一种新的水性氟涂料[转帖]

八戒

引言

在许多领域,技术开发常常要满足日益迫切的环保法规,要求材料具有更好的耐久性,目前所用的弹性材料不能经受高温\腐蚀性溶剂\燃料和其它化学物质,也无在这些应用所必需的物理性能。很明显，氟弹性体材料是满足这些新要求的替代品。目前，尽管成本相对高，但氟弹性体应用于汽车、化学、航空和其他工业日益增长，实际上，实心和海绵状氟弹性体产品以及这些工业领也在采用氟弹性体涂料，涂装的材料包括金属、织物、混凝土、塑料和橡胶。

　　1 背景

溶剂型氟弹性涂料已应用多年，这些涂料通常被制备成以酮作溶剂固含量为20%~40%，用作溶剂型氟弹性体的最受欢迎的固化剂是胺和氨基硅烷，这些固化剂是胺和氨基硅烷，这些固化剂贮存期限只有2~8h，因而，涂料必须制成施工前才混和的双组分（2k）体系。

溶剂型涂料已在许多新应用中，为有效使用氟弹性体提供了途径，但这些涂料除了贮存期短外还存在某些问题和限制，需要大量有毒和可燃性熔剂，有用的是涂料固含量高于40%时粘度迅速增长，应用局限于不受这些溶剂影响的底材，由于溶剂溶胀影响的底材，由于溶剂溶胀和退化，不可能用于塑料和橡胶。另外，还应特别注意清漆环境，因为法规的日益严格，具有高VOC是不符合法规的。

自由基乳液聚合是生产氟弹性体最常用的工业生产工艺，氟弹性体乳胶聚集而获得聚合物。在过去已从氟弹性乳胶制备某些涂料，但是对于橡胶生产制备的乳胶，目前大约为30%固含量，这对于制备技术上和经济上均满意的涂料固含量不够，到1988年Ausimot才开始具有固含量65%~70%的浓缩Technoflon（r）TN乳胶，水性氟涂料才变得可能。

有很少几种水性涂料是双官能胺的固态氟弹性体的2K体系，这些涂料具有水性涂料体系的优点也存在溶剂型双组分（2K SB）体系的特点。首先，与溶剂型体系一样，其贮存期只有几小时，其次，氨固化涂料常表现为附着力差，可能要求涂底漆。

氨基硅烷，一种溶剂型氟涂料的最普通固化剂，不易用于水性体系。通常硅烷与水不混溶，当与水混合时，水解形成可溶硅醇，促进低聚化。在许多情况下，当硅烷直接加到氟涂料中产生凝聚，即使无凝聚，可观察到几天之内固化剂也已失效。

几年前，在Ausimont的浓缩乳液开发之前，日本的大金工业报道了一种水性氟涂料，这种涂料的固化体系是部分或完全是单独使用的氨基硅烷或其与二官能胺结合，这些组分大大改进了附着力，贮存期延长2~4周，但以这些组分获得的固化膜的机械性能有限，既在几小时内凝聚，又在涂膜制备1~2d之内丧失有效固化的能力。

　　2 进展

开发一种单组分、水性浓缩乳胶氟涂料，目的是具有可接受的贮存期、对各种底材的附着力好，当然要有氟弹性体的优点。这种涂料将减少前面提到的缺陷，成功的关键是找到一种合适的固化剂。

测试了决定其是否满足要求的特性的各种固化剂，最合适的固化剂是水解和稳定的氨基硅烷。

为了决定含这种类型固化剂的液体涂料组分的贮存期和可行性，改变固化剂量在不同的时间测量粘度，在同样的期限，以这些组分制备涂料，于100度固化1h，测量机械性能。

但是这种增长从不足以引起胶化，即使在4个月之后，如预料的那样，固化剂量增加加速了粘度增长，增加了拉伸强度和降低了断裂伸长率，最重要的对任何给定的固化剂量，拉伸性能随时间变化很小，当贮存于室温下固化剂有效性保留达4个月时间。

除了固化剂外，这种涂料也可以添加许多应用所需的各种性能的填料、颜料和助剂。这些应用例子铸铁模腔，各种橡胶和金属部件等，这些涂料可通过喷、浸或刷涂，当涂料施工后，室温干燥约15~20min，再于100度干燥1h，获得优化性能，提高固化温度可大大缩短固化时间，固化涂层具有良好的机械性能，对多种底材有良好的附着力、耐擦伤性和拉伸性能。

上述涂料生产工艺是理想的，热固化可能时应用也是理想的，但常常需要在室温固化的类似产品，所以，下一个目标是制备与上述组类似性能的室温固化组分。

室温固化2K体系需要活性很大的固化体系，这种强固化剂会引起涂料的迅速胶化，贮存期变短。检验了包括通常应用的2K体系的各种固化剂，如前所述，不能用氨基硅烷。与其他研究者一样，试用了二元和多元胺，选用的两种固化剂是六次甲基二胺和三乙烯四胺，室温下这些材料活性足以固化水性涂料，但这些涂料组分还是相当不稳定，贮存期短，另一个大的缺点是对金属附着力差。

同时，进一步实验发现当这些胺与上述水解的和稳定的氨基硅烷结合使用时有很大潜力，通过添加1~3 份这些胺到单组分体系时可以获得室温下固化的涂料组分，这些组分可稳定好几天，当然，这些2K涂料组分的室温固化会比1K体系的高温固化需要更长时间。但是，对表4所列的7~10d固化膜性能接近前述单组分体系高温固化的性能。

需强调当2K体系室温因化时，温度的任何增加都会加速固化，温度高于50度将在几小时内固化涂膜。

4 结论

配制了单组分高固体分水性氟碳乳胶涂料，这种涂料具有至少4个月的贮存期/贮存期，可以喷、浸、刷涂施工，100度/1h固化涂膜具有对许多不同类似底材的极好附着力。也开发了室温固化配方，这种涂料固化性能与前述涂料类似，由于固化体系的活性更高要配成双组分体系，即使如此，贮存期至少要有几天，涂膜室温固化要求7~10d，但若加热可能加速固化。