹽在氟碳涂料表面的移動(dòng)性很大，氟碳涂料施工后涂膜表面的氟烷基硅酸鹽含量迅速升高，涂膜表面形成濃縮層的氟烷基硅酸鹽可以進(jìn)行加水分解，實(shí)現(xiàn)了涂膜表面親水化。而且含氟烷基硅酸鹽材料可以單獨(dú)在氟碳樹(shù)脂和異氰酸酯固化劑中穩(wěn)定存在，不存在貯放時(shí)間久或交聯(lián)反應(yīng)而使含氟烷基硅酸鹽材料失去表面遷移效果。

    2.2 涂膜的制備

    甲乙組分按照特定的配比混合攪拌均勻后，加入一定量的稀釋劑，采用有氣噴涂的方法，分別在馬口鐵板，噴砂鋼板，鋁板上噴涂制成適當(dāng)厚度的涂膜。

    2.3 接觸角的測(cè)試

    用JC－2000C1靜滴接觸角、界面張力測(cè)量?jī)x測(cè)定涂膜與水的接觸角。

    2.4 耐沾污性測(cè)試

    評(píng)價(jià)涂膜的耐沾污性能主要是按ASTMD3719－00的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)定涂膜的耐沾污指數(shù)(DC)。按標(biāo)準(zhǔn)制備樣板養(yǎng)護(hù)7d后測(cè)定其L1值，然后將樣板45°角正面向上在戶外放置61d，取下樣板測(cè)定其L2值。通過(guò)式(1)計(jì)算樣板的耐沾污指數(shù)。

    DC=L2/L1×100式(1)

    2.5 涂膜性能測(cè)試

    按GB/T1865—1997的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行涂膜人工加速老化實(shí)驗(yàn)。按照HG/T3792—2005交聯(lián)型氟樹(shù)脂涂料(Ⅱ型)、HG/T3792—2005交聯(lián)型氟樹(shù)脂涂料(Ⅰ型)的技術(shù)要求，測(cè)試涂膜的各項(xiàng)基本性能。

    3·結(jié)果與討論

    3.1 涂膜與水的接觸角

    涂膜養(yǎng)護(hù)15d后，測(cè)定普通氟碳涂料和普通聚氨酯涂料的水接觸角以及經(jīng)過(guò)特殊技術(shù)處理后的氟碳涂料和聚氨酯涂膜的水接觸角。測(cè)試接觸角結(jié)果如圖3所示。

圖3 聚氨酯涂料與氟碳涂料親水化處理前后接觸角對(duì)比

    從圖3可知，親水化技術(shù)處理后的聚氨酯涂料和氟碳涂料的水接觸角均比未處理過(guò)的減小。親水化處理過(guò)的氟碳涂料55GCN涂膜的水接觸角降低到56°，具有很好的親水性能，從理論上證明了該涂料制備的涂膜具有良好的耐沾污、自清潔的效果。

    3.2 自清潔氟碳涂料的耐沾污性能

    耐沾污指數(shù)按式(1)計(jì)算。耐沾污指數(shù)越高，則涂膜的耐污染性能越好。普通氟碳涂料與自清潔氟碳涂料55GCN的耐沾污指數(shù)對(duì)比如圖4所示。

圖4 普通氟碳涂料與自清潔氟碳涂料耐沾污性對(duì)比

    經(jīng)過(guò)12個(gè)月的戶外曝曬，自清潔氟碳涂料55GCN與普通氟碳涂料的耐污染自清潔效果如圖5所示。從圖5可以看出，與普通氟碳涂料相比，55GCN的自清潔效果十分明顯。

圖5 自清潔氟碳涂料55GCN 與普通氟碳涂料曝曬前后表面效果對(duì)比

    3.3 自清潔氟碳涂料55GCN的耐老化性能

    為驗(yàn)證自清潔氟碳涂料55GCN的耐老化性能，按照GB/T1865—1997的測(cè)試方法，對(duì)55GCN與普通氟碳涂料的保光性和耐候性進(jìn)行了5000h的Q－UVB人工加速老化對(duì)比實(shí)驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖6 人工加速老化涂膜保光率對(duì)比

圖7 人工加速老化涂膜色差變化對(duì)比

    從圖6和圖7可以看出，經(jīng)過(guò)5000h的Q－UVB人工加速老化實(shí)驗(yàn)，普通氟碳涂料和自清潔氟碳涂料55GCN涂層的保光率基本接近，涂層的色差ΔE基本接近，說(shuō)明本研究采用的親水化處理技術(shù)不會(huì)對(duì)氟碳涂膜的保光率和色差產(chǎn)生不良影響。

    為了驗(yàn)證自清潔氟碳涂料55GCN耐老化后自清潔效果的持續(xù)性，本研究測(cè)試了涂膜經(jīng)過(guò)1500h的Q－UVB人工加速老化后的親水接觸角。測(cè)試結(jié)果如圖8。

圖8 人工加速老化前后55GCN的親水接觸對(duì)比

    從圖8可以看出，經(jīng)過(guò)1500h的Q－UVB人工加速老化后，涂膜的接觸角為68°，涂膜仍然保持較低的水接觸角，說(shuō)明涂膜的自清潔效果長(zhǎng)期有效。

    3.4 自清潔氟碳涂料55GCN的基本性能

    按照HG/T3792—2005交聯(lián)型氟樹(shù)脂涂料(Ⅱ型)、HG/T3792—2005交聯(lián)型氟樹(shù)脂涂料(Ⅰ型)的技術(shù)要求，測(cè)試自清潔氟碳涂料55GCN的各項(xiàng)基本性能，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 自清潔氟碳涂料55GCN產(chǎn)品性能

    4·結(jié)語(yǔ)

    本研究制備的自清潔氟碳涂料55GCN作為新一代的防腐蝕自清潔涂料產(chǎn)品，采用特殊的親水化技術(shù)，使涂膜保持長(zhǎng)期的耐沾污和耐候性能，適用于對(duì)防護(hù)和裝飾性都有較高要求的橋梁、建筑等工業(yè)領(lǐng)域，可以長(zhǎng)期保持使用區(qū)域的清潔外觀，延緩各種污染物的腐蝕，能有效地降低清潔維護(hù)成本。

    參考文獻(xiàn)

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