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桥梁低温抗冲击氟碳涂料的设计,试验使用三氟FEVE树脂和特殊结构的异氰酸酯进行配合,中国资讯网,ChinaNews360.com
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桥梁低温抗冲击氟碳涂料的设计,试验使用三氟FEVE树脂和特殊结构的异氰酸酯进行配合
2019年09月12日    阅读量:627    新闻来源:中国资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿


0 前言

涂料组成主要包含成膜物质、颜料、溶剂和助剂,其中成膜物质是涂料的基础,它具有黏结涂料中其他组分形成涂膜的功能,对涂料和涂膜的性质起决定性的作用。现代涂料,多以树脂作为成膜物质。树脂,通指未经过加工的高分子聚合物,具有高分子聚合物的一般特性涂料在线coatingol.com


在低温环境下,树脂分子的活动能力被降低,分子链段运动变得困难,树脂失去黏弹性,屈服应力变高,在外力作用下,更容易发生断裂情况[2]。这个特性对于涂料而言,就意味着,随着温度的降低,涂膜的抗弯曲、抗冲击性能也随之变差。


中国北方地区,冬季温度可降至-30~-20 ℃,在这种气候条件下,普通的桥梁涂料,物理性能变得很差,在受到如车辆激起的碎石等外力冲击下,涂膜很容易发生开裂、脱落现象,而在这些破裂点,钢铁底材因失去涂层的保护,将直接受到雨水、氧等腐蚀介质的影响,产生锈蚀并逐渐扩散。


针对这一问题,设计开发出了具有柔性特征的氟碳涂料,其涂膜不但具有出色的耐候性和耐沾污性,更具有优异的柔韧性,即使在低温环境下,抗冲击能力也非常好,作为桥梁用高端防腐面漆有很好的应用前景。


1 试验部分

1.1 基础配方

1.1.1 主剂(见表1)

抗冲击氟碳涂料主剂配方

桥梁低温抗冲击氟碳涂料的设计,试验使用三氟FEVE树脂和特殊结构的异氰酸酯进行配合 中国资讯网,ChinaNews360.com

1.1.2 固化剂(见表2)

抗冲击氟碳涂料固化剂配方

1.2 生产工艺

前炼投料→高速分散→砂磨→调和→调色→调整→检验→包装

 

2 结果与讨论

2.1 配方讨论

2.1.1 氟碳树脂的选择

目前常规防腐领域,氟碳涂料的主成膜树脂多选用FEVE类型,盖因其具有常温可溶解、高光泽、耐候性、耐化性突出、抗沾污性强的特点。按照含氟单元的种类来区分,FEVE氟碳树脂主要有四氟FEVE和三氟FEVE2种[3]。在配方设计时,经过对比选择,最终选择三氟FEVE作为主成膜树脂。它具有以下几个优点:

(1)具有更高的光泽,涂料成品表面效果更佳。

(2)与助剂的相容性更好,所以在配方设计时,原料选择面更大,设计性能可以更加理想。

对抗冲击氟碳涂料进行QUV-B加速老化试验,从测试结果可见,在3 000 h加速老化后,涂膜的保光性仍然保持在95%以上,与常规氟碳涂料相当,耐候性非常优越,见表3、图1。

耐候性对比表

桥梁低温抗冲击氟碳涂料的设计,试验使用三氟FEVE树脂和特殊结构的异氰酸酯进行配合 中国资讯网,ChinaNews360.com

耐候性对比图

2.1.2 固化剂的选择

在抗冲击氟碳涂料中,主剂中的FEVE氟碳树脂提供了优异的耐候、耐化学、抗沾污性能,而涂料良好的柔韧性,则是由主剂与特殊结构的异氰酸酯固化剂相互交联后而产生的。在测试对比后,最终选择了德国拜耳公司的HDI型弹性异氰酸酯作为固化剂,通过黏弹性测试可见,抗冲击氟碳涂料涂膜既柔且韧,50 μm膜厚单膜延伸率达到70%以上,远超普通氟碳涂料和聚氨酯涂料(见图2、表4)。

黏弹性对比图

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延伸率对比



2.1.3 分散剂的选择

在抗冲击氟碳涂料配方设计时,分散剂的选择是非常重要的一个环节。分散剂既需要和氟碳树脂有着良好的相容性,同时对颜料也要有很好的润湿、稳定效果。由于抗冲击氟碳涂料主要应用于大型防腐项目,其生产特点是产量大、颜色种类多,多数情况是有机颜料和无机颜料同时进行分散研磨,故在配方设计上,选用传统型分散剂和高分子分散剂搭配使用的方式。通过分散剂正确的选择搭配,生产出的抗冲击氟碳涂料光泽高,颜色鲜艳、稳定,具有良好的装饰和保护效果。

2.1.4 颜料的选择

颜料是涂料的重要组成部分,高品质的颜料,其作用不仅仅是提供色彩和装饰性,更重要的是改善涂料的物理化学性能,提高涂膜的机械强度、附着力、防腐性能、耐光性和耐候性。


颜料选取的正确与否,直接影响到抗冲击氟碳涂料耐候性的优劣,不恰的颜料,不但会使抗冲击氟碳涂料出现保光不保色的现象,更会加速树脂的粉化,降低涂料的耐候性能。以钛白粉颜料为例,即使都是金红石型的钛白粉,选用普通型或者高耐候型种类,涂膜的耐候性也有很大的区别。


从图3的3 000 h QUV-B加速老化试验结果看,使用普通金红石型钛白粉的抗冲击氟碳涂料保光率只达到50%左右,而使用高耐候金红石型钛白粉的抗冲击氟碳涂料,保光率在80%以上,两者差别非常明显。因此,在抗冲击氟碳涂料配方设计时,选取了进口高耐候金红石型钛白粉及其他高耐候性的颜料,以确保涂料长期的保光保色效果。

不同钛白粉加速老化保光率对比图

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2.2 配方性能讨论

2.2.1 常规性能(见表5)

常规性能数据表

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2.2.2 低温附着力、弯曲、冲击性能

抗冲击氟碳涂料的特殊结构,使其在低温情况下仍然保持着良好的柔韧性。将聚氨酯涂料、普通氟碳涂料、抗冲击氟碳涂料分别制板后,放入-40 ℃的冷柜进行冷冻,1 h后取出,即刻按照国标进行划格附着力、弯曲、冲击试验,试验结果见表6。

低温弯曲性能对比

桥梁低温抗冲击氟碳涂料的设计,试验使用三氟FEVE树脂和特殊结构的异氰酸酯进行配合 中国资讯网,ChinaNews360.com

在-40 ℃的环境下,经过50 cm高、1 000 g落锤的冲击,聚氨酯涂料的冲击点出现了明显的碎裂;普通氟碳涂料的情况要稍好些,但在冲击点底部还是出现了一定的开裂现象;抗冲击氟碳涂料则在冲击后涂膜完好无损,表现出了优异的低温抗冲击性能。同样,在低温环境下,抗冲击氟碳涂料的附着力、弯曲性能也均好于其他两种对比涂料。

2.2.3 耐沾污性能

抗冲击氟碳涂料同普通氟碳涂料一样,在保持突出耐候性的同时,同样具有非常好的耐沾污能力。对比在户外曝晒4 a的样板可见(见图4),聚氨酯涂料表面污染情况严重,即使用抹布蘸清水擦拭,涂料表面的污染物仍然附着牢固,很难被清洗干净;而抗冲击氟碳和普通氟碳涂料,在长时间的户外曝晒后,表面依然十分光洁,涂膜平整,污染物用抹布可以轻松除去,耐沾污能力明显高于聚氨酯涂料。

低温弯曲性能对比

桥梁低温抗冲击氟碳涂料的设计,试验使用三氟FEVE树脂和特殊结构的异氰酸酯进行配合 中国资讯网,ChinaNews360.com

抗冲击氟碳涂料之所以有优异的抗沾污能力,主要是由它选用的成膜树脂的结构特性所决定。抗冲击氟碳涂料的成膜树脂为FEVE树脂,其含有高键能的F—C键,紫外线难以破坏,所以在户外长期曝晒下,涂膜表面不粉化,光洁平整。另外,FEVE树脂的特殊结构,还使得抗冲击氟碳的涂膜表面能非常低,具有拒水拒油的双重效果。正是具有以上特性,使污染物难以在抗冲击氟碳涂膜表面吸附,即使依附了也无法结合紧密,不能渗透到涂膜内部,可轻松将其从涂膜表面清洗除去。

 

3 结语

抗冲击氟碳涂料具有出色的耐候性和抗沾污效果,由于选用了特殊结构的异氰酸酯作为固化剂,所以涂膜还具有优异的柔韧性,即使在低温下抗冲击能力依然保持良好,非常适合在北方低温环境中作为高端耐候型面漆在桥梁等大型户外建筑上使用。另外,其较高的延展性,也使抗冲击氟碳涂料可涂装在混凝土这类易开裂基材上,作为防护涂料有着很好的应用前景。


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