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橡胶制品表面用含氟涂料研究进展
Sat, 08 Feb 2014 08:21:13 GMT

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  随着现代橡胶合成和加工工业技术的日趋完善,橡胶制品凭其独特的优良特性越来越多地应用到汽车、电子、航空等高科技领域。同时,人们对橡胶制品的性能要求也越来越严格,但橡胶材料本身在高温、高辐射、高污染等恶劣环境中的耐老化、耐腐蚀、耐候性、耐磨性等方面存在不足,而影响其使用寿命和应用范围。橡胶制品的性能在很大程度上取决于其表面层的性能,故对橡胶制品的表面进行涂装改性,能有效的延长橡胶制品的使用周期。

含氟涂料是以含氟聚合物或有机氟改性聚合物为主要成膜物质的涂料,具有优异的热稳定性、高化学惰性、耐候性、耐污染性及非粘附性等性能。用含氟涂料对橡胶制品表面进行涂装改性,能有效的改善橡胶制品的表面性能。

1·含氟涂料的性能特点

   一般的聚烯烃分子碳链呈锯齿状,而在含氟涂料中,由于氟原子电负性大(4.0),原子半径小(0.13nm),C-F键键长短,键能大,相邻氟原子相互排斥,使主链上的C-C-C键角由112o变为107o,氟原子不在同一平面内,沿碳链作螺旋分布,故碳链四周被氟原子严密包裹起来,起到良好的屏蔽作用。对称分布使得整个分子为非极性;全氟有机化合物的共价键键能达到544kJ/mol,能很好的抵御太阳光中的紫外光部分对有机物的破坏,所以氟系涂料具有极好的耐候性。氟系涂料的耐化学性能也很好,因为氟原子比氢原子大的多,将C-C键包围起来,使得任何原子或集团都不能进入而破坏C-C键。

2·含氟涂料的分类

   2.1乙烯基含氟涂料张铃欣等[1]制备了以聚四氟乙烯为主要成分的水溶性含氟涂料,对氢化丁腈橡胶(HNBR)试样表面喷涂改性,研究其摩擦性能,并与膨胀石墨改性HNBR试样表面进行对比。研究结果表明,采用含氟涂料对HNBR试样表面进行喷涂改性,在摩擦初期即可获得极低的摩擦因数,并在较长时间内将其保持;而用膨胀石墨改性HNBR试样初始摩擦因数很高。

   2.2环氧基含氟涂料

   环氧树脂具有优良的粘接性能,可以弥补氟树脂粘接力差的不足,在保持氟树脂优良耐腐蚀性、低表面能的同时提高树脂粘接力,使得涂料的性能显著提高。

王成忠、左禹等[2]将合成的端异氰酸酯含氟化合物接枝到双酚A环氧树脂上,形成侧链含氟的环氧树脂,目的在于保持环氧树脂优良粘接力的同时,提高其表面性能,将环氧树脂和氟碳树脂的优点集于一体,获得1种新型的树脂材料,测试结果表明该含氟环氧树脂的韧性和电性能得到显著提高。

   2.3含氟丙烯酸类聚合物涂料

   丙烯酸酯类材料具有极好的粘接性能。虽然F-C键比丙烯酸中的C-H键耐化学腐蚀性好,但却缺乏丙烯酸的一些优点,因此将有机氟基团引入丙烯酸聚合物制备含氟丙烯酸酯涂料,既保留丙烯酸酯漆良好的耐碱性、保色保光性、涂膜丰满等特点,又具有有机氟树脂耐候、耐沾污、耐腐蚀及自洁性能的优点,是一种综合性能优良的涂料。

清华大学唐黎明等[3]以聚偏氟乙烯和聚丙烯酸酯为原料,通过乳液聚合方法合成了性能优异的聚丙烯酸酯改性乳液。该乳液与基材的粘结性好,成膜后胶膜的表面性能好,可以在要求耐污染、耐热、耐药品和不粘性的领域用于基材的表面改性,如用于纺织、皮革制品的耐水、耐油剂等领域。

   2.4含氟硅化物涂料

   含氟有机硅涂料可常温固化成膜,具有优良的耐腐蚀性能、抗冲击性能、附着性能和耐候性能,使用寿命可达20年以上。上海汇馥有机硅科技有限公司开发出的WB99型含氟有机硅涂料已成功应用于涂装防护南浦大桥拉索聚乙烯套管[4]。Mera等研制出的含氟有机硅防污涂料,适用于海下储罐、船舶、渔网、码头等的防护[5]。杜慧茹,陈芳等[6]研究了一种具有良好防水和防渗透性能的有机硅氟材料,分别进行了渗透深度、接触角、透气性、耐冻融、耐盐结晶、耐酸以及耐碱等系列实验,以评估该材料应用在砂岩文物保护方面的效果。结果表明:有机硅氟聚合物是砂岩类文物的良好保护材料。

   2.5含氟聚氨酯涂料

   含氟聚氨酯涂料具有优异的耐候性、耐腐蚀、保色性及耐热、可室温固化,耐化学品性,其综合性能是其他涂料无法比拟的,因此被广泛应用于航天航空、船舶防腐、桥梁车辆和建筑等领域,是铝材、水泥、钢材、塑料、橡胶、木材表面很好的防护和装饰涂料。作为功能基团的含氟共聚物与多异氰酸酯常温交联固化,不仅具有氟树脂优异的化学性能,而且具有通用涂料的性能而被广泛应用。

   张永明等[7]合成了含羟基的氟硅树脂,并以此树脂60份为原料,甲基异丁基酮/二甲苯(2∶1)30份、助剂10份、HDI25份作为固化剂制成清漆。该清漆不仅保持了良好的附着力和机械强度,还具有高耐热、耐候性,良好的憎水性和防沾污性,预计在防腐蚀涂料及防污涂料方面有极大的潜在应用价值。

3·含氟涂料在橡胶制品表面中的应用

   一直以来,涂层难于附着于橡胶表面是涂料研制中首先要考虑的问题。首先,金属表面是高能表面,易于附着,而橡胶表面张力<100mN/cm,是低能表面,涂料在其上很难润湿和铺展。液体要想在固体表面润湿和铺展,其表张力必须小于固体的表面张力才能实现,这就将涂料的表面张力限制在一定范围内,而涂料表面张力是基料树脂和溶剂的表面张力的综合体现,必须选择适当的涂料体系。一般说来,涂料树脂与橡胶底材结构相似、相溶性良好(溶解度参数相似)、极性相近才能使得涂料树脂在橡胶表面良好的附着;其次橡胶制品是一种特殊的基材,其弹性高(模量低)、柔韧性好,易于发生形变,对涂料的匹配性要求很高,一般都将相对伸长率作为橡胶涂料的技术指标,选择热膨胀系数与底材相似、模量低、柔韧性好的涂料,且不会因气候影响而发生漆膜脱落、龟裂、起皱纹现象,苛刻的条件甚至要求涂料能满足橡胶制品在使用中经常发生较大的形变。

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