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桥梁低温抗冲击氟碳涂料的设计

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0 前言
涂料组成主要包含成膜物质、颜料、溶剂和助剂,其中成膜物质是涂料的基础,它具有黏结涂料中其他组分形成涂膜的功能,对涂料和涂膜的性质起决定性的作用。现代涂料,多以树脂作为成膜物质。树脂,通指未经过加工的高分子聚合物,具有高分子聚合物的一般特性。在低温环境下,树脂分子的活动能力被降低,分子链段运动变得困难,树脂失去黏弹性,屈服应力变高,在外力作用下,更容易发生断裂情况[2]。这个特性对于涂料而言,就意味着,随着温度的降低,涂膜的抗弯曲、抗冲击性能也随之变差。
中国北方地区,冬季温度可降至-30~-20 ℃,在这种气候条件下,普通的桥梁涂料,物理性能变得很差,在受到如车辆激起的碎石等外力冲击下,涂膜很容易发生开裂、脱落现象,而在这些破裂点,钢铁底材因失去涂层的保护,将直接受到雨水、氧等腐蚀介质的影响,产生锈蚀并逐渐扩散。针对这一问题,设计开发出了具有柔性特征的氟碳涂料,其涂膜不但具有出色的耐候性和耐沾污性,更具有优异的柔韧性,即使在低温环境下,抗冲击能力也非常好,作为桥梁用高端防腐面漆有很好的应用前景。

1 试验部分
1.1 基础配方
1.1.1 主剂(见表1)
抗冲击氟碳涂料主剂配方
1.1.2 固化剂(见表2)
抗冲击氟碳涂料固化剂配方
1.2 生产工艺
前炼投料→高速分散→砂磨→调和→调色→调整→检验→包装
 
2 结果与讨论
2.1 配方讨论
2.1.1 氟碳树脂的选择
目前常规防腐领域,氟碳涂料的主成膜树脂多选用FEVE类型,盖因其具有常温可溶解、高光泽、耐候性、耐化性突出、抗沾污性强的特点。按照含氟单元的种类来区分,FEVE氟碳树脂主要有四氟FEVE和三氟FEVE2种[3]。在配方设计时,经过对比选择,最终选择三氟FEVE作为主成膜树脂。它具有以下几个优点:
(1)具有更高的光泽,涂料成品表面效果更佳。
(2)与助剂的相容性更好,所以在配方设计时,原料选择面更大,设计性能可以更加理想。
对抗冲击氟碳涂料进行QUV-B加速老化试验,从测试结果可见,在3 000 h加速老化后,涂膜的保光性仍然保持在95%以上,与常规氟碳涂料相当,耐候性非常优越,见表3、图1。
耐候性对比表
耐候性对比图
2.1.2 固化剂的选择
在抗冲击氟碳涂料中,主剂中的FEVE氟碳树脂提供了优异的耐候、耐化学、抗沾污性能,而涂料良好的柔韧性,则是由主剂与特殊结构的异氰酸酯固化剂相互交联后而产生的。在测试对比后,最终选择了德国拜耳公司的HDI型弹性异氰酸酯作为固化剂,通过黏弹性测试可见,抗冲击氟碳涂料涂膜既柔且韧,50 μm膜厚单膜延伸率达到70%以上,远超普通氟碳涂料和聚氨酯涂料(见图2、表4)。
黏弹性对比图
延伸率对比
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