一級專業(yè)輔導：“鳥巢”鋼結構工程用氟碳涂料3

　　4、結果與討論

　　通過以上氟樹脂、HDI多異氰酸酯、-NCO/-OH物質的量比及制漆配方的篩選對比試驗及性能檢測，新研制成功的氟碳金屬漆和罩面氟碳清漆性能完全達到了“鳥巢”鋼結構防腐設計要求。在研制過程中，對不同類型的氟樹脂以及HDI多異氰酸酯對氟碳涂料性能的影響有了更深刻地認識，歸納、總結如下。

　　4.1 FEVE氟樹脂性能差異的探討

　　目前國產(chǎn)FEVE氟樹脂大都是以CTFE(三氟氯乙烯)與乙烯基酯為主的多元共聚物;而進口旭硝子的FEVE氟樹脂是CTFE與乙烯基醚為主的四元共聚物;大金的FEVE氟樹脂是TFE(四氟乙烯)與乙烯基醚為主的多元共聚物。FEVE氟樹脂是一個共聚樹脂，只有交替共聚性很好的乙烯基單體才能夠與氟單體形成分布均勻的交替共聚物，共聚物交替性好，氟單體才能保護非氟單體，使整體耐候性提高。由于乙烯基醚與乙烯基酯對氟單體的競聚率不同，前者比后者更容易形成交替共聚物，這從QUV老化試驗結果已得到證實。進口樹脂雖好，但價格高，難以推廣。振邦新開發(fā)的醚型FEVE氟樹脂與旭硝子Lumiflon LF-200型氟樹脂性能相近，而成本只是它的一半，在重大鋼結構防腐工程上應用，完全能夠接受。

　　4.2 關于HDI多異氰酸酯的比較

　　4.2.1 分子結構對涂料性能的影響

　　HDI縮二脲(N75)是應用最為廣泛的脂肪族多異氰酸酯交聯(lián)劑，它的分子結構與HDI三聚體(N3375)相比(見圖7略)可以看出，由于HDI三聚體分子結構中N原子上沒有H，所以分子間不會產(chǎn)生氫鍵。而HDI縮二脲分子結構中N原子上有1個H原子，較容易在分子間形成氫鍵，互相吸引使黏度增高。另外，HDI三聚體的-NCO摩爾質量(216)比HDI縮二脲的-NCO摩爾質量(255)低，也就是相對分子質量小，因此，HDI三聚體較HDI縮二脲黏度低很多，使涂料施工固體含量較高，一次成膜性好，光澤、豐滿度更好。而且降低了涂料中的VOC含量，有利于環(huán)境保護。

　　4.2.2 HDI三聚體與HDI縮二脲漆膜硬度的比較

　　從圖7可以看出，N3375呈菱形環(huán)狀結構，剛性好;而N75是枝鏈形結構，柔韌較好。對二者進行漆膜機械性能檢測，結果見表8。

表8 N3375與N75漆膜機械性能比較

　　從表8可以看出，采用N3375 BA/SN交聯(lián)劑固化后的漆膜機械性能整體優(yōu)于N75，主要體現(xiàn)在漆膜硬度及干性指標，這主要是HDI三聚體分子結構中的異氰酸酯環(huán)呈現(xiàn)出相對剛性決定的。而且，漆膜硬度的增大可進一步提高漆膜的抗擦傷性和耐沾污性。采用N3375 BA/SN交聯(lián)劑固化后的漆膜的附著力、柔韌性、抗沖擊性都能達到標準要求。

　　4.2.3 HDI三聚體與HDI縮二脲耐腐蝕性的比較

　　固化后涂膜的氨酯鍵在堿性或酸性催化作用下會逐步水解，其酸催化的水解穩(wěn)定性優(yōu)于堿催化的水解穩(wěn)定性。以堿性介質水解為例，HDI三聚體和HDI縮三脲漆膜的氨酯鍵的水解反應歷程見圖8(略)。

　　從圖8可以看出，HDI三聚體分子結構中，a處為仲胺，在堿的催化作用下，可以發(fā)生水解反應。而b處為叔胺，由于空間位阻效應，使b處的N原子(或稱為酰胺基)難以發(fā)生水解反應。與a處N原子連接的烷基作為供電子基團，但由于b處酰胺基的吸電子誘導效應，使得電子云整體向酰胺基方向偏移，a處N原子的電子云密度減少，所以a處N原子發(fā)生水解反應的速率會減慢。與之相反，HDI縮二脲分子結構中a’和b’位置的N均為仲胺，雖然b’處也為酰胺基，但吸電子誘導效應明顯降低，加上b’處空間位阻較小，所以a’處和b’處均可發(fā)生水解反應，a’處較b’處相對容易些?？傊?，從圖8可以清晰看出，HDI三聚體發(fā)生水解反應較HDI縮二脲慢些，且生成的相對分子質量小的產(chǎn)物較少。因此，HDI三聚體漆膜的耐堿性優(yōu)于HDI縮二脲。

　　4.2.4 HDI三聚體與HDI縮二脲漆膜耐光老化性的比較

　　已固化漆膜中的氨酯鍵經(jīng)過光老化會發(fā)生下列反應(略)。

　　氨酯鍵受紫外線照射后會分解生成胺及其他小分子產(chǎn)物，致使高分子斷鏈，導致漆膜失光、粉化。分解物越多，則漆膜受紫外線照射后的保光性及保色性越差。HDI三聚體和HDI縮二脲漆膜光老化后發(fā)生分解的位置，見圖9(略)。

　　從圖9可以看出，在N3375BA/SN中，a處為叔胺，N原子上沒有H，并且被三聚的異氰酸酯環(huán)所穩(wěn)定，所以不會在a處裂解，只能在b處發(fā)生裂解。同樣，N75分子結構中，a’處為叔胺，不會發(fā)生裂解，但在b’和c’均可發(fā)生裂解反應。生成較HDI三聚體漆膜更多的小分子產(chǎn)物，從而導致HDI縮二脲固化的漆膜的耐老化性較HDI三聚體差。

　　5 結語

　　隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和鋼結構工程的大量增多，市場對鋼結構防腐涂料的需求量也將與日俱增，振邦氟碳漆在“鳥巢”鋼結構工程的成功應用，將極大地促進國產(chǎn)氟樹脂及氟涂料的技術進步，提高產(chǎn)品性能，趕超國際先進水平。

?二級結構工程師

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