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PVDF氟碳粉末涂料的探索性研究(Ⅰ)
2019年03月12日    阅读量:8479    新闻来源:粉末学会  |  投稿

氟碳涂料的现状


1961年杜邦公司开发出PVDF氟碳涂料,1965年实现商业应用,经过几十年的发展,PVDF氟碳涂料以其优异的耐候性能而被广泛使用。目前市场上的PVDF氟碳涂料大部分还是以溶剂型涂料为主,溶剂型涂料在涂装时挥发性有机物(VOCs)的排放量非常大,2015年中国PVDF氟碳涂料的销售量超过2.7万吨,其产生的VOCs排放量达1.6万吨。随着环保法律法规的日趋完善,涂料的环保要求也越来越严格,涂料在生产及涂装过程尽量减少VOCs排放量显得非常重要,而粉末涂料具有环保、节能、优质和高效等优点,使得氟碳粉末成为了氟碳涂料重要的发展方向之一。近年来,国内粉末涂料行业对氟碳粉末的需求越来越旺盛,国外中东地区、亚洲及大洋洲对氟碳粉末涂料的需求也正在增长,这些市场发展方向同样给氟碳粉末涂料的快速发展提供强大动力。

氟碳涂料粉末涂料


根据GT/T 23443-2009《建筑装饰铝单板》标准,室外用的氟碳涂层规定PVDF树脂占树脂原料的质量不应低于70%。因此,本次试验的PVDF氟碳粉末涂料配方组成引用了传统溶剂涂料的配方,由70%PVDF树脂、30%其他改性树脂配和无机颜料等制备而成,它不仅继承了传统溶剂型PVDF氟碳涂料具有的超强耐候及耐化学腐蚀等性能,而且在生产、涂装时不排放挥发性有机物,完全符合当前严格的环保要求,属于市场上绿色环保型产品之一。PVDF树脂是由

-CH2-和-CF2-基团交替连接形成紧密、稳定的化学结构的聚合物,而C-F键的键能是485KJ/mol-1,比绝大部分化学键都要稳定,由于上述特点,使PVDF粉末涂料较其他粉末涂料的化学稳定性及耐候性能更加优异。

考虑到PVDF树脂属于非极性热塑性树脂,其与基材的附着力不如热固性树脂好,我们通过利用改变PVDF树脂用量和利用不同树脂来改性PVDF涂料,可以很好地解决PVDF粉末涂料附着力不佳及分散性不均匀等问题。另外,考虑到影响PVDF涂料性能的因素有很多,如配方的物料组成、底材前处理、挤出、粉碎、喷涂和烘烤工艺等,本试验还探索PVDF粉末制备工艺、喷涂和烘烤工艺等因素对PVDF粉末涂料的性能影响,同时摸索出PVDF粉末涂料最佳的烘烤工艺条件。


//PVDF涂层质量的影响因素//


01 不同PVDF树脂用量对PVDF涂层的性能影响


根据PVDF树脂的特性,配方中PVDF树脂含量过少会削弱涂层的耐候性及耐化学腐蚀性,而PVDF树脂含量过多则影响涂层的机械性能。PVDF树脂属于非极性热塑性树脂,其对颜料的润湿分散性及与基材的附着力均较差,因此,涂层的性能与配方组成中PVDF树脂用量有密切联系。以下我们探讨不同PVDF树脂用量对PVDF涂层的性能影响,选择出PVDF粉末涂料配方中PVDF树脂的最佳用量,本试验分别按PVDF/改性树脂(质量份)=90/10,80/20,70/30,50/50,30/70的比例配制PVDF粉末涂料,比较涂层性能的试验结果见表1。


表1  不同PVDF树脂用量对PVDF涂层的性能影响

image.png


从表1结果可知,随着PVDF树脂用量增加,涂层的光泽逐渐下降,外观也有所变差,硬度从4H下降到2H。显然,涂层的性能与PVDF树脂和改性用树脂C的用量有密切关系,当PVDF树脂用量占树脂原料的质量低于50%时,PVDF混合体系的结晶度明显下降,导致涂层抗断裂拉伸性能有所下降;而PVDF树脂用量在70%以上时,涂料对底材的润湿性不够,导致其附着力性能开始有所下降。另外,改性用树脂用量过多,涂层的光泽大幅度上升,放大了涂层外观表面的缺陷;而PVDF树脂用量过多时,体系熔融粘度大,影响了涂层的平整性。从上述试验结果可看出,配方3中PVDF树脂用量占树脂原料的质量的70%时,涂层的综合性能达到最佳,跟溶剂型PVDF氟碳漆的配比基本吻合。


02 不同改性用树脂的性能对比

为了改善体系对颜料的润湿性及提升与基材的附着力,我们选择不同改性用树脂对PVDF粉末涂料进行改良,加入改性用树脂后不仅要保持PVDF涂料良好的耐候性及耐化学腐蚀性能,更重要的还要改善体系对颜料的润湿分散性,提高对底材的附着力和改善最终涂层的稳定性。所用的改性用树脂不同,对最终涂层的光泽、硬度、附着力等也会带来明显的不同。通过试验发现,所用改性用树脂和PVDF树脂需有良好的相容性,可以互相充分混合,并通过高温烘烤与PVDF树脂在高温下形成互熔的合金,从而涂层则表现出优异的性能。为了保证PVDF粉末涂料的优异性能,使涂层耐候性相当于溶剂型PVDF氟碳漆的性能,以下将以PVDF树脂/改性用树脂=7:3为前提,我们分别选用四种不同的改性用树脂探讨其对PVDF涂层性能的影响,试验结果见表2。


表2  不同改性用树脂对PVDF涂层的性能影响

image.png


从表2可知,所用改性用树脂的结构不同,对涂层的光泽、硬度、附着力等性能带来明显的不同。改性树脂A对PVDF粉末涂料涂层的性能改善是有限的,改性后的附着力及耐冲击性能仍然不佳。而树脂B对PVDF涂层的硬度、附着力和耐冲击性均有所提升,但是影响了涂层外观,这可能与树脂之间的相容性有关。树脂D比树脂C对PVDF涂层的附着力和耐冲击性能提升更明显,且没有影响到涂层的外观。这说明了引入合适的改性树脂,对PVDF涂层的耐冲击、附着力等物理性能有着明显的提升。这个结果说明四种树脂对PVDF粉末涂料性能的影响是不同的,其中改性用树脂C的效果是最好,也就是说配方9的涂层性能最好。


标签:工业涂料今日头条技术中心粉末涂料
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