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范波波1，冀志江2，3，張維連1，王靜2，3
(1.河北工業大學，天津300130；2.中國建筑材料科學研究總院，北京100024；3.綠色建筑材料國家重點實驗室，北京100024)
摘要：通過物理法制備有機硅改性氟碳樹脂涂料。改性涂層與普通氟碳涂層比較，吸水率下降4%，對水接觸角提高31.4°，同時增強了涂層的抗粘性。通過其他常規性能測試，改性涂層與普通氟碳樹脂涂層性能基本沒有差別。
關鍵詞：氟碳樹脂；有機硅樹脂；改性；疏水性
0.引言
經過20年烈日、酸雨、鹽霧、紫外線、各種工業大氣、各種復雜氣候等惡劣環境的考驗，證明氟碳涂料具有優異的耐候性、耐酸性、耐堿性、耐鹽霧性、耐化學腐蝕性和自潔性等性能。近年來，氟碳樹脂涂料[1-3]已廣泛地應用于建筑[4]、機械[5]、電子[6]等行業。有機硅樹脂是以Si—O—Si為主鏈構成的有機物。有機硅分子間作用力比碳氫化合物要弱得多。因此，有機硅樹脂具有表面張力小、表面能低等特性，使涂層具有優異的疏水性，對水接觸角大。許多研究者[7-8]從降低成本的角度考慮，把有機硅添加到氟碳樹脂中，增強了涂層的耐沖擊性和硬度，同時降低了樹脂的結晶度，透明度和光澤均有所提高。本實驗是針對水及其水溶液為主要腐蝕源的混凝土的防腐蝕設計。通過物理法用有機硅改性氟碳樹脂，研究了有機硅改性對氟碳涂層的性能影響。
1.實驗
1.1主要原料
氟碳樹脂：大連振邦的ZB-200(固含量≥53%，氟含量≥19%)；固化劑：拜爾公司的N-75；有機硅樹脂：瓦克化學公司的290、28N；溶劑：醋酸乙酯、醋酸丁酯、環己酮的混合物；催干劑：二月桂酸二丁基錫。
1.2樣品制備
取一定量的氟碳樹脂、有機硅樹脂和醋酸丁酯、醋酸乙酯及環己酮混合溶液，在高速分散機下以200r/min的速度均勻混合，同時加入助劑。按比例加入固化劑，在室溫下熟化30min。根據涂料制板要求制備樣板。
1.3有機硅改性氟碳樹脂的結構表征及性能測試
1.3.1紅外吸收光譜分析
使用VECTOR-22型傅里葉紅外光譜儀對有機硅樹脂及有機硅改性氟碳涂料進行測試。
1.3.2接觸角測試
使用DataphysicsOCA-30型全自動接觸角測試儀，測試氟碳樹脂涂層和有機硅改性氟碳樹脂涂層對水的接觸角。
1.3.3吸水率測試
稱取樣板質量m1后，置于水槽中，以去離子水覆蓋，浸泡2h后取出，用濾紙迅速吸干涂膜表面水分，置于分析天平中稱取質量m2，按式(1)計算涂膜的吸水率：__
有機硅改性氟碳樹脂的性能與研究
式(1)中：m1—浸水前的質量；m2—浸水后的質量。
1.3.4耐粘貼性測試
用自制的面積為S=30mm×30mm的貼紙貼在樣板上，在常溫下放置5d，然后進行撕裂實驗，觀察估算貼紙的殘留量S殘留，按式(2)計算涂膜的粘貼率P。
有機硅改性氟碳樹脂的性能與研究
1.3.5常規性能測試
測試有機硅改性氟碳樹脂涂層與氟碳樹脂涂層常規性能。
2.結果與討論
2.1有機硅的紅外光譜分析
對2種有機硅樹脂進行了紅外分析，紅外光譜見圖1。
圖1有機硅290和28N的FT-IR圖
從圖1可以看出，2850～3000cm-1之間出現的強波峰是C—H的伸縮振動吸收峰，同時在1428cm-1附近和1269cm-1出現了強波峰和740～850cm-1處的尖銳吸收峰，說明在有機硅樹脂中含有甲基。在2850～3000cm-1之間出現了多個峰，說明樹脂中還含有長鏈烷基。從2種樹脂的波峰強度可以看出，28N比290含有更多的烷基。1084cm-1出現的強波峰是Si—O—Si的伸展振動峰，849cm-1是Si—C鍵的伸縮吸收峰。另外28N在1732cm-1處出現了一個峰值，可以確定28N還含有CO鍵，則28N比290含有酯類官能團。28N比290具有更好的性能，可能是酯類官能團作用。有機硅改性的氟碳樹脂固化前后的紅外譜圖見圖2。固化后的IR圖中在3532cm-1和3414cm-1處出現較大波峰，說明固化后出現了大量的—OH。由于有機硅水解同時會生成—OH，雖然氟碳樹脂固化會消耗一部分—OH，但生成的—OH比反應消耗的要多。在2952cm-1和1767cm-1是CO的標志峰，波峰減弱，固化后峰涂層中的CO減少。1082cm-1是Si—O—Si的伸展振動峰，1222cm-1為—CF2的伸縮峰，固化后峰值雖都有減少，但總的來說并不影響涂層的官能團，對涂層的性能沒有影響。
圖2有機硅改性氟碳樹脂固化前后的FT-IR圖
2.2吸水性能的研究
有機硅改性的氟碳防護涂層可以降低基材的吸水性，實驗結果如圖3、圖4所示。
圖328N改性氟碳樹脂后涂層的吸水率
圖4290改性氟碳樹脂后涂層的吸水率
#p#分頁標題#e#從圖4、圖5可以看到，純氟碳樹脂防護涂層在48h后的吸水率達到了5.6%，經過有機硅改性后的涂層的吸水率有明顯的下降。48h浸泡后，添加10%28N的氟碳涂層的吸水率為1.82%，添加10%290的吸水率僅為1.62%。有機硅的添加量對改性涂層的影響不大。與有機硅28N比較，有機硅290的作用相對較好。
2.3有機硅用量對改性氟碳樹脂對疏水性的影響
通過對接觸角的測試，研究有機硅改性氟碳樹脂涂層的疏水性能。有機硅用量對水接觸的影響見圖6。
圖5不同有機硅改性氟碳樹脂的水接觸角
從圖6可以看出，有機硅改性氟碳樹脂涂層對水的接觸角有很大改善，氟碳樹脂涂層對水的接觸角平均值為85.7°，添加28N后的氟碳涂層對水的接觸角可以達到117.1°，添加290的氟碳涂層對水的接觸角可以達到97.0°。在相同添加量的條件，28N比290有較好的疏水性。根據對純有機硅的測試，其接觸角可以達到122.0°，而有機硅28N的加入可以使涂層的接近有機硅的疏水角，涂層已經達到了有機硅的疏水性能。
2.4抗粘性能的研究
對加入不同比例的有機硅樹脂進行了抗粘性測試，實驗結果如表1所示。
表1有機硅改性氟碳樹脂防護涂層的抗粘性
從表1可以看到，貼紙在純氟碳樹脂防護涂層的殘留量到達了75%，而添加2.5%有機硅28N就完全去掉貼紙。有機硅290的改性對涂層抗粘性較弱，當添加量達到7.5%時才能在防護涂層表面不殘留貼紙。從表中可以得出，有機硅改性可以增強氟碳涂層的抗粘性，有機硅28N比290有更好的抗粘效果。
2.5常規性能測試比較
有機硅改性氟碳涂料性能見表2。
表2有機硅改性氟碳涂料性能測試結果
注：參照HG/T3792—2005進行相關性能的測試。
3.結語
(1)兩種不同的有機硅樹脂通過物理方法改性氟碳樹脂。通過紅外FT-IR圖分析，改性后涂料具有有機硅樹脂和氟碳樹脂的雙重官能團，具有有機硅和氟碳樹脂的雙重性能。但不同的有機硅改性效果存在差異。(2)48h后氟碳樹脂涂層的吸水率為5.6%，有機硅改性氟碳涂層可以使涂層的吸水率下降到1.62%，涂層具有更好的防水效果。同時有機改性后的氟碳樹脂具有更好的疏水性，改性后的涂層對水的接觸角可以達到117.1°，接近有機硅涂層的接觸角，能提高涂層的接觸角達31.4°。(3)氟碳樹脂具有很好的抗粘性，有機硅改性氟碳樹脂后，涂層具有更好的抗粘性。(4)有機硅改性氟碳涂層通過HG/T3792—2005，與氟碳涂料同樣具有優異性能。
