纳米CaCO3改性氟树脂涂料的制备

　　摘要:研究了活化纳米CaCO3及通过加入纳米CaCO3和白炭黑改善常温固化型氟树脂涂料所存在的固化时间长、柔韧性和流平性差等不足,结果表明:加入纳米CaCO3和白炭黑改善了常温固化型氟树脂涂料性能及涂装工艺性能。纳米CaCO3加入量为2%,白炭黑加入量为0.5%,氟树脂涂料涂膜表干时间<1h,实干时间23h,柔韧性1级,流平性也得到改善。

　　关键词:氟涂料;纳米碳酸钙;固化时间;柔韧性;流平性

　　引言

　　氟涂料主要有三类:烘烤型、常温固化型和水性氟涂料,目前广泛使用的是常温固化型氟涂料[1]。但实际应用中,常温固化型氟涂料常常表现出固化时间长、柔韧性不足、流平性差。本文研究了通过加入纳米CaCO3和白炭黑改善常温固化型氟涂料所存在的不足[2-3]。

　　1.实验

　　1.1原料

　　实验所用原材料如表1。

　　表1所用原材料名称、规格及来源

　　1.2氟树脂涂料及试板制备

　　纳米CaCO3的活化:称取一定量偶联剂用石油醚充分溶解,加入纳米CaCO3充分搅匀后,再将石油醚蒸出,干燥后,得活化的纳米CaCO3。

　　氟涂料配制:将氟树脂、颜填料、溶剂按一定比例在高速搅拌机中充分混匀后,在砂磨机中研磨至细度小于15μm制成甲组分;将固化剂与醋酸乙酯/醋酸丁酯按一定比例制成乙组分,按n(—NCO)∶n(—OH)=1.1∶1将甲乙组分混合。加适量稀释剂调整氟树脂涂料黏度至18～20s,喷涂制板。

　　1.3性能测试

　　纳米CaCO3活化指数测定:称取10g样品放入盛有150mL蒸馏水的烧杯中,用玻璃棒搅拌使其溶解充分,静置1h,然后将沉降的试样取出用真空抽滤泵抽滤,将抽滤后的样品放入烘箱烘干,将烘干后的试样用电子天平称量后,放入试样袋中贴上标签。活化指数=(10-沉入杯底的粉料的质量)/10×100%氟涂料性能:按表2检验氟树脂涂料性能;贮存稳定性:存放半年,检查有无沉降。如沉淀在搅拌后恢复均匀,根据沉淀量分为“轻度、沉淀和重沉淀”。

　　表2检验项目及检验标准

　　2.结果与讨论

　　2.1纳米CaCO3的活化性

　　纳米CaCO3是亲水性的,与溶剂型氟树脂涂料相容性很差,使用前须对其进行表面活化(偶联)处理,以改善与溶剂型氟树脂涂料的相容性。表3为不同偶联剂的活化指数。从表3看出:在偶联剂中KH-570活化指数最高,表明使用该偶联剂对纳米CaCO3进行表面活化处理可将其表面由亲水性变为疏水性),KH-570[γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷]中的丙烯酰氧能与CaCO3有效地形成范德华结合力,而其亲油性基团—丙基三甲氧基硅烷又能与氟树脂通过范德华力使分子链相互缠绕在一起,即有效地使纳米CaCO3颗粒表面变成亲油性,有利于纳米CaCO3在非极性的氟树脂中均匀分散。图1为KH-570用量对活化指数的影响。

　　图1KH-570用量对活化指数的影响

　　图1表明:随活化用偶联剂用量增加,活化指数增加。当用量达到2.0%时,活化指数达到99.6%,颗粒表现出强疏水性。

　　表3活化指数的测定

　　2.2纳米CaCO3用量对氟涂料性能的影响

　　表4表明纳米CaCO3用量对氟涂料性能的影响。从表4可以看出:随纳米CaCO3用量的增加,氟树脂涂料的干燥时间、柔韧性及流平性均得以改善。因为高表面活性的纳米CaCO3及偶联剂硅烷对氟涂料有催干作用,使其表干和实干时间缩短。另一方面,经处理后的具有两亲性的纳米CaCO3使氟树脂的氟分子链间的相互作用力减弱,氟分子链间相互缠绕减轻,分子链规则排列减少,这些因素会使氟涂料的流动性(流平性)和漆膜的柔韧性得以改善。

　　2.3白炭黑的影响

　　表4纳米CaCO3用量对氟涂料性能的影响

　　注:体系中无白炭黑。

　　白炭黑有增加涂料流动性、粘合性(防沉淀)和分散性等作用。表5为白炭黑用量对涂料性能的影响。

　　表5白炭黑用量对氟涂料性能的影响

　　注:体系中无纳米CaCO3

　　从表5看出:随着白炭黑用量的增加,氟涂料的贮存稳定性改善,其用量为0.5%时,贮存1年仍无沉淀现象。因其改善了粉料的润湿性、分散性,并有增稠作用;增加白炭黑的加入量,柔韧性和流平性也得以改善,在加入量为0.5%时为最好。而后再增加情况不理想。这是因用量过多导致触变性较强,影响了分散性(甚至呈冻状)。

　　2.4改性前后氟涂料的性能比较

　　加入2.0%纳米CaCO3、0.5%白炭黑改性前后氟涂料的综合性能如表6所示。

　　表6改性前后氟涂料的性能比较

　　3.结语

　　(1)纳米CaCO3表面活化(偶联)处理较重要,偶联剂KH-570适合于氟树脂涂料,用量为纳米CaCO3的2.0%效果最佳。(2)经纳米CaCO3改性氟树脂涂料的干燥时间、柔韧性及流平性均得以改善。(3)经白炭黑改性氟树脂涂料的贮存稳定性改善。(4)活性纳米CaCO3用量为2.0%及白炭黑用量为0.5%时,改性后氟涂料的表干时间<1h,实干时间为23h,柔韧性达到1级,流平性达10级,贮存稳定性达1年