摘要:通過特殊技術改進常規氟碳涂料，研制了自清潔、耐沾污氟碳涂料，實驗結果表明該涂料具有良好的雨水自清潔效果和優異的涂膜綜合性能。

    關鍵詞:親水型;自清潔;耐沾污;氟碳涂料

    中圖分類號:TQ637 文獻標識碼:A 文章編號:0253－4312(2013)01－0059－04

    氟碳涂料作為具有優異耐候性和防腐蝕性的高性能涂料，廣泛應用于橋梁、機場等耐候性要求高的領域，然而涂膜在實際使用過程中，會受到使用環境中各種物質的污染，包括空氣中的粉塵、油性煙霧、工業廢氣、汽車尾氣、酸雨等，這些污染物會粘附在涂膜表面并不斷積累，從而使涂膜在短期內失去鮮艷的色彩，變黑變灰，嚴重影響涂膜的裝飾效果和保護功能。因此改善目前常用的PVDF和FEVE氟碳涂料的耐沾污性是氟碳涂料發展的一個新方向。

    為了解決氟碳涂料的耐沾污性問題，本研究研制出一種自清潔氟碳涂料55GCN，該涂料采用最新的親水自清潔技術，能長期有效抵抗各種污染物對涂膜的污染，使得涂膜持久如新。

    1·涂膜的耐沾污自清潔理論

    涂膜的沾污污染可以分為吸入性污染和附著性污染兩大類。因此提高涂膜的耐沾污性主要通過改善涂膜的表面性質使污染物難以吸附并容易除去，或通過提高涂膜的致密性使污染物不易滲入。

    在提高涂層的致密性方面，三聚交聯網狀結構比普通的線型結構和二聚結構(縮二脲)更加致密，大大提高了涂膜的硬度，污染物很難滲入涂層表面，同時污染物也不易粘附［2］。在改善涂膜表面性能方面，通過增大或減小涂膜表面的水接觸角，從而使涂膜表面具有疏水性或親水性是實現涂膜耐沾污、自清潔功能的兩大方向。

    具有很大水接觸角和超強疏水性的涂膜表面就如荷葉表面，這種表面所具有的特性稱為荷葉效應。荷葉效應是使涂膜表面具有很大的水接觸角和超強的疏水能力，從而使涂膜表面具有類似荷葉表面的耐沾污性能。荷葉疏水自清潔機理是水滴落在荷葉表面，會變成一個個自由滾動的水珠，水珠在滾動中能帶走荷葉表面的塵土。采用疏水技術制備的涂膜表面具有較大的接觸角，而雨水在這類涂膜上有較低的滾動角，容易將污染物沖走。雖然采用疏水技術制備的涂膜對親水性污染物的清除效果不錯，但也存在很多缺陷。由于疏水技術制備的涂膜具有憎水親油的性質，所以容易吸附空氣中親油性污染物，而且難以除去，被雨水沖刷后很容易產生雨痕。而且要達到有效的荷葉效應，要求涂膜的接觸角大于150°，技術上較難實現。

    一般來說，疏水效果只能對親水污染物有良好的防吸附作用，而親油性污染物非常容易吸附在樹脂涂膜表面，疏水性涂料很難被雨水潤濕，從而雨水從親油性污染物表面滾過時很難將污染物帶走，這使得疏水性涂料的雨痕問題更為嚴重。據相關部門分析，我國空氣污染物中90%的污染物均為有機物，有機物親油的特性決定了親水涂膜在我國比疏水涂膜具有更好的自清潔效果。

    通過減小涂膜表面的水接觸角，可以制備具有自清潔功能的親水涂膜。親水涂膜使得雨水很容易潤濕涂膜，使污染物只能松散地吸附在涂膜表面，不但可以避免雨水流下帶來的雨痕問題，也可以對灰塵進行良好的潤濕而使灰塵容易被雨水沖洗掉［3］。親水涂料的自清潔去污機理如圖1所示。

圖1 親水涂料的自清潔去污機理

    通常涂膜對水的接觸角越小涂膜親水效果越好，涂膜的耐沾污、自清潔效果也越好，通常涂膜的親水接觸角小于60°，涂膜表面具有良好的自清潔效果。親水涂膜水接觸角與耐沾污性的對應關系如圖2所示。

圖2 親水涂膜水接觸角與耐沾污性的對應關系

    親水自清潔涂料需要很小的水接觸角，但過小的接觸角會導致涂膜十分親水，影響涂膜的耐水性，導致涂膜遇水發白。涂膜重涂后，遇到下雨，雨水將滲透到舊涂層表面，在舊涂層表面積累，從而使新涂層脫落。此外，過小的接觸角使得涂膜長期吸水處于潮濕狀態，容易滋生霉菌，反而會影響涂膜的耐沾污性。

    為了實現氟碳涂料的耐沾污、自清潔功能，又不影響氟碳涂料耐水性等其他性能，本研究采用特殊技術，使普通氟碳涂料涂膜表面產生親水性基團，降低涂膜與水的接觸角，使得油性污染物附著不牢，容易被雨水沖刷走［4］。該技術制備的氟碳涂膜對親水性和親油性的污染物都具有很好的清潔效果。

    2·實驗部分

    2.1 自清潔氟碳涂料制備原理

    通過在常規氟碳涂料甲組分中添加含氟烷基硅酸鹽材料，配合乙組分三聚體結構的異氰酸酯固化劑交聯成膜后，可以實現氟碳涂料的表面親水化。

    烷基硅酸鹽材料中含氟烷基硅酸鹽表面自由能低，具有極低的表面張力，含氟烷基硅酸鹽在氟碳涂料表面的移動性很大，氟碳涂料施工后涂膜表面的氟烷基硅酸鹽含量迅速升高，涂膜表面形成濃縮層的氟烷基硅酸鹽可以進行加水分解，實現了涂膜表面親水化。而且含氟烷基硅酸鹽材料可以單獨在氟碳樹脂和異氰酸酯固化劑中穩定存在，不存在貯放時間久或交聯反應而使含氟烷基硅酸鹽材料失去表面遷移效果。

    2.2 涂膜的制備

    甲乙組分按照特定的配比混合攪拌均勻后，加入一定量的稀釋劑，采用有氣噴涂的方法，分別在馬口鐵板，噴砂鋼板，鋁板上噴涂制成適當厚度的涂膜。

    2.3 接觸角的測試

    用JC－2000C1靜滴接觸角、界面張力測量儀測定涂膜與水的接觸角。

    2.4 耐沾污性測試

    評價涂膜的耐沾污性能主要是按ASTMD3719－00的標準來測定涂膜的耐沾污指數(DC)。按標準制備樣板養護7d后測定其L1值，然后將樣板45°角正面向上在戶外放置61d，取下樣板測定其L2值。通過式(1)計算樣板的耐沾污指數。

    DC=L2/L1×100式(1)

    2.5 涂膜性能測試

    按GB/T1865—1997的測試標準進行涂膜人工加速老化實驗。按照HG/T3792—2005交聯型氟樹脂涂料(Ⅱ型)、HG/T3792—2005交聯型氟樹脂涂料(Ⅰ型)的技術要求，測試涂膜的各項基本性能。

    3·結果與討論

    3.1 涂膜與水的接觸角

    涂膜養護15d后，測定普通氟碳涂料和普通聚氨酯涂料的水接觸角以及經過特殊技術處理后的氟碳涂料和聚氨酯涂膜的水接觸角。測試接觸角結果如圖3所示。

圖3 聚氨酯涂料與氟碳涂料親水化處理前后接觸角對比

    從圖3可知，親水化技術處理后的聚氨酯涂料和氟碳涂料的水接觸角均比未處理過的減小。親水化處理過的氟碳涂料55GCN涂膜的水接觸角降低到56°，具有很好的親水性能，從理論上證明了該涂料制備的涂膜具有良好的耐沾污、自清潔的效果。

    3.2 自清潔氟碳涂料的耐沾污性能

    耐沾污指數按式(1)計算。耐沾污指數越高，則涂膜的耐污染性能越好。普通氟碳涂料與自清潔氟碳涂料55GCN的耐沾污指數對比如圖4所示。

圖4 普通氟碳涂料與自清潔氟碳涂料耐沾污性對比

    經過12個月的戶外曝曬，自清潔氟碳涂料55GCN與普通氟碳涂料的耐污染自清潔效果如圖5所示。從圖5可以看出，與普通氟碳涂料相比，55GCN的自清潔效果十分明顯。

圖5 自清潔氟碳涂料55GCN 與普通氟碳涂料曝曬前后表面效果對比

    3.3 自清潔氟碳涂料55GCN的耐老化性能

    為驗證自清潔氟碳涂料55GCN的耐老化性能，按照GB/T1865—1997的測試方法，對55GCN與普通氟碳涂料的保光性和耐候性進行了5000h的Q－UVB人工加速老化對比實驗。測試結果如圖6、圖7所示。

圖6 人工加速老化涂膜保光率對比

圖7 人工加速老化涂膜色差變化對比

    從圖6和圖7可以看出，經過5000h的Q－UVB人工加速老化實驗，普通氟碳涂料和自清潔氟碳涂料55GCN涂層的保光率基本接近，涂層的色差ΔE基本接近，說明本研究采用的親水化處理技術不會對氟碳涂膜的保光率和色差產生不良影響。

    為了驗證自清潔氟碳涂料55GCN耐老化后自清潔效果的持續性，本研究測試了涂膜經過1500h的Q－UVB人工加速老化后的親水接觸角。測試結果如圖8。

圖8 人工加速老化前后55GCN的親水接觸對比

    從圖8可以看出，經過1500h的Q－UVB人工加速老化后，涂膜的接觸角為68°，涂膜仍然保持較低的水接觸角，說明涂膜的自清潔效果長期有效。

    3.4 自清潔氟碳涂料55GCN的基本性能

    按照HG/T3792—2005交聯型氟樹脂涂料(Ⅱ型)、HG/T3792—2005交聯型氟樹脂涂料(Ⅰ型)的技術要求，測試自清潔氟碳涂料55GCN的各項基本性能，檢測結果如表1所示。

表1 自清潔氟碳涂料55GCN產品性能

    4·結語

    本研究制備的自清潔氟碳涂料55GCN作為新一代的防腐蝕自清潔涂料產品，采用特殊的親水化技術，使涂膜保持長期的耐沾污和耐候性能，適用于對防護和裝飾性都有較高要求的橋梁、建筑等工業領域，可以長期保持使用區域的清潔外觀，延緩各種污染物的腐蝕，能有效地降低清潔維護成本。

    參考文獻

    ［1］周海鷗，孫梅．自清潔涂料的研究思路與現狀［J］．中國涂料，2006，21(5):34－35．

    ［2］江洪申．耐沾污自潔凈防腐蝕涂料［J］．腐蝕與防護，2008，29(10):611－613．

    ［3］浜村，壽弘．防污染涂料的設計思想及其涂膜性能［J］．涂料技術，2001(3):32－35．

    ［4］李運德，徐永祥，師華，等．常溫固化FEVE氟碳涂料表面親水性研究［J］．涂料工業，2009，39(2):46－47