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                耐候耐腐蚀的FEVE粉〖末涂料技术

                耐候耐腐蚀的FEVE粉♀末涂料技术

                时 间: 2021-01-05

                访 问:788 次

                摘 要:作者:KristenBlankenship,业务』开发经理,AGCChemic…

                作者:Kristen Blankenship,业务开发经理,AGC Chemicals Americas公司,宾夕法尼╳亚州,Exton

                 

                FEVE含氟聚合物涂料在建筑和工业涂料中的应用已有近40年的历史。用氟乙烯乙烯ξ基醚(FEVE)树脂配制的涂料具有优异的耐腐蚀性◥和耐候性,可防止紫外线、风、降水、污垢和化学品的侵蚀。这种涂层技术还可提供30年或更长时间的长期光泽和保 色性。由于其使用寿■命长,基于FEVE的涂层体系降低了涂层的生命周期成本,无需进行多次喷漆,提高了★资产利用率。

                 

                随着涂料工业希望在保持性能和成本控制的同时,寻求采用『更环保的技术,对FEVE粉末树脂的兴趣也越来越大。当用于室≡外建筑涂料时,它们可以提供优异的耐候性、耐腐 蚀性,并具有环境效『益。这∮些树脂不需要使用溶剂(零VOC),具有很高的可回收性性。FEVE粉末树♂脂用于配方中,达到美国建筑制造商协会(AAMA)2605规范(FGIA),该规范是建筑铝型材和面板上有机涂层的最高标准㊣。

                 

                本文采用电化学阻抗谱法,对铝材上的FEVE粉末基面漆 的耐候性和耐腐蚀性进行了研究。

                 

                 

                FEVE的化学性

                 

                FEVE树脂是非晶态▂A-B型共聚物,具有氟乙烯和取代乙烯基醚的重复单元(图1)。与纯氟聚合物不同,由于乙烯醚←基团,FEVE树脂可溶于溶剂。溶剂溶解性〗使FEVE树脂从高性能聚合物转变为高性能涂料树脂。 FEVE树脂兼有含氟聚合物和碳氢化合物的特性。氟乙烯⊙基团赋予FEVE树脂强度。正是这些基团使得这类聚合物 具有抗紫外线降解的能力。C-F键很强,该键的能量为486 kJ/mol,1 而300nm处的紫外辐射能量为399 kJ/mol。这种交替模式对极端@ 的抗紫外线性能至关重要。化学稳定性 和抗紫外线〒的氟乙烯单元在空间和化学上保护着相邻的乙 烯醚单元。

                 

                乙烯♀醚基团使FEVE聚合物可用作涂料树脂。没有乙烯醚基团,FEVE树脂无法溶于溶剂。这种溶解性使FEVE树脂能够广泛应用于各种涂料配方中,并可应用于工厂或现场环▼境。乙烯醚基团也有助于高光泽度,并允︻许官能团(如羟基)纳入结构中。

                 

                FEVE树脂是涂料配方的极佳选择,因为它们具有不同〓等 级的不同性质,如分子量、羟基值和Tg(表1)等。FEVE树 脂在性质上倾向于玻璃∮化,但当需要更大的柔韧性时,也很容易与其他树脂混合。

                 

                 

                常规的FEVE老化试验

                 

                多年的耐候性↘试验表明,以FEVE树脂为基料的涂料具有 优异的性能。这些数据在早期的研究中得到了广泛的讨论。1 在日本对两种白色2K聚氨酯涂料进行了长达十五年的室外暴露研究(图2)。一个体系基于传统的丙烯酸多元醇聚氨酯,另 一个基于FEVE的多元醇聚▲氨酯体系。每个样板的一部分都用一条红色的、封光胶带▲所覆盖,该区域被视为未暴露区域。 后面的试验结果表明,十五年后,使用FEVE基体系进行保护的 样板在▃腐蚀和老化方面具有显著的保护作用。

                 

                图3-8显示了老化试验研究的亮点。

                 

                 

                可见◣光显微照片

                 

                图3显示,与聚氨酯基白色涂层相比,FEVE基白色涂层 的腐蚀性明显更少。

                 

                 

                QUV-A老化

                 

                QUV加速老化试验表明,随々着时间推移,FEVE基涂层 在光泽保持性方面,明显▓优于聚氨酯和丙烯酸聚氨酯涂层(图4)。

                 

                 

                EMMAQUA测试

                 

                EMMAQUA带水∑的镜反光加速)测试表明,FEVE基涂层的光泽度保持与PVDF涂层相似,明显优于丙烯酸聚氨酯涂层(图5)。

                 

                 

                佛罗里达老ξ 化

                 

                佛罗里达州的老化试验表明,基于FEVE的涂层在曝露十年后,性能优于仅暴露了三年的高性能聚酯涂层(图6)。十年后,FEVE基涂层和PVDF涂层↘表现出相似的性能,两者的颜色和光泽的保持性上都比聚酯涂层好得多。

                 

                一项为期十年的●佛罗里达老化试验,比较了FEVE黄〗色涂层和FEVE透明涂层的光泽保持度(图7)。四年后,FEVE黄色涂层仍〓保持100%的光泽,十年后仍能保持70%。而FEVE透明涂层在三年后可以保持80%以上的︼光泽度,十年后仍可保持70%的光泽度。

                 

                 

                海洋平台ξ的实时老化

                FEVE基氟聚氨酯面漆与丙烯酸聚氨酯面漆一起在海洋平◢台试验站进行了试验(图8)。每个涂层体系由〓3 mil富锌底、620 mil中涂和25微米(1 mil)的面漆组成。十三年后,丙烯∩酸聚氨酯面漆已经完全破坏。十六年后,FEVE面漆的漆膜厚度仍为21微米。

                 

                 

                粉末涂料用的FEVE树脂

                 

                目前对FEVE基涂料性能↑的研究主要集中在溶剂型涂〗料上。这些数据可作为FEVE基涂料常规性能的参考和指示。然而,随着涂料行业逐渐远离溶剂▅,我们进行了以下研究,以收集FEVE基粉末涂料的性能数据◥∩。

                 

                FEVE粉末树脂用于热固性粉末涂料的交联,并♂通过静电 喷涂进行╱涂覆,这是传统粉末涂料的典型应用。基于FEVE粉 末树脂的粉末涂料↘用于达到AAMA 2605标准要求的长寿命涂 料。图9显示了FEVE粉末树脂的性能。

                 

                我们采用▓了∏FEVE片状树脂、B-1530、安息香、流平剂和颜料(图10)的粉末配方进行加速老化试验。QUV-B测试表明,在10000小时后,光泽保→持度可达100%至90%。EMMAQUA测试结果显示,3000兆焦耳/平方米时,光泽保持◆度为80%。作为参考,3000兆焦耳/平方米的辐照度类似于 太阳在十年期间↙的输出量。

                 

                对棕色FEVE粉末基∏涂层进行了10年的自然暴露试验(图11)。佛罗里达暴露试验表明,十年的光泽保持度为79%,而 冲绳岛的试验显示,在相同∑的时间内,光泽保持度为60%。

                 

                南佛罗里达州的天气测试显示,透明FEVE粉末涂料和白 色特种颜料FEVE粉末√涂料在9年内的光泽保持度超过了90%(图12)。

                 

                 

                在腐蚀环境中的FEVE树脂

                腐蚀对钢和铝基材∏都会产生影响,造成损坏并增加生命周期成本。最易受腐蚀影响的是一些结构♂设施,如微咸或咸¤ 水上的钢桥、海岸附近的铝型材以及北部大都●市气候中因道 路盐而恶化的铝幕墙等。钢材上的液体涂层通◣常使用两层或 三层体系,并使用富锌底漆。由于铝材的腐蚀々性不同于钢, 所以通常用铬对其进行预处理,尽管目前正在研究不含铬的 处理方法。

                 

                FEVE基涂层能抵抗紫外线和腐蚀性物质的降解,能起到 阻隔或减缓湿气和盐侵入的作用。液态FEVE涂层已经在海水 桥梁上使用了ω三十五年。分析和加速老化试验表明,FEVE树脂具 有优良的阻☉隔性能,可使涂层持续数十年。

                 

                图13显示了我们在标准ASTM B117盐雾①试验中,对液态 FEVE基面漆与目前用于钢结构的其他常见面◥漆化学成分的比 较。结果表明,与行业的标准技术相比,FEVE面漆提供了类似或更好的屏障保护。

                 

                 

                电化学阻抗谱测卐试

                 

                在电化学阻抗谱(EIS)测试中,交流电压以不同的频率 施加◆在样品上,并测量电流。评估包括将原始数据拟合到电 路模型中。可以确定各种频率相关元件的贡献,如电容器、 恒相位元件(CPE)和Warburg扩散元件。

                 

                对FEVE涂层的早期EIS研究表明,尽管FEVE的初始阻抗与其他涂料化学物质性质相似,但FEVE涂层在老化和暴∩露于 元素后,仍能保持较高的原始阻抗百分比。由于FEVE树脂具 有优异的耐候性,因此,与传统涂⌒层相比,FEVE涂层能够在老化过程中保持很强的屏障保护(图14)。

                 

                我们用EIS测试比较了几种涂层类型。EIS能够在『短时间 内检测←到涂层行为的微小变化,并可以在不影响涂层★的情况 下定量测定涂层性能。有机涂层最初具有很高的电阻,但随着涂∑ 层的老化,紫外光会引起涂层产生微裂纹和腐蚀。然后 涂层中的孔隙逐渐被水、氯化物、氧和其他引发剂填满,最 终使金属表面暴露于腐蚀之中。

                 

                在表2所☆示条件下,将FEVE液体涂料的EIS测试与聚硅氧烷和聚氨酯进行了比较。如之▼前的测试所示,三种涂层类型之间的初始阻抗通常是相似的。经350小时的QUV-A老化后,再进ζ 行盐浸,FEVE涂层可以保持其80%的阻抗,而聚硅氧烷只能保持35%。初ㄨ始阻抗明显低于聚硅氧烷的聚氨酯,可以保持67%的抗阻,但仍不能达到FEVE涂』层的水平。总的来说,FEVE涂层老化后的绝对阻抗要高于聚硅氧烷和聚氨酯涂层(表3和图15)。

                 

                 

                耐腐蚀用FEVE粉末树脂

                 

                大部○分腐蚀数据都集中在更传统的液态FEVE涂料上。有关于FEVE粉末涂料及其在耐腐蚀♀测试中的具体表现的新研究正在进行着。结果表明,FEVE粉末涂料可以在无底漆◣的情况下,保持较好的耐盐雾腐蚀性能。应注意的是【,在大多数海岸 环境中,由于考量到涂层损坏和丝状腐蚀,底漆仍ぷ应是首选。

                 

                图16显示了盐雾4000小时后,单涂层FEVE粉末涂层铝板 的耐腐蚀情况。在酸蚀和碱蚀两种情况下,均未观察到※明显 的腐【蚀现象。

                 

                FEVE粉末涂层的初始EIS测试表明,在暴露于QUV-A 2400小时,然后进行36小时的√盐浸后,阻抗仍能保持Ψ 75%(图17)。

                 

                 

                当前和▆以后的测试

                 

                根据本研究获得的信息,下一步将继续用ASTM D5894Cyclic Prohesion标准测试各种着色◤FEVE粉末涂料▃配方。 以后的测试将通过Prohesion和EIS测试,在底漆上研究这些配方。

                 

                 

                FEVE粉末涂料的应用

                 

                FEVE粉末涂料在①建筑上的应用包括铝窗(AAMA 2605)、幕墙(AAMA 2605)、灯杆、栏杆、旗杆和体育■场 座椅等。图18的图片组显示了一些当前的案例。

                 

                 

                结论

                 

                历史研究和实际应用都表▽明,FEVE树脂基涂料具有优异 的抗紫外光降解№、耐候性和耐腐蚀性等性能。然而,多年 来,测试主要集中在FEVE溶剂型涂料上,随着涂料向环保方向的快速转变,我们需要对FEVE粉末涂料进行更多测◆试。本文的研究表明,FEVE粉末面漆应用于建筑外墙◎时,可以提供 耐候性、耐腐蚀性,并具□ 有环境效益。

                 

                 

                参考资料

                1 Munekata,S.;Miyazaki,N.;Kaya,S.;Takayanagi, T.Characteristic Properties of LUMIFLON?? as a Coating Material.Reports Res.Lab.Asahi Glass Co.Ltd.1984,34, 207.

                 

                 

                作者感谢她在AGC的同事Donald Lawson (Don.Law- son@us.agc.com)和Connie Przeslawski (Connie. Przeslawski@us.agc.com),感谢他们对本文△作出的贡献。

                 

                 

                 

                本文收录在《PCI中文版》杂志202011月刊中。

                 

                 

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