水性氟硅丙纳米溶胶自分层超耐候耐污涂料研究

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1、水性氟－硅丙纳米溶胶自分层超耐候耐污涂料研究摘要：为大幅度提高水性外墙涂料的耐候性与耐沾污性能,运用梯度自分层原理,以氟树脂、硅丙树脂、纳米溶胶等共混改性，进行了系统的研究。研制的涂料体系稳定，涂膜干固过程中自分层良好，涂膜对基层附着力强、表层耐污性好，取得了水性外墙涂料耐候耐污性能的突破性进展。关键词：水性外墙涂料、氟树脂、硅丙树脂、纳米材料、梯度自分层、低表面能、疏水荷叶效应、超耐候耐污。1前言随着我国经济的持续发展，建筑与其配套的装饰装修业也同步进入前所未有的高速发展时代。建筑涂料作为建筑内外墙装饰主体材料的地位正在确立，今后10—20年，是我国

2、建筑涂料的重要发展时期。国家化学建材产业“十五”计划的2010年发展规划纲要，预期到2005年我国建筑涂料年产量将达到180万吨，水性乳胶涂料成为建筑内墙装饰的主体材料，建筑涂料外墙应用率达到35%；到2015年建筑涂料的年产量将达到300万吨，在外墙装饰中的应用率达到60%以上。面对巨大的发展机遇，中国建筑涂料行业中大多数企业规模小，产品档次低、品种少、科技含量低，粗制滥造现象较普遍，市场竞争中声誉低下；与此同时，国外大型涂料企业全面入境，以高档次、多品种、科技含量高、服务好的优势,在市场竞争中取得的市场份额与日俱增。入世在即，调查显示：入世对涂料行

3、业的不利影响，在我国工业企业中位居第三，仅次于化纤制造与汽车制造业。由此看，加入WTO对于中国涂料工业而言,挑战大于机遇。面对压力与忧患，中国涂料特别是建筑涂料的出路在哪里？要提高产品的科技含量，将产品的质量与档次搞上去，其技术切入点在哪里？这些都是当今我国民族涂料工业刻不容缓急需研究与解决的问题。中国人把建筑视为百年大计,要求外墙装饰经久耐用，普遍强调外墙涂料耐候耐久的重要性,企望一经涂装永不落脱，而比较忽视涂料的耐沾污性能。其实作为外墙装饰涂料，耐沾污性与耐候性同等重要，是一个问题的两个方面。如果涂料的耐候性好,耐沾污性差，即便涂层百年不脱落，建筑

4、物很快就肮脏陈旧，不能体现涂料对建筑的装饰效果；同样,耐沾污性好,耐候性差，再亮丽的建筑外墙涂装,也会因材料的“老化”而不能持久。因此，外墙涂料的技术攻关应将耐候性与耐沾污性结合起来进行研外墙涂料的研究开发才有出路，才有活力。本课题以水性环保型涂料为攻坚方向，以大幅度提高水性涂料的耐候性与耐沾污性作为切入点，运用梯度自分层原理，以氟树脂与硅丙树脂共混改性，引入纳米材料应用新技术，在实现水性外墙涂料超耐候耐污的可行技术条件方面，以新的视角，多层面地开展了系列研究。2自分层涂料基本概念与发展历程2.1基本概念自分层涂料是由性能有差异的多种成膜物组成的涂料体

5、系，一次涂覆在基层上，在介质的挥发或固化过程中，能自发地产生相分离和组份迁移，形成涂膜组成逐渐变化的梯度涂层，其性能类似多层涂料。其涂膜形成的机理是，不同聚合物极性不同、分子间作用力不同，在介质中的溶解度不同，是一个热力学上的不稳定体系。随着涂膜干燥和固化的进行，介质组成不断变化，互不相容的成膜树脂，在界面张力梯度的作用下，通过液相对底材选择性润湿，和对气相界面的趋向差异，使得两相相对流动，导致树脂间的相分离,形成涂膜树脂组份的梯度分层结构。2.2发展历程自分层理论的创立与应用，自上世纪七十年代，Funke提出涂料中不相容高聚物的机械共混物自动分层，以

6、提高涂料的性能的观点；尔后有人将自分层涂料首先用于粉末涂料，又用于溶剂涂料和水性涂料，如环氧－橡胶、环氧－聚氨脂弹性体。八十年代末，前苏联开始生产溶剂型自分层涂料，用作具有底面二层的磁漆。九十年代，欧洲委员会和欧洲涂料聚合物公司共同建立了名为BRITE－EURAMContract№RTIB0246C(H)的项目，来研究自分层涂料，共有7个实验室参加了此项目，对自分层涂料的理论和应用作了大量研究。涉及的领域主要为溶剂型涂料，如绝缘漆、重防腐漆、烘烤磁漆、环氧底漆、丙烯酸或聚氨漆等方面。世纪之交，我国个别科研院所运用自分层理论开展了氟树脂防粘涂料的研究，但

7、主要为溶剂型产品，应用于工业部件、模具、炊具、家用厨具、家用电器方面的涂装，也有水性自分层氟树脂方面的产品研究，但都是高温固化成膜，影响了推广应用。日本成功地将常温固化的氟树脂外墙涂料研发成功，但可惜仍是溶剂型的，水性常温固化氟树脂研究方面有报道，但未见工业化产品。作为建筑涂料，面对庞大的建筑实体，必须实现常温成膜，才能被广泛应用。3配方设计原理与主要原材料选择3.1配方设计原理自分层梯度涂料的设计，首先必须至少含有两种或两种以上不相容的树脂，并且它们的表面张力差异要足够大，才有利于树脂间的分离和迁移；其次，涂料各组分必须稳定存在于同一体系内，其分离和

8、迁移只能在干燥和固化过程中发生，而且是逐渐进行，从而形成梯度涂层分布。这是一个亚稳定体系，平衡