高性能疏水防污涂料及其應(yīng)用

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1、廣東建材2010年第2期研究與探討高性能疏水防污涂料及其應(yīng)用黃月文(中科院廣州化學(xué)有限公司)摘要：本文以有機(jī)硅氟材料為主要原料，通過化學(xué)改性技術(shù)和反相乳化技術(shù)分別制備了兩種溶劑型和水基疏水防污涂料，用FTIR、DSC和TGA等進(jìn)行了分析表征，研究了它們的滲透性、疏水防污性、硬度、附著力和防腐性及其在內(nèi)外墻、石材、陶瓷、水泥制品、衛(wèi)生I’日J(rèn)的防水抗污處理和混凝土公路橋梁養(yǎng)護(hù)、文物保護(hù)中的一些應(yīng)用。關(guān)鍵詞：疏水防污涂料；水性有機(jī)硅；表面處理疏水涂料能使固體底物很好地直接隔離水和空氣、酸雨及陽光的直接接觸，從而減少

2、或延緩腐蝕，提高材料的使用壽命。據(jù)文獻(xiàn)報道，腐蝕是能量和材料損失的主要原因，全球每年因腐蝕而損失1／5的能量和4．2％的國民生產(chǎn)總值(GNP)，單獨美國估計就有超過一千億美元的經(jīng)濟(jì)損失[1】。有機(jī)硅氟材料具有優(yōu)異的耐候性、高溫穩(wěn)定性、防腐蝕性和低的表面張力，是高性能涂料(即高耐候性、高耐沾污染、高保色性和低毒性)的首選材料，特別是水性有機(jī)硅涂料已在建筑領(lǐng)域得到有效應(yīng)用，然而國內(nèi)以水和低毒的溶劑汽油為介質(zhì)的高性能涂料的成功開發(fā)應(yīng)用很少見到報導(dǎo)。我們通過長期的開發(fā)研究和市場應(yīng)用跟蹤，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上[2-31，通

3、過化學(xué)改性技術(shù)和機(jī)械乳化技術(shù)制備了溶劑型和水性有機(jī)硅氟涂料，研究了這些涂料的性能，探討了它們在內(nèi)外墻、石材、陶瓷、水泥制品、衛(wèi)生間的防水抗污處理和混凝土公路橋梁養(yǎng)護(hù)、文物保護(hù)中的一些應(yīng)用，大部分已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。1實驗1．1主要原料四乙氧基硅烷(TEOS)、含氫硅油、羥基硅油、功能性聚硅氧烷、硅烷、助劑為市售工業(yè)品，含氟樹脂F(xiàn)S防污(I)m蹦婉]倍刪洲燃0￡P(guān)百帥蝌圓聘黼磊麗≯鵬裱辯≮k酣+乳惻l+肪荊』萼苧生舍聃油船-3黼黼～-翔草篡簍，qft嘣醐U固術(shù)硼·硅蠕+I喇黼靠塒——二—+束■曩育機(jī)磕涂辯圖1溶劑型硅氟

4、涂料(1)(2)和水性有機(jī)硅涂料(3)(4)的配制圖示劑、催化劑、乳化劑為自制樣品。1．2配制方法分別按圖1所示的方法制備兩種溶劑型氟硅防護(hù)涂料和兩種水性有機(jī)硅防護(hù)涂料。2結(jié)果與討論2．1溶劑型疏水防污涂料的性能及表征我們將較小分子的低聚硅氧烷或硅烷混合，在催化劑作用下水解成活性成分，在有機(jī)醇分子和分散穩(wěn)定劑的作用下可穩(wěn)定一段時間，隨著溶劑的揮發(fā)，這些活性分子互相靠近而聚合成具有較高強(qiáng)度的大分子網(wǎng)絡(luò)。由于初始分子量小，NFGS涂料對底材滲透性優(yōu)異，活性基團(tuán)與底物牢固結(jié)合，粘附力強(qiáng)(1級，見表1)，同時在干燥過程

5、中低表面能的基團(tuán)或分子一定程度排向空氣一側(cè)，涂膜具有明顯的疏水防污性，水接觸角高達(dá)100。以上。這些活性分子在催化劑作用下反應(yīng)交聯(lián)，交聯(lián)密度高，強(qiáng)度大(9H)，防腐蝕性優(yōu)良。表1溶劑型防護(hù)涂料的性能指標(biāo)NFGSNFS參考方法涂膜透明性光亮透明亞光半透明目測硬度9H2HGB／T6739—1996水接觸角101。106o接觸角測定儀附著力l級GB／T1720—1989防腐蝕性在酸、堿、鹽中浸泡3天表面GBl763-79均無變化室外半年涂丁．水泥保色性室外半年無變化有點泛白砂漿塊圖2是NFGS的熱失重分析TGA曲線表

6、明涂膜在670。C時只失重1096，具有優(yōu)良的耐熱性，與元素有機(jī)化合物的高溫穩(wěn)定性相一致。圖3是NFGS的FTIR紅外光譜圖。圖中除清楚見到聚合的Si—o-Si特征峰和C—H吸收峰外，還可見一17—研究與探討廣東建材2010年第2期量度(℃)圖2NFGS的熱失重TGA曲線文致lcmlI圖3溶劑型NFGS的FTIR2168cm’1的Si-H吸收峰，SiO—H峰很弱。含氟樹脂防污涂料Fs系列具有優(yōu)異的耐候性和疏水防污性已廣泛地應(yīng)用文化石和外墻涂料上，經(jīng)其處理的底材基本不改變原有的色彩和光澤，但其表面硬度較低，只有2

7、B，瞻低于100℃，并且成本較高。將有機(jī)硅改性含氟樹脂涂料，除可降低涂料的價格外，還可提高涂料的硬度(2H)和附著力。此外，在差示掃描量熱儀DSC測試中還可看到改性復(fù)合涂料NFS具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg(275℃，見圖4)?！霭l(fā)‘℃)圖4溶劑型NFS的DSC圖2．2水性有機(jī)硅疏水防污涂料水性有機(jī)硅疏水防污涂料以水為分散介質(zhì)，明顯具有環(huán)保、節(jié)能、減排和經(jīng)濟(jì)效益，它的目標(biāo)之一就是達(dá)到或接近溶劑型涂料的性能，在處理多孔無機(jī)底材場合中非常合適。圖l中列出了水稀釋和水乳型有機(jī)硅兩種水性憎水防污涂料的配制方法。它們的性

8、能列于表2中。一18一袁2水性有機(jī)硅疏水防污涂料的性能指標(biāo)水稀釋犁水乳液型參考方法涂膜透明性光亮透明半透明全／1i透明目測硬度6H<6BGB／T6739一l996水接觸角98o101o接觸角測定儀附著力1級2級GB／T1720—1989砂漿吸水率0．68O．20JISA6203室外半年涂?。啾Ｉ杂悬c泛白砂漿塊表2是兩種水性有機(jī)硅疏水防污涂料的一些主要性能，水稀釋有機(jī)硅涂料具有儲存