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范波波1，冀志江2，3，张维连1，王静2，3

(1.河北工业大学，天津300130；2.中国建筑材料科学研究总院，北京100024；3.绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024)

摘要：通过物理法制备有机硅改性氟碳树脂涂料。改性涂层与普通氟碳涂层比较，吸水率下降4%，对水接触角提高31.4°，同时增强了涂层的抗粘性。通过其他常规性能测试，改性涂层与普通氟碳树脂涂层性能基本没有差别。

关键词：氟碳树脂；有机硅树脂；改性；疏水性

0.引言

经过20年烈日、酸雨、盐雾、紫外线、各种工业大气、各种复杂气候等恶劣环境的考验，证明氟碳涂料具有优异的耐候性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性、耐化学腐蚀性和自洁性等性能。近年来，氟碳树脂涂料[1-3]已广泛地应用于建筑[4]、机械[5]、电子[6]等行业。有机硅树脂是以Si—O—Si为主链构成的有机物。有机硅分子间作用力比碳氢化合物要弱得多。因此，有机硅树脂具有表面张力小、表面能低等特性，使涂层具有优异的疏水性，对水接触角大。许多研究者[7-8]从降低成本的角度考虑，把有机硅添加到氟碳树脂中，增强了涂层的耐冲击性和硬度，同时降低了树脂的结晶度，透明度和光泽均有所提高。本实验是针对水及其水溶液为主要腐蚀源的混凝土的防腐蚀设计。通过物理法用有机硅改性氟碳树脂，研究了有机硅改性对氟碳涂层的性能影响。

1.实验

1.1主要原料

氟碳树脂：大连振邦的ZB-200(固含量≥53%，氟含量≥19%)；固化剂：拜尔公司的N-75；有机硅树脂：瓦克化学公司的290、28N；溶剂：醋酸乙酯、醋酸丁酯、环己酮的混合物；催干剂：二月桂酸二丁基锡。

1.2样品制备

取一定量的氟碳树脂、有机硅树脂和醋酸丁酯、醋酸乙酯及环己酮混合溶液，在高速分散机下以200r/min的速度均匀混合，同时加入助剂。按比例加入固化剂，在室温下熟化30min。根据涂料制板要求制备样板。

1.3有机硅改性氟碳树脂的结构表征及性能测试

1.3.1红外吸收光谱分析

使用VECTOR-22型傅里叶红外光谱仪对有机硅树脂及有机硅改性氟碳涂料进行测试。

1.3.2接触角测试

使用DataphysicsOCA-30型全自动接触角测试仪，测试氟碳树脂涂层和有机硅改性氟碳树脂涂层对水的接触角。

1.3.3吸水率测试

称取样板质量m1后，置于水槽中，以去离子水覆盖，浸泡2h后取出，用滤纸迅速吸干涂膜表面水分，置于分析天平中称取质量m2，按式(1)计算涂膜的吸水率：__

有机硅改性氟碳树脂的性能与研究

式(1)中：m1—浸水前的质量；m2—浸水后的质量。

1.3.4耐粘贴性测试

用自制的面积为S=30mm×30mm的贴纸贴在样板上，在常温下放置5d，然后进行撕裂实验，观察估算贴纸的残留量S残留，按式(2)计算涂膜的粘贴率P。

有机硅改性氟碳树脂的性能与研究

1.3.5常规性能测试

测试有机硅改性氟碳树脂涂层与氟碳树脂涂层常规性能。

2.结果与讨论

2.1有机硅的红外光谱分析

对2种有机硅树脂进行了红外分析，红外光谱见图1。

图1有机硅290和28N的FT-IR图

从图1可以看出，2850～3000cm-1之间出现的强波峰是C—H的伸缩振动吸收峰，同时在1428cm-1附近和1269cm-1出现了强波峰和740～850cm-1处的尖锐吸收峰，说明在有机硅树脂中含有甲基。在2850～3000cm-1之间出现了多个峰，说明树脂中还含有长链烷基。从2种树脂的波峰强度可以看出，28N比290含有更多的烷基。1084cm-1出现的强波峰是Si—O—Si的伸展振动峰，849cm-1是Si—C键的伸缩吸收峰。另外28N在1732cm-1处出现了一个峰值，可以确定28N还含有CO键，则28N比290含有酯类官能团。28N比290具有更好的性能，可能是酯类官能团作用。有机硅改性的氟碳树脂固化前后的红外谱图见图2。固化后的IR图中在3532cm-1和3414cm-1处出现较大波峰，说明固化后出现了大量的—OH。由于有机硅水解同时会生成—OH，虽然氟碳树脂固化会消耗一部分—OH，但生成的—OH比反应消耗的要多。在2952cm-1和1767cm-1是CO的标志峰，波峰减弱，固化后峰涂层中的CO减少。1082cm-1是Si—O—Si的伸展振动峰，1222cm-1为—CF2的伸缩峰，固化后峰值虽都有减少，但总的来说并不影响涂层的官能团，对涂层的性能没有影响。

图2有机硅改性氟碳树脂固化前后的FT-IR图

2.2吸水性能的研究

有机硅改性的氟碳防护涂层可以降低基材的吸水性，实验结果如图3、图4所示。

图328N改性氟碳树脂后涂层的吸水率

图4290改性氟碳树脂后涂层的吸水率

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从图4、图5可以看到，纯氟碳树脂防护涂层在48h后的吸水率达到了5.6%，经过有机硅改性后的涂层的吸水率有明显的下降。48h浸泡后，添加10%28N的氟碳涂层的吸水率为1.82%，添加10%290的吸水率仅为1.62%。有机硅的添加量对改性涂层的影响不大。与有机硅28N比较，有机硅290的作用相对较好。

2.3有机硅用量对改性氟碳树脂对疏水性的影响

通过对接触角的测试，研究有机硅改性氟碳树脂涂层的疏水性能。有机硅用量对水接触的影响见图6。

图5不同有机硅改性氟碳树脂的水接触角

从图6可以看出，有机硅改性氟碳树脂涂层对水的接触角有很大改善，氟碳树脂涂层对水的接触角平均值为85.7°，添加28N后的氟碳涂层对水的接触角可以达到117.1°，添加290的氟碳涂层对水的接触角可以达到97.0°。在相同添加量的条件，28N比290有较好的疏水性。根据对纯有机硅的测试，其接触角可以达到122.0°，而有机硅28N的加入可以使涂层的接近有机硅的疏水角，涂层已经达到了有机硅的疏水性能。

2.4抗粘性能的研究

对加入不同比例的有机硅树脂进行了抗粘性测试，实验结果如表1所示。

表1有机硅改性氟碳树脂防护涂层的抗粘性

从表1可以看到，贴纸在纯氟碳树脂防护涂层的残留量到达了75%，而添加2.5%有机硅28N就完全去掉贴纸。有机硅290的改性对涂层抗粘性较弱，当添加量达到7.5%时才能在防护涂层表面不残留贴纸。从表中可以得出，有机硅改性可以增强氟碳涂层的抗粘性，有机硅28N比290有更好的抗粘效果。

2.5常规性能测试比较

有机硅改性氟碳涂料性能见表2。

表2有机硅改性氟碳涂料性能测试结果

注：参照HG/T3792—2005进行相关性能的测试。

3.结语

(1)两种不同的有机硅树脂通过物理方法改性氟碳树脂。通过红外FT-IR图分析，改性后涂料具有有机硅树脂和氟碳树脂的双重官能团，具有有机硅和氟碳树脂的双重性能。但不同的有机硅改性效果存在差异。(2)48h后氟碳树脂涂层的吸水率为5.6%，有机硅改性氟碳涂层可以使涂层的吸水率下降到1.62%，涂层具有更好的防水效果。同时有机改性后的氟碳树脂具有更好的疏水性，改性后的涂层对水的接触角可以达到117.1°，接近有机硅涂层的接触角，能提高涂层的接触角达31.4°。(3)氟碳树脂具有很好的抗粘性，有机硅改性氟碳树脂后，涂层具有更好的抗粘性。(4)有机硅改性氟碳涂层通过HG/T3792—2005，与氟碳涂料同样具有优异性能。