PVDF氟碳涂料的力学性能及耐沾污性改性研究

作     者：李赛南 

作者单位：复旦大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周树学

授予年度：2013年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：PVDF 氟碳涂料 耐沾污性 自清洁性 力学性能 纳米粒子 亲水助剂 超疏水涂料 

摘      要：聚偏氟乙烯(PVDF)氟碳涂料属于高性能涂料,具有高耐候性、耐腐蚀、耐热、耐化学品等优点,常用作金属构件面漆。但PVDF涂料的力学性能与其高端涂料的身份不够匹配,有待进一步提高。另外,我国国内环境污染严重,PVDF涂层户外应用时耐沾污性能较差,对其高端涂料的声誉产生了不利影响,限制了其推广应用。本文拟在原PVDF涂料配方的基础上引入无机纳米粒子、有机疏水助剂、亲水助剂、光催化纳米Ti02粒子等一种或多种添加剂,通过涂料配方调整调控PVDF涂层表面的力学性能、润湿性能、耐沾污性能等性能,了解无机纳米粒子对PVDF涂层力学性能的影响规律,获得超疏水PVDF涂层和超(高)亲水PVDF涂层的制备方法,建立涂层表面性质与耐沾污性能的关系,为高力学性能、高耐沾污PVDF涂料的设计制备提供理论与实验指导。具体研究内容及结果如下： 将纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米重晶石等无机纳米粒子混入PVDF基础涂料配方中,考察了无机纳米粒子的种类以及加入量对PVDF涂层硬度、耐刮伤性、冲击强度、光泽等性能的影响。研究表明,在PVDF涂料中,加入少量的无机纳米粒子可以提高涂层的力学强度,但不同力学强度指标随纳米粒子用量的变化规律不一致PVDF涂料中加入2wt%(基于干膜质量)纳米氧化铝粒子或者疏水改性纳米二氧化硅粒子(nano-silica-CH3)对于改善PVDF涂层的力学性能最为合适。人工加速老化实验显示,PVDF纳米复合涂层具有良好的耐候性。 通过PVDF基础涂料配方中添加亲水型或疏水型无机纳米粒子、氟硅烷、聚四氟乙烯等助剂中的一种或多种来提高涂层表面的疏水性,考察了助剂性质及加入量、涂料颜基比、涂料制备工艺等PVDF涂层表面润湿性与光泽的影响。获得疏水、超疏水PVDF涂层的制备方法,研究疏水、超疏水PVDF涂层的疏水和超疏水性质的耐久性。研究表明,当采用nano-silica-CH3纳米粒子PVDF涂层质量组成为Resin/R-210/nano-silica-CH3=32.5/12.5/14.75时,可获得荷叶型超疏水PVDF涂层,其水的静态接触角为157.6°,滚动角为7.3°。Nano-silica-CH3表面的疏水甲基基团在紫外光下容易分解,使得制备的PVDF涂层的疏水持久性较差。含氟硅氧烷PMSF可以有效改善超疏水PVDF涂层的疏水耐久性,在经过长达350小时的UV-B辐照后,涂层的接触角仍然在140°以上。 采用室内耐沾污实验(按国标测定)和户外暴晒实验系统检验了不同表面特性的PVDF涂层的耐沾污性能,并与常用的钢结构面漆(聚氨酯、FEVE氟碳涂料、聚硅氧烷涂料)进行了耐沾污性比较,关联了涂层耐沾污性与表面特性的关系。研究表明,涂层的耐沾污性主要取决于涂层表面的水润湿性和污染物的性质,与表面的形貌和化学组成组成关联不大。户外暴晒实验表明,超亲水PVDF涂层具有突出的自清洁性能,耐沾污性优越。超疏水PVDF涂层初期具有自清洁能力,但随着表面污染物的积累逐渐失去超疏水性质,导致涂层长期耐沾污性较差。通过超疏水纳米粒涂膜的户外暴晒实验,提出了超疏水表层的自动脱落是未来耐久型超疏水PVDF涂料制备所可采取的思路。 采用加入氟化硅氧烷、硅氧烷等亲水助剂以及光催化纳米Ti02粒子(P25)制备超(或高)亲水型PVDF涂层。考察了涂层在人工加速老化实验和户外暴晒条件下,表面水接触角随时间的变化规律。研究了亲水助剂种类及含量、纳米Ti02粒子用量、涂料颜基比等对PVDF涂层水接触变化规律的影响。获得高耐沾污性的亲水型PVDF涂层的制备方法。研究表明,氟化硅氧烷(HA-1)对PVDF涂层具有最好的亲水效果。提高亲水助剂含量以及涂料颜基比,有利于PVDF涂层表面水接触角下降率,其中当涂层中颜基比为60：40时,5%HA-1改性PVDF涂层的最低水接触角可至32°。亲水助剂可提高PVDF涂层的光泽度且不影响PVDF涂层表面结构。加入纳米Ti02粒子再紫外光辐照,可获得超亲水PVDF涂层,但涂层的耐候性受到不利影响。户外耐沾污实验表明,引入亲水助剂可改善PVDF涂层的耐沾污性能。