氟樹(shù)脂涂料生產(chǎn)技術(shù)樣本

氟樹(shù)脂涂料生產(chǎn)技術(shù)前言

當(dāng)前，因氟樹(shù)脂涂料具備良好耐熱性、耐候性、耐油性、耐溶劑性和非黏著性，而被廣泛應(yīng)用于紡織、纖維、金屬、塑料、橡膠等材料涂布或浸漬。同步氟樹(shù)脂涂料也應(yīng)用于辦公自動(dòng)化設(shè)備(如復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等)上耐熱輥、耐熱帶或耐熱膜表面涂層，但在使用過(guò)程中存在著由于磨耗導(dǎo)致涂層非黏著性下降等問(wèn)題。

為長(zhǎng)期保持涂層非黏著性，科研人員曾在耐熱性樹(shù)脂或橡膠材料上，進(jìn)行了涂布水性涂料實(shí)驗(yàn)，但是由于形成氟樹(shù)脂涂膜太厚，缺少與基材隨動(dòng)性，浮現(xiàn)由于基材熱膨脹導(dǎo)致涂膜裂化等問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文簡(jiǎn)介一種具備良好耐磨耗性、非黏著性持久、形成平滑涂膜氟樹(shù)脂涂料。本樹(shù)脂涂料重要聚合物是平均粒徑在0．3～5μm、可以熔融、粉碎氟樹(shù)脂粒子。再將氟樹(shù)脂粒子在水、表面活性劑和醇類(lèi)溶劑中進(jìn)行分散得到氟樹(shù)脂涂料。和乳化聚合后進(jìn)行分散得到涂料相比，本涂料具備良好耐磨耗性、非黏著持久性、形成涂膜平滑等特性。

1·氟樹(shù)脂聚合物粒子

1．1聚合辦法

氟樹(shù)脂聚合辦法有本體聚合、懸浮聚合、溶液聚合、乳液聚合等。通過(guò)溫度、壓力、聚合引起劑和其她添加劑等工藝條件控制，得到所需要氟樹(shù)脂。

為得到良好涂膜物性，用懸浮聚合法得到氟樹(shù)脂較好。通過(guò)懸浮聚合得到氟樹(shù)脂后，再進(jìn)行凝聚、干燥，得到平均粒徑為25～1000μm氟樹(shù)脂粒子。

1．2聚合單體

為得到在320℃如下可以熔融加工氟樹(shù)脂聚合物，使用聚合單體可以是四氟乙烯(TFE)/六氟丙烯(HFP)共聚物(FEP)、TFE/氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、TFE/HFP/氟烷基乙烯基醚共聚物(EPA)、TFE/三氟氯乙烯(CTFE)共聚物、TFE/乙烯共聚物(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、分子量在30萬(wàn)如下聚四氟乙烯(LMW－PTFE)等。

氟烷基乙烯基醚分子式如下所示:氟烷基乙烯基醚分子式

從非黏著性、表面平滑性上考慮，使用FEP、PFA和EPA氟樹(shù)脂共聚物較好，從耐熱性上考慮，使用PFA共聚物較好。

1．3粉碎辦法

氟樹(shù)脂粉碎通過(guò)兩個(gè)階段，一方面在常壓下進(jìn)行干式破碎，破碎后氟樹(shù)脂在水性介質(zhì)中分散，再在5～1000MPa壓力下進(jìn)行高壓粉碎，得到所需氟樹(shù)脂粒子。

干式破碎是在常壓下，氟樹(shù)脂與設(shè)備內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)活動(dòng)器件進(jìn)行不斷碰撞、摩擦和剪切，產(chǎn)生沖擊力和摩擦力使物料不斷地被粉碎直至達(dá)到一定細(xì)度。該辦法中不使用液體介質(zhì)。使用粉碎設(shè)備如齒式粉碎機(jī)、氣流粉碎機(jī)、渦輪式粉碎機(jī)、刀式粉碎機(jī)和錘式粉碎機(jī)等。

為得到所需物料粒度，用篩子和風(fēng)力進(jìn)行篩分和分級(jí)。干式粉碎平均粒徑在25～1000μm間較好。

在高壓粉碎中，分散在水性介質(zhì)氟樹(shù)脂粒子在高壓下，通過(guò)狹小排料口時(shí)產(chǎn)生沖擊力和真空作用，使其粉碎、分散和乳化。在粉碎過(guò)程中，可以采用兩種方式:1)在高壓下，氟樹(shù)脂粒子在水性介質(zhì)中分散，分流，再合流，發(fā)生沖擊、摩擦、碰撞，達(dá)到粉碎、分散、乳化;2)在高壓下，氟樹(shù)脂水性溶液從噴管?chē)姵觯瑥母邏旱匠?，隨著壓力下降，達(dá)到粉碎、分散、乳化等。排料口口徑，隨壓力和規(guī)定氟樹(shù)脂粒度不同而不同，也可通過(guò)重復(fù)操作達(dá)到粉碎效果。

2·助劑

2．1溶劑

在常壓粉碎后需添加水、水溶性溶劑、乙醇等有機(jī)溶劑和表面活性劑等水性介質(zhì)。從粉碎效率上考慮，與氟樹(shù)脂不溶水性介質(zhì)較好，也可以在高壓粉碎中添加水溶性介質(zhì)、表面活性劑及各種助劑等。

水溶性介質(zhì)使氟樹(shù)脂潤(rùn)濕和具備流動(dòng)性，高沸點(diǎn)溶劑則起干燥延遲劑作用，涂裝后干燥燒結(jié)時(shí)，可防止涂膜發(fā)生龜裂。雖然高沸點(diǎn)溶劑在氟樹(shù)脂成型溫度下蒸發(fā)，對(duì)涂膜也不產(chǎn)生影響。使用水溶性介質(zhì)，如沸點(diǎn)低于100℃甲醇、乙醇、特丁醇、丙酮、丁酮等有機(jī)溶劑;沸點(diǎn)在100～150℃有機(jī)溶劑甲基溶纖素(甲氧基乙醇)、乙基溶纖素等;沸點(diǎn)在150℃以上N，N－二甲基乙酰胺、N，N－二甲基甲酰胺、乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁基溶纖素、1，4－丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇等高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑。如果兩種以上溶劑混合使用更好，從氟樹(shù)脂涂料分散穩(wěn)定性、安全性這點(diǎn)考慮，選取沸點(diǎn)高二醇類(lèi)溶劑更好。

溶劑添加量占涂料總量1%～30%較好。若使用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，添加量少，內(nèi)部容易產(chǎn)氣憤泡等，添加量多時(shí)，形成水性分散物容易燃燒;使用中沸點(diǎn)有機(jī)溶劑時(shí)，添加量少時(shí)，涂布干燥后，氟樹(shù)脂恢復(fù)為粉末不能燒結(jié)，添加量多，燒結(jié)后易在涂膜中殘留，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響;高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，配合量多時(shí)，燒結(jié)后在涂膜中有殘留，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。

2．2表面活性劑

表面活性劑是使占涂料15%～80%氟樹(shù)脂粒子均勻分散?？梢允褂藐庪x子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑、非離子表面活性劑和兩性表面活性劑。例如，硫酸烷基鈉、烷基醚硫酸鈉、三乙醇胺硫酸烷基、三乙醇胺硫酸烷基醚、硫酸烷基銨、硫酸烷基醚銨、烷基醚磷酸鈉、氟烷基羧酸鈉等陰離子表面活性劑;烷基銨鹽、烷基芐基銨鹽等陽(yáng)離子表面活性劑;聚羥基乙烯烷基酯、丙二醇－環(huán)氧丙烷共聚物、全氟烷基環(huán)氧乙烷副產(chǎn)物、2－乙基己醇環(huán)氧乙烷附加物等非離子性表面活性劑;烷基氨基乙酸甜菜堿、烷基酰胺乙酸甜菜堿、咪唑甜菜堿等兩性表面活性劑等。其中陰離子性和非離子性表面活性劑較好，熱分解后殘存少有羥基乙烯鏈非離子表面活性劑為最佳。也可單獨(dú)或組合使用烴類(lèi)、氟類(lèi)、硅類(lèi)、乙炔類(lèi)表面活性劑。它們?cè)谕垦b加熱干燥后，涂膜中不殘留此類(lèi)表面活性劑，從對(duì)環(huán)境影響少觀點(diǎn)看，乙炔類(lèi)表面活性劑較好。

表面活性劑添加量，普通占氟樹(shù)脂用量0．2%～20%，添加量少，氟樹(shù)脂分散不均，某些漂浮著。添加量多，燒結(jié)時(shí)，表面活性劑分解殘?jiān)啵字?，涂膜耐熱性、非黏著性下降?/p>

2．3其她助劑

在氟樹(shù)脂涂料中，普通還添加其她助劑，如顏料、穩(wěn)定劑、增黏劑、分解增進(jìn)劑、防銹劑、防腐劑、消泡劑等。顏料可以是無(wú)機(jī)顏料、復(fù)合氧化物顏料等，如炭黑、白炭黑、碳酸鈣、硫酸鋇、滑石(粉)、硅酸鈣等。可依照需要添加所需顏色顏料。

3·基材選取

涂裝基材可以是鐵、不銹鋼、銅、鋁、黃銅等金屬類(lèi)，玻璃板，玻璃纖維紡織布和無(wú)紡布等玻璃制品。聚丙烯、聚酰亞胺、聚砜類(lèi)等通用材料制品;耐熱性樹(shù)脂及涂覆制品;SBR、BR、NBR、EPDM、硅酮橡膠、氟橡膠等橡膠制品及涂覆制品;天然纖維和合成纖維紡織布和無(wú)紡布等。

在涂裝基材上有耐熱橡膠層也可以，即能挺住氟樹(shù)脂燒結(jié)溫度(普通在250～400℃)橡膠，如氟橡膠和硅酮橡膠。氟橡膠具備耐熱性和與氟涂料形成涂膜黏附性好長(zhǎng)處，提高了涂層和耐熱性橡膠層黏附性。硅酮橡膠是由烷氧基硅烷或烷氧基硅烷和有機(jī)鈦酸酯構(gòu)成聚合物。

4·涂裝辦法

涂料涂裝辦法有諸多，如噴涂、輥涂、刮涂、浸漬－離心涂裝、浸涂、旋壓涂裝、淋涂法等。涂裝后來(lái)，通過(guò)干燥、燒結(jié)得到涂裝物品。干燥是為了去除水性介質(zhì)，如在室溫～120℃，加熱5～30min。燒結(jié)是在氟樹(shù)脂熔融溫度以上，即在200～400℃，焙燒時(shí)間以10～60min較好。

涂裝物品貼合順序普通是:基材、耐熱性橡膠層、氟樹(shù)脂涂層，或基材、底漆、氟樹(shù)脂涂層。

在氟樹(shù)脂涂料中，氟樹(shù)脂量以占所有重量20%～50%較好。當(dāng)氟樹(shù)脂配合量低于下限時(shí)，黏度低，在基材表面涂裝時(shí)，容易流下，不能涂厚;配合量過(guò)多時(shí)，涂料流動(dòng)性不好，不易涂裝。詳細(xì)配合量，依照涂裝辦法和涂膜厚度，可在上述范疇內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

5·制備實(shí)驗(yàn)

5．1實(shí)驗(yàn)1

5．1．1PFA氟樹(shù)脂涂料配制

1)粉碎

單體四氟乙烯(TFE)和全氟乙烯基醚(PFVE)用懸浮聚合法聚合后得到干燥共聚物PFA(熔點(diǎn)300℃，MFR25g/10min)，再用氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，得到平均粒徑10μmPFA微粉。

2)預(yù)混

將上述得到PFA微粉100重量份，和乙炔乙二醇分散劑10份、非離子表面活性劑10份和離子互換水280份混合，充分?jǐn)嚢瑁玫絇FA分散液。

3)粉碎、乳化

將PFA分散液用100目濾網(wǎng)過(guò)濾后，再用高壓乳化機(jī)乳化，得到平均粒徑0．6μmPFA乳化液。

4)涂料

將PFA乳化液100重量份、非離子表面活性劑2．5份、乙二醇2．5份、離子互換水20份混合得到所需涂料。

5．1．2涂板制作

1)涂板1

在15min內(nèi)，80～100℃下，在用丙酮洗凈鋁板表面，噴涂PFA涂料，干燥、冷卻，放置到室溫，得到約30μm厚涂膜。然后，再在涂板上噴涂PFA涂料，在室溫下干燥1h，在80～100℃干燥15min后，在250℃下焙燒60min，或在325℃焙燒30min，得到膜厚35μm涂裝板。

2)涂板2

一方面在鋁板表面噴砂，達(dá)到2～3．5μm粗糙度。然后，噴涂厚10～15μm底漆，在80～100℃下干燥15min，冷卻。再?lài)娡亢?5μm以上PFA涂料，在80～100℃干燥15min后，再在380℃焙燒15min，冷卻到室溫。

5．1．3涂膜性能評(píng)估

1)涂膜外觀

在涂板1上，目測(cè)涂膜表面裂紋、起泡，膨脹等有無(wú)。

2)表面粗度

在涂板1中，用表面粗度計(jì)測(cè)定涂膜表面粗度Rz(測(cè)定長(zhǎng)=4mm)。

3)光澤

在涂板1中，用變角光澤計(jì)測(cè)定涂膜表面光澤度(60～60°)。

4)接觸角

在涂板1上滴一滴水，用測(cè)角計(jì)測(cè)定接觸角。

5)錐度磨耗實(shí)驗(yàn)

將重量500g涂板2，放在加熱型錐度磨耗機(jī)磨輪上進(jìn)行磨耗實(shí)驗(yàn)。涂板在設(shè)備上固定后，升溫至200℃，測(cè)定旋轉(zhuǎn)1000轉(zhuǎn)先后質(zhì)量，減少量即為磨耗量。

5．2實(shí)驗(yàn)2

在實(shí)驗(yàn)1中，除了在PFA粉碎、乳化環(huán)節(jié)中，將平均粒徑變?yōu)?．8μm以外，進(jìn)行和實(shí)驗(yàn)1同樣實(shí)驗(yàn)。

5．3實(shí)驗(yàn)3

在實(shí)驗(yàn)1中，除了在PFA粉碎、乳化環(huán)節(jié)中，將平均粒徑變?yōu)?．0μm以外，進(jìn)行和實(shí)驗(yàn)1同樣實(shí)驗(yàn)。5．4對(duì)比實(shí)驗(yàn)

1)對(duì)比例1

在實(shí)驗(yàn)1中，用其她PFA分散液(平均粒徑0．3μm)代替PFA微粉涂料以外，進(jìn)行和實(shí)例1同樣實(shí)驗(yàn)。

2)對(duì)比例2

在實(shí)驗(yàn)1中，除了用PFA水性涂料(平均粒徑25μm)代替PFA微粉涂料以外，進(jìn)行和實(shí)例1同樣實(shí)驗(yàn)。