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氟碳涂料具有良好的耐候性和防腐蝕性,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域,并成為高性能涂料的代名詞。隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展,人們對氟碳涂料提出了更多功能性的要求。例如通過加入熱反射顏填料對太陽光具有很高的反射率,能阻緩熱能向物體內(nèi)部傳導(dǎo),并將吸收的熱能輻射出去。這種涂料在高溫的夏季降低了建筑表面溫度,進(jìn)而影響了周圍環(huán)境溫度,使得空調(diào)等制冷設(shè)備能耗降低。為了改善氟碳涂層表面容易形成雨痕或不易清洗等問題,通過對其表面進(jìn)行改性,增加其親水性,從而獲得表面自清潔的功能。通過對鋁銀漿進(jìn)行改性,改善其耐腐蝕性與紫外線阻隔性,從而由四涂體系變?yōu)閮赏?span lang="EN-US">,大大減低成本等。
1熱反射氟碳涂料
目前國內(nèi)對于熱反射涂料的研究大多著眼于顏填料的性能,而忽視了樹脂基體的影響。在涂層的服役過程中,涂層樹脂會(huì)發(fā)生粉化、變色等老化,涂層粉化后,功能性填料也會(huì)在風(fēng)雨等作用下脫離涂層體系,從而失去熱反射的功能。同時(shí),涂層表面的耐沾污性也會(huì)對熱反射能力產(chǎn)生很大的影響。中國大氣污染嚴(yán)重,如果涂層沒有一定的自清潔能力,在短時(shí)間服役后表面的積垢將大大降低其熱反射性能。同時(shí),即使對涂層表面進(jìn)行了自清潔的改性,如果沒有一定的耐候性,也會(huì)因?yàn)楸砻娴姆刍プ饔谩?span lang="EN-US">
國內(nèi)現(xiàn)行的關(guān)于熱反射涂料的標(biāo)準(zhǔn)有JC/T1040)20075建筑外表面用熱反射隔熱涂料6和JG/T235)20085建筑反射隔熱涂料,前者對涂層人工老化后的熱反射性能提出了要求,后者對涂層耐沾污試驗(yàn)后熱反射能力的衰減做了限制性規(guī)定,具體見表1。
表1國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對熱反射涂料耐老化與耐沾污的規(guī)定
有500h;JG/T235)2008要求各類涂料滿足相應(yīng)樹脂基體涂料的耐老化要求,未對熱反射衰減提出要求,同時(shí)采用的耐沾污試驗(yàn)方法為GB/T9780)2005,該方法主要適用于外墻涂料,對金屬涂料并不適用。
1.1實(shí)驗(yàn)儀器
氙燈老化機(jī)(Q-Pane,lQ-SUNXE-30S,);分光光度計(jì)(PerkinElmerLambda950,)。
1.2結(jié)果與討論
試驗(yàn)的測試結(jié)果見圖1~圖3。
圖1樣品A老化及沾污后太陽反射比變化
圖2樣品B老化及沾污后太陽反射比變化
圖3樣品C老化及沾污后太陽反射比變化
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,耐候性差的涂料的太陽反射比隨老化時(shí)間的增加而明顯下降,而耐候性優(yōu)異的氟碳涂料經(jīng)歷2000h老化試驗(yàn)后其太陽反射比幾乎沒有變化。GB/T9780)2005對金屬漆沾污能力的表征很弱,而ASTMD3719的方法與實(shí)際情況更為接近,能很好地表征出涂層在自然環(huán)境中的耐沾污能力。按ASTMD3719的方法進(jìn)行曝候后,涂層的太陽反射比明顯下降,尤其是在老化后下降更明顯,經(jīng)過2000h的老化試驗(yàn),樣品A的太陽反射比已降低到0.6以下,與普通涂層無異。而耐候性優(yōu)異、耐沾污較強(qiáng)的樣品B、樣品C仍保留了0.8左右的太陽反射比,優(yōu)勢十分明顯。
2自清潔氟碳涂料
目前自清潔氟碳涂料主要有2種改性方式,一類是在涂層表面增加一層低含氟的丙烯酸涂層,在改善涂層表面親水性的同時(shí)通過引入氟元素提高涂層的層間附著力和耐候性;另一類是在涂料面層引入具有光催化作用的納米TiO2,在紫外光照射下,表面變得親水,同時(shí)還有微粉化作用,能有效地清除和降解涂膜表面附著的親水、親油物質(zhì)。本研究對一送檢的自清潔氟碳涂層板樣品老化前后的接觸角進(jìn)行了表征。
2.1實(shí)驗(yàn)儀器
氙燈老化機(jī);接觸角測試儀。
2.2結(jié)果與討論
送檢樣品涂層老化前后的接觸角見圖4。
圖4不同老化時(shí)間的表面接觸角
從圖4可以看出,通過1000h、2000h氙燈老化,老化前后涂層表面的親水性逐漸降低。表明該樣品涂層表面的親水層已經(jīng)老化分解,自清潔功能失效。而氟碳涂層作為超耐候涂層,JG/T133)2000、GB/T17748)1999、GB/T23443)2009等都規(guī)定需通過4000h的老化試驗(yàn),AAMA2605更是提出了在佛羅里達(dá)曝曬10a的要求。而該樣品自清潔表層耐候性較低,與氟碳涂層的整個(gè)服役壽命相差甚遠(yuǎn),在整個(gè)服役過程的中后期將無法起到自清潔的作用。
3金屬閃光漆
作為金屬幕墻所使用的鋁塑板、鋁單板均使用PVDF氟碳涂層。由于金屬閃光漆有著亮麗的光彩,因此被廣泛采用。如果涂料使用大顆粒的金屬顏料,必須增加罩面清漆。另外由于PVDF對紫外線沒有吸收作用,故需要在底漆之上增加隔離涂層,通常是含金紅石二氧化鈦的PVDF(70%)氟碳涂層,或者為有效提高底漆的耐候性,從而采用3涂或4涂系統(tǒng)。因?yàn)榻饘兕w粒容易被氧化,尤其是對紫外線隔離能力很弱。某企業(yè)宣稱通過對鋁銀漿進(jìn)行改性,改善其耐腐蝕性與紫外線阻隔性,從而由4涂體系變?yōu)?span lang="EN-US">2涂,可大大減低成本。該涂料用于鋁塑復(fù)合板后,通過了GB/T17748)1999的要求(老化時(shí)間為2000h,修訂后的2008版老化時(shí)間為4000h),但安裝上墻5a后,面漆發(fā)生了嚴(yán)重的剝落,涂層的附著力經(jīng)檢測為5級(劃格法),具體見圖5。利用DSC、掃描電鏡(SEM)、FT-IR等分析手段對該樣品進(jìn)行了表征,分析發(fā)生剝落的原因。
3.1實(shí)驗(yàn)儀器
DSC(TAQ100,),掃描電鏡、FT-IR(尼高力Nexus670)。
3.2結(jié)果與討論
對該涂層的面漆通過DSC測試其熔點(diǎn),譜圖見圖6。
圖5樣品附著力(劃格法)測試結(jié)果照片
圖6樣品面漆DSC譜圖
按照GB/T23443)2009附錄A的方法,測試出其PVDF含量為95%以上,表明面漆中的聚丙烯酸酯已經(jīng)完全光促裂解。而非金屬閃光漆的PVDF涂層體系由于顏填料對紫外線的阻隔作用,僅僅是涂層表面的聚丙烯酸酯遭受光促裂解,表面下的涂層仍然受到顏填料及PVDF的保護(hù),紫外線無法穿透來導(dǎo)致內(nèi)層的聚丙烯酸酯的光促裂解。而該樣品面漆中的聚丙烯酸酯已完全裂解,說明紫外線已穿透了整個(gè)面漆。
圖7為面漆的背面與底漆表面的SEM照片。
圖7樣品面漆背面(a)與底漆表面(b)的SEM照片
由圖7可以看出,由于PVDF的存在,面漆并沒有明顯的粉化現(xiàn)象,但由于聚丙烯酸樹酯的完全裂解,導(dǎo)致涂層背面出現(xiàn)了許多微小的孔隙。而底漆由于受到透過面漆的紫外線的輻照,已經(jīng)嚴(yán)重粉化。即由于面漆中提供附著力的聚丙烯酸酯的完全裂解和底漆的嚴(yán)重粉化,導(dǎo)致了面漆與底漆的層間附著力基本喪失,最終導(dǎo)致了面漆的嚴(yán)重剝落。
圖8為底漆的FT-IR譜圖。
圖8底漆的FT-IR譜圖
1729cm-1為CO的主要特征峰,1161cm-1為CH3)O)CO的特征峰[6],該底漆應(yīng)當(dāng)為加入少量PVDF的聚丙烯酸酯,加入PVDF的作用主要是提高與面漆的附著力。由于沒有施加隔離漆,也沒有有效提高底漆的耐候性,導(dǎo)致了底漆的嚴(yán)重粉化。
4 小結(jié)
熱反射涂料的長期節(jié)能性需要通過先人工老化,然后戶外曝候的方式進(jìn)行耐沾污試驗(yàn)后,才能得出客觀的評價(jià),熱反射氟碳涂料優(yōu)勢明顯。GB/T9780)2005的方法與實(shí)際情況相差較遠(yuǎn),對金屬漆不適用,需要研究新的標(biāo)準(zhǔn)條件下的模擬試驗(yàn)方法。自清潔氟碳涂料自清潔能力的耐候性需要實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,其耐老化時(shí)間如果遠(yuǎn)小于氟碳涂料的服役時(shí)間,則沒有太大意義。需要研究具有與氟碳涂料耐候性基本相當(dāng)?shù)谋砻孀郧鍧嵓夹g(shù)。金屬閃光氟碳涂料必須采取有效的措施防止底漆粉化,目前最有效的方法是施加一層隔離漆。自然環(huán)境中的老化機(jī)理與人工老化有一定程度的不同,若不施加隔離漆,金屬閃光漆在服役過程中易發(fā)生底漆粉化造成面漆剝落。眾多功能型氟碳涂料環(huán)境失效案例的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)說明了此類建筑材料環(huán)境適應(yīng)性的重要性。及時(shí)、系統(tǒng)和充分開展建筑材料的環(huán)境試驗(yàn)是提高建筑材料耐久性和使用壽命的必由之路。
