氟碳漆与丙烯酸聚氨酯漆性能的对比研究

时间：2024-05-20

贾云超

（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西西安710068）

0 引言

金属腐蚀是指金属和周围环境介质之间发生化学[1]或电化学反应，从而引发的破坏或变质。金属腐蚀现象普遍存在于国民经济和国防建设各个领域，危害相当严重，金属腐蚀给人类造成的损失是惊人的，全球每年因腐蚀造成的经济损失约11000亿美元。国内每年约有1/3的钢铁因腐蚀而报废。多方面的巨大损失，刺激着防腐蚀涂料的快速发展，近年来，随着金属表面涂装要求的日益增强，金属表面防护和装饰用涂料成为我国涂料行业增长较快的涂料品种。

防腐蚀涂料在被涂物表面干燥后形成涂层，它的保护作用主要包括屏蔽作用、缓蚀作用和阴极保护（电化学保护）作用三种。在当前发展的新型涂料中，氟碳漆和丙烯酸聚氨酯漆是两种性能卓越的涂料。

氟烯烃聚合或氟烯烃和其它单体共聚而成的高分子聚合物就是氟碳树脂，以氟碳树脂为成膜物质的涂料，称之为氟碳涂料（Fluorocarbon Coating）[2]。常见的氟碳涂料用氟碳树脂主要有聚四氟乙烯（PTFE）氟碳树脂、聚偏二氟乙烯（PVDF）氟碳树脂、聚氟乙烯（PVF）氟碳树脂和FEVE氟碳树脂等。其中PTFE、PVDF及PVF树脂都属于结晶性聚合物，不能溶解于有机溶剂中，通常需要在230℃以上的高温烘烤成膜。溶剂型可以常温施工的氟树脂面漆，以FEVE聚合物为树脂，它与传统的PVDF不同，分子结构中选择了乙烯基醚官能团，改善了氟树脂的溶解性，进而提高了涂料的流平性。含羟基的FEVE树脂中的羟基既可以和聚氨酯固化剂中的-NCO基反应，也可以和氨基树脂中的烷氧甲基反应。使用氨基树脂作为固化剂，需要进行烘烤交联固化。用异氰酸酯固化剂进行固化反应的氟碳树脂涂料，又可称之为氟聚氨酯涂料。氟碳涂料主要用于工业及建筑方面需要户外高耐候性、耐沾污和耐腐蚀的场合。

聚氨酯树脂全称为聚氨酯甲酸酯树脂（Polyurethane Resin）。聚氨酯树脂一般是由两个以上异氰酸酯化合物与含两个以上活泼氢的化合物（如羟基、羧基等的化合物）反应制得的高分子化合物。在其分子结构中有重复的氨基甲酸酯链节，即氨酯键，所以称之为聚氨酯树脂。含羟基丙烯酸树脂耐候性优良，干燥快，具有较聚酯树脂更好的保色保光性，因为它不吸收300nm以上的紫外光及可见光，其主链的碳-碳键耐水解。含羟基丙烯酸酯与脂肪族多异氰酸酯如HDI缩二脲、HDI三聚体反应而生成的丙烯酸聚氨酯漆，漆膜具有很好的硬度又有极好柔韧性，耐化学腐蚀。突出的耐候性，光亮丰满，干燥性好，表干快而不沾灰等特性，使之成为在钢结构重防腐涂装体系中的首选面漆。

本文以钢件镀锌为基材，以S06-N-2为底漆，分别以氟碳漆（SF96-201）和丙烯酸聚氨酯漆（S04-60）为面漆制备了试片，对试片进行了附着力、高低温储存、高低温冲击、盐雾、耐溶剂等试验，对比研究了这两种涂料的性能差异，这一研究对满足不同腐蚀条件下产品的涂料选择具有深远的意义。

1 试验部分

1.1 主要原料和工具

120×50×1mm镀锌钢件试片、纯锌黄底漆（S06-N-2）、氟碳漆（SF96-201）、丙烯酸聚氨酯底漆（S04-60）、胶带、滤纸、棉纱布、稀释剂X-11、汽油、香蕉水、二甲苯、细砂纸、喷烤房、烘箱、烘房、空气压缩机、抽风装置、调漆罐、搅棒、电子称、涂-4粘度计、过滤网、喷枪、打磨片、单面刀片、旋转台。

1.2 试片的制作

将钢件试片表面处理干净，要求不能有油污、锈迹，进行电镀锌，镀锌结束后要求必须在24小时之内（保护得当可以延长到36小时）喷涂S06-N-2底漆，100℃±5℃烘烤1小时。将喷涂过底漆的试片分成两组并编号，分别喷涂氟碳漆（SF96-201）和丙烯酸聚氨酯漆（S04-60），100℃±5℃烘烤1小时。

1.3 试片性能测试

1.3.1 复合涂层的附着力测试

复合涂层的附着力测试参照GB/T 9286-1998进行测试。

1.3.2 高低温储存试验及试验后涂膜附着力测试

高低温储存试验参照GJB150.3、4进行测试，涂膜附着力测试参照GB/T 9286-1998进行测试。

1.3.3 高低温冲击试验及试验后涂膜附着力测试

高低温储存试验参照GJB150.5进行测试，涂膜附着力测试参照GB/T 9286-1998进行测试。

1.3.4 湿热试验及试验后涂膜附着力测试

湿热试验参照GJB150.9进行测试，涂膜附着力测试参照GB/T 9286-1998进行测试。

1.3.5 盐雾试验及试验后涂膜附着力测试

盐雾试验参照GJB150.11进行测试。

1.3.6 耐溶剂试验

涂装有两种复合涂层的试片分别在水、汽油和酒精中进行了1天时间的耐溶剂试验。

2 试验结果与讨论

2.1 附着力测试结果

复合涂层的附着力测试、高低温储存试验后涂膜附着力测试、高低温冲击试验后涂膜附着力测试、湿热试验后涂膜附着力测试、盐雾试验后涂膜附着力测试结果如表1。测试结果显示氟碳漆复合涂层的附着力优于丙烯酸聚氨酯复合涂层的。

2.2 耐溶剂性试验结果

涂装有两种复合涂层的试片分别在水、汽油和酒精中进行了8天和20天的耐溶剂试验，其结果如表2所示。

表2 耐溶剂性试验结果

试验结果表明：（1）两种复合涂层在水中均表现出良好的耐溶剂型，无论是8天还是20天，漆膜均无变化；（2）两种复合涂层在汽油和酒精中浸泡8天后，漆膜表面均无变化，浸泡20天后，氟碳漆漆膜表面无变化，但丙烯酸聚氨酯漆表面局部起泡，这说明在一定腐蚀环境条件下，氟碳漆的耐溶剂性能优于丙烯酸聚氨酯的。

2.3 试验结果分析

由附着力测试结果和耐溶剂性测试结果可以得出以下结论:

（1）氟碳漆和丙烯酸聚氨酯漆均具有良好的附着力，这与它们的固化机理是密不可分的，氟碳漆和丙烯酸聚氨酯漆的固化机理主要是含有活性氢的羟基与异氰酸酯进行固化反应形成漆膜[4-6]，可常温固化，且双组份的组成与S06-N-2双组份底漆具有良好的配套性。以ROH代替FEVE树脂，R’NCO代替聚氨酯固化剂，其固化反应如下：

R’NCO+R-OH→R’NHCOOR

（2）氟碳漆相对于丙烯酸聚氨酯漆具有良好的耐候性，这主要是氟碳漆中引入了氟原子，高键能的C-F键比起一般的有机聚合物中的C-C键，键能要高得多，这就是氟碳涂料比其它有机聚合物涂料耐候性超强的主要原因。