自分层在氟涂料中的应用.docVIP

自分层在氟涂料中的应用 一、自分层技术简述 自分层（self-stratifying）由德国科学家W.Funke[1]提出，其突出论点为在漆膜形成过程中，通过相分离(phase separation)促使漆膜最终由均一相（homogeneous）转变为特殊相结构（special morphological structure）。该结论与传统的涂膜形成截然相反:在常规涂装过程中，涂层均匀为基本要求;为满足涂层性能要求，往往通过多道涂装(如底漆、中途漆、面漆、罩光漆)来达到。由于各种漆固化以及所起作用不一致，层间附着力成为重点关注的问题。多次涂装也使生产成本和生产效率受到影响。 影响相分离出现时浓度高低的最主要因素是树脂分子量以及树脂体系对所选溶剂体系敏感性：如果两种聚合物在溶剂挥发时能够发生相分离，其机理为亲核机理或者螺旋线分离机理。该机理说明随着溶剂的挥发先形成亲核相（或者不连续相），最终形成球形颗粒；聚结的加剧致使颗粒的成长或者凝结，也能造成两个层面的出现。其结果取决于Tg、干燥条件和介质黏度。该体系中不连续相的流动状态及所存在溶剂对不连续相的溶解能力都直接影响最终的相分离。从最终形成结构看，相分离分为四种类型[2]： 1。完整分层作用形成区分明显的两个层面； 2。相分离导致涂膜内部出现梯度变化； 3。相分离导致海岛结构，其中一种聚合物为连续相，另一种聚合物为孤立的球状颗粒，其尺寸大小不定；这种聚合物可以是均匀分布的，也可以是富集在某个区域内； 4。相分离形成较大的岛屿或者峡谷结构区域，某些部分是聚合物的集中区域，该区域的轮廓显示其形成是由于球状颗粒的聚集，这些区域可以是均匀分布或者富集。 Verkholantsev提出[3-5]：1，分散相具有三维凝胶结构时分离效果更佳；2，溶剂挥发速率较低和溶液体系的黏度较低，分层过程较快。 总体来说， 分子量差异增加，熵稳定性下降，相分离较为容易。两种聚合物Tg差异增加可增加相分离。 A类：聚合物的“熔体”（粉末或者高固体份）； B类：聚合物的分散体（溶剂型或者水性混合乳化体系）； C类：溶剂型——聚合物混合乳化形成（双包装）； D类：溶剂型——初始均匀相，涂膜形成过程中自乳化。 自分层作用机理比较复杂，多种作用可影响分层效果。按照机理类型与适用类型的关系，通过下表加以说明： 表一、自分层作用机理与适用类型 机理类型 适用类型 基本原理 重力作用 A、B、C 无交联，一定温度下充分运动结果。 选择润湿 A、C、D 附着力的持久性和表面性能差异。 凝结和渗透 B、C 电和化学沉积作用速率差异或者对多孔基材表面的渗透。 颜料润湿机理 A、C、D 颜料粒子对树脂的选择性润湿再形成胶凝结构，其他树脂分离形成夹心结构。 表面张力梯度 B、C、D Marangony和Benard Cell。 相收缩 C、D 减少界面自由能。凝胶和流体体系两相收缩状态不同产生推动力。 从自分层的效果来看，其相关的优点如下： 1、改善漆膜性能，如硬度和柔韧性的平衡； 2、内应力的消除； 3、提高附着力的持久性（相应提高防腐性能）。 4、渗入多孔表面，提高耐化学药品性。 5、保光和耐候性，耐磨损性、表面滑爽性。 上述优点通过聚合物组成比例和交联体系以及聚合物表面活性调整、溶剂的选择和施工条件的变化可以达到。 从理论上看，相分离开始发生时外层相要求具有较小的表面张力，组分将趋向于移到与空气的界面，具有最低表面张力的相倾向于只包含具有最低表面张力的组分。从实践角度上讲，混合溶剂体系应包含挥发性低、溶解力较强同时表面张力也较低的溶剂，该溶剂对表面张力低的组分溶解性较好，对于另一组分应起到稀释剂的作用；表面张力高的组分应配合具有较快挥发速度的真溶剂。 相分离的一个典型构成：一个热塑型树脂，一个可交联的树脂和作为第三组分的交联剂。在漆膜形成过程中，交联树脂分子量上涨迅速，加快了组分之间的不相容性，直到凝胶点。三维网状结构的形成将导致溶液相分离出该交联结构，热塑型树脂受到影响而富集，溶液相的表面张力较小而迁移到与空气的界面上。即使热塑性树脂的表面张力较高也能随之进行迁移，只要其表面张力不明显高于交联体系。 二、自分层技术在氟涂料中的研究与应用 氟树脂具有杰出的耐候性、耐化学品性、抗水解性（氟原子的屏蔽作用具有很大的斥水性）、耐热性能及耐沾污性（具有较低的表面张力），近年来在很多领域得到应用，而其较低表面张力也造成在实际应用当中容易出现漆膜缺陷，为解决这个问题，需要在氟树脂中掺入其它树脂进行改性，而层间附着力也是改性的原因之一。其它树脂的引入往往会使氟树脂的原有特性受到破坏，部分性能下降。如何改善层间附着力又不影响原有性能，国外做了不少实验工作，在目前常见的几类树脂类型中都有涉及。 ㈠交联型氟树脂 交联型氟树脂在