氟碳漆與丙烯酸聚氨酯漆性能的對比研究

賈云超

（中國電子科技集團公司 第二十研究所，陜西 西安710068）

0 引言

金屬腐蝕是指金屬和周圍環境介質之間發生化學[1]或電化學反應，從而引發的破壞或變質。金屬腐蝕現象普遍存在于國民經濟和國防建設各個領域，危害相當嚴重，金屬腐蝕給人類造成的損失是驚人的，全球每年因腐蝕造成的經濟損失約11000億美元。國內每年約有1/3的鋼鐵因腐蝕而報廢。多方面的巨大損失，刺激著防腐蝕涂料的快速發展，近年來，隨著金屬表面涂裝要求的日益增強，金屬表面防護和裝飾用涂料成為我國涂料行業增長較快的涂料品種。

防腐蝕涂料在被涂物表面干燥后形成涂層，它的保護作用主要包括屏蔽作用、緩蝕作用和陰極保護（電化學保護）作用三種。在當前發展的新型涂料中，氟碳漆和丙烯酸聚氨酯漆是兩種性能卓越的涂料。

氟烯烴聚合或氟烯烴和其它單體共聚而成的高分子聚合物就是氟碳樹脂，以氟碳樹脂為成膜物質的涂料，稱之為氟碳涂料（Fluorocarbon Coating）[2]。常見的氟碳涂料用氟碳樹脂主要有聚四氟乙烯（PTFE）氟碳樹脂、聚偏二氟乙烯（PVDF）氟碳樹脂、聚氟乙烯（PVF）氟碳樹脂和FEVE氟碳樹脂等。其中PTFE、PVDF及PVF樹脂都屬于結晶性聚合物，不能溶解于有機溶劑中，通常需要在230℃以上的高溫烘烤成膜。溶劑型可以常溫施工的氟樹脂面漆，以FEVE聚合物為樹脂，它與傳統的PVDF不同，分子結構中選擇了乙烯基醚官能團，改善了氟樹脂的溶解性，進而提高了涂料的流平性。含羥基的FEVE樹脂中的羥基既可以和聚氨酯固化劑中的-NCO基反應，也可以和氨基樹脂中的烷氧甲基反應。使用氨基樹脂作為固化劑，需要進行烘烤交聯固化。用異氰酸酯固化劑進行固化反應的氟碳樹脂涂料，又可稱之為氟聚氨酯涂料。氟碳涂料主要用于工業及建筑方面需要戶外高耐候性、耐沾污和耐腐蝕的場合。

聚氨酯樹脂全稱為聚氨酯甲酸酯樹脂（Polyurethane Resin）。聚氨酯樹脂一般是由兩個以上異氰酸酯化合物與含兩個以上活潑氫的化合物（如羥基、羧基等的化合物）反應制得的高分子化合物。在其分子結構中有重復的氨基甲酸酯鏈節，即氨酯鍵，所以稱之為聚氨酯樹脂。含羥基丙烯酸樹脂耐候性優良，干燥快，具有較聚酯樹脂更好的保色保光性，因為它不吸收300nm以上的紫外光及可見光，其主鏈的碳-碳鍵耐水解。含羥基丙烯酸酯與脂肪族多異氰酸酯如HDI縮二脲、HDI三聚體反應而生成的丙烯酸聚氨酯漆，漆膜具有很好的硬度又有極好柔韌性，耐化學腐蝕。突出的耐候性，光亮豐滿，干燥性好，表干快而不沾灰等特性，使之成為在鋼結構重防腐涂裝體系中的首選面漆。

本文以鋼件鍍鋅為基材，以S06-N-2為底漆，分別以氟碳漆（SF96-201）和丙烯酸聚氨酯漆（S04-60）為面漆制備了試片，對試片進行了附著力、高低溫儲存、高低溫沖擊、鹽霧、耐溶劑等試驗，對比研究了這兩種涂料的性能差異，這一研究對滿足不同腐蝕條件下產品的涂料選擇具有深遠的意義。

1 試驗部分

1.1 主要原料和工具

120×50×1mm鍍鋅鋼件試片、純鋅黃底漆（S06-N-2）、氟碳漆（SF96-201）、丙烯酸聚氨酯底漆（S04-60）、膠帶、濾紙、棉紗布、稀釋劑X-11、汽油、香蕉水、二甲苯、細砂紙、噴烤房、烘箱、烘房、空氣壓縮機、抽風裝置、調漆罐、攪棒、電子稱、涂-4粘度計、過濾網、噴槍、打磨片、單面刀片、旋轉臺。

1.2 試片的制作

將鋼件試片表面處理干凈，要求不能有油污、銹跡，進行電鍍鋅，鍍鋅結束后要求必須在24小時之內（保護得當可以延長到36小時）噴涂S06-N-2底漆，100℃±5℃烘烤1小時。將噴涂過底漆的試片分成兩組并編號，分別噴涂氟碳漆（SF96-201）和丙烯酸聚氨酯漆（S04-60），100℃±5℃烘烤1小時。

1.3 試片性能測試

1.3.1 復合涂層的附著力測試

復合涂層的附著力測試參照GB/T 9286-1998進行測試。

1.3.2 高低溫儲存試驗及試驗后涂膜附著力測試

高低溫儲存試驗參照GJB150.3、4進行測試，涂膜附著力測試參照GB/T 9286-1998進行測試。

1.3.3 高低溫沖擊試驗及試驗后涂膜附著力測試

高低溫儲存試驗參照GJB150.5進行測試，涂膜附著力測試參照GB/T 9286-1998進行測試。

1.3.4 濕熱試驗及試驗后涂膜附著力測試

濕熱試驗參照GJB150.9進行測試，涂膜附著力測試參照GB/T 9286-1998進行測試。

1.3.5 鹽霧試驗及試驗后涂膜附著力測試

鹽霧試驗參照GJB150.11進行測試。

1.3.6 耐溶劑試驗

涂裝有兩種復合涂層的試片分別在水、汽油和酒精中進行了1天時間的耐溶劑試驗。

2 試驗結果與討論

2.1 附著力測試結果

復合涂層的附著力測試、高低溫儲存試驗后涂膜附著力測試、高低溫沖擊試驗后涂膜附著力測試、濕熱試驗后涂膜附著力測試、鹽霧試驗后涂膜附著力測試結果如表1。測試結果顯示氟碳漆復合涂層的附著力優于丙烯酸聚氨酯復合涂層的。

2.2 耐溶劑性試驗結果

涂裝有兩種復合涂層的試片分別在水、汽油和酒精中進行了8天和20天的耐溶劑試驗，其結果如表2所示。

表2 耐溶劑性試驗結果

試驗結果表明：（1）兩種復合涂層在水中均表現出良好的耐溶劑型，無論是8天還是20天，漆膜均無變化；（2）兩種復合涂層在汽油和酒精中浸泡8天后，漆膜表面均無變化，浸泡20天后，氟碳漆漆膜表面無變化，但丙烯酸聚氨酯漆表面局部起泡，這說明在一定腐蝕環境條件下，氟碳漆的耐溶劑性能優于丙烯酸聚氨酯的。

2.3 試驗結果分析

由附著力測試結果和耐溶劑性測試結果可以得出以下結論:

（1）氟碳漆和丙烯酸聚氨酯漆均具有良好的附著力，這與它們的固化機理是密不可分的，氟碳漆和丙烯酸聚氨酯漆的固化機理主要是含有活性氫的羥基與異氰酸酯進行固化反應形成漆膜[4-6]，可常溫固化，且雙組份的組成與S06-N-2雙組份底漆具有良好的配套性。以ROH代替FEVE樹脂，R’NCO代替聚氨酯固化劑，其固化反應如下：

R’NCO+R-OH→R’NHCOOR

（2）氟碳漆相對于丙烯酸聚氨酯漆具有良好的耐候性，這主要是氟碳漆中引入了氟原子，高鍵能的C-F鍵比起一般的有機聚合物中的C-C鍵，鍵能要高得多，這就是氟碳涂料比其它有機聚合物涂料耐候性超強的主要原因。

3 結論

本文通過對噴涂了氟碳漆和丙烯酸聚氨酯漆的試片進行一系列試驗，獲得了兩種涂料性能的相同點和差異，這一研究結果對滿足不同腐蝕條件下產品的涂料選擇具有深遠的意義。

［1］王彩云.金屬腐蝕的危害及防護[J].機械管理開發，2012(5)：111-112.

［2］劉國杰，夏正斌，雷智斌.氟碳樹脂涂料及施工應用[M].北京：中國石化出版社，2005.

［3］許君棟，濮國堯，王宏，何淑芬.高性雙組份聚氨酯汽車面漆的研制[J].涂料工業，2004(7).

［4］胡玉明，吳良義.固化劑[M].北京：化學工業出版社，2003.

［5］Trouble with Zinc-Rich Primers，Part I：Non-Topcoated Systems by Clive H.Hare，Coating System Design[Z].Inc.JPCL August 1998.

［6］Lori Huffman，Harold Hower.The Emergence of Polysiloxanes，As Protective Coating[Z].JPCL，2003(8).