氟硅改性丙烯酸酯樹脂防冰涂料研究

何兆晶，徐 響

(山東省建設(shè)發(fā)展研究院，山東 濟(jì)南 250001)

近年來，在冰凍災(zāi)害過程中，輸電線路因結(jié)冰而倒伏的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，已經(jīng)成為亟待解決的問題[1-4]。在輸電線路表面涂覆具有防冰防凍特性的涂料，可起到憎水防冰的效果，是克服輸電線路結(jié)冰易倒伏行之有效的途徑[5]。

防冰涂料作為功能性涂料的一個(gè)重要分支，是由低表面能聚合物構(gòu)成的涂料，具有防玷污、防霧、自清潔、耐溶劑、耐候耐久等特性，被廣泛應(yīng)用到飛機(jī)表面涂飾、公共輸電線路電力系統(tǒng)等重要領(lǐng)域[6]。含硅聚合物樹脂和含氟聚合物樹脂是目前兩大類典型的低表面能材料，可賦予涂料優(yōu)越的憎水防冰特性，具有較好的的研究價(jià)值與廣泛的應(yīng)用前景。

1 研究內(nèi)容

本文采用溶液聚合的方法合成了氟硅改性丙烯酸樹脂，并加入固化劑制得雙組份防冰涂料。研究有機(jī)硅功能單體、有機(jī)氟功能單體對(duì)涂料防冰特性的改性效果，利用掃描電子顯微鏡分析、熱重分析等現(xiàn)代材料測(cè)試手段，對(duì)制備的防冰涂料進(jìn)行表征與分析。

2 試驗(yàn)原料

1)甲基丙烯酸乙酯，試驗(yàn)中用作硬單體；丙烯酸甲酯，試驗(yàn)中用作軟單體；甲基丙烯酸羥乙酯，試驗(yàn)中用作交聯(lián)劑；丙烯酸，試驗(yàn)中用作成膜助劑；以上試劑均為分析純，購自成都市科龍化工劑廠。

2)甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、含雙鍵的丙烯酸有機(jī)硅單體，試驗(yàn)中用作功能性單體，工業(yè)級(jí)，購自青島世紀(jì)星化學(xué)試劑有限公司。

3)過氧化苯甲酰，試驗(yàn)中用作引發(fā)劑，分析純，購自山東鄒平恒泰化工有限公司。

4)二甲苯、醋酸丁酯，試驗(yàn)中用作溶劑，分析純，購自天津市江成化工貿(mào)易有限公司。

5)含異氰酸酯固化劑，試驗(yàn)中用作固化劑，工業(yè)級(jí)，購自天津市江成化工貿(mào)易有限公司。

3 制備技術(shù)路線

采用梯度滴加法在分子結(jié)構(gòu)及原子排列的水平上，對(duì)聚合物分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使涂膜氟含量由內(nèi)向外依次增加。試驗(yàn)的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)的技術(shù)路線

4 測(cè)試與分析

4.1 防冰涂料漆膜吸水率的對(duì)比分析

漆膜的吸水率是表征漆膜憎水性能的一個(gè)重要參數(shù)，吸水率越低表示漆膜的憎水性越好。本試驗(yàn)研究了加入有機(jī)硅、有機(jī)氟單體對(duì)漆膜吸水性能的影響，考察純丙涂料漆膜、硅丙涂料漆膜、氟硅丙涂料漆膜的吸水率隨著浸泡時(shí)間延長的變化情況。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可看出，相同時(shí)間內(nèi)純丙涂料漆膜的吸水率較高(圖中曲線1)，硅丙涂料漆膜的吸水較小(圖中曲線2)，氟硅丙涂料漆膜的吸水率最小(圖中曲線3)。說明有機(jī)硅氟的加入可有效減小漆膜的吸水率，提高涂料的防冰憎水性能。

圖2 吸水率與浸泡時(shí)間關(guān)系

4.2 防冰涂料的熱重分析

對(duì)純丙涂料漆膜、硅丙涂料漆膜和氟硅丙涂料漆膜的進(jìn)行熱重分析，其熱重曲線如圖3所示。

圖3 熱重曲線

由圖3可知，純丙涂料漆膜在228℃失重5%(圖中曲線1)，硅丙涂料漆膜在350℃失重5%(圖中曲線2)，氟硅丙涂料漆膜在370℃才開始失重5%(圖中曲線3)。在相同的失重百分比下，硅丙涂料漆膜和氟硅丙涂料漆膜的熱分解溫度明顯比純丙涂料漆膜要高?？梢娪袡C(jī)硅和有機(jī)氟的加入，大大提高了涂料的耐熱性能，防凍效果明顯改善。

4.3 掃描電鏡分析

分別將純丙涂料漆膜、氟硅丙涂料漆膜置于掃描電鏡下，觀察其表面微觀形貌如圖4。

對(duì)上述兩種漆膜分別進(jìn)行掃描電鏡分析，觀察其表面的微觀形貌，對(duì)比可看出，未改性的漆膜表面，其微觀形貌平整、光滑、均勻密實(shí)；氟硅丙涂料漆膜表面的微觀形貌變得相對(duì)粗糙，可能是由于樹脂大分子側(cè)鏈上的有機(jī)硅鏈段、有機(jī)氟鏈段向漆膜表面遷移造成的。根據(jù)Wenzel-Cassie模型理論，由于有機(jī)硅鏈段、有機(jī)氟鏈段的遷移在漆膜表面產(chǎn)生的大量微凸結(jié)構(gòu)，可使得憎水表面的接觸角進(jìn)一步增大[7]。

圖4 漆膜表面的SEM照片

5 結(jié)論

成功制備了氟硅改性丙烯酸酯樹脂防冰涂料；研究了硅氟單體對(duì)涂料防冰特性的改性效果，與未改性的純丙涂料漆膜相比，經(jīng)氟硅改性后，漆膜的吸水率明顯降低，接觸角顯著提高；通過熱重分析得出，氟硅改性后漆膜的耐熱性能也明顯改善；通過掃描電子顯微鏡分析，確定了氟硅改性后涂料的漆膜的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)粗糙，吸水率低，憎水性好，防冰防凍效果得到明顯提高。