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摘要:以聚氨酯為成膜物質,將聚四氟乙烯(poly tetrafluoroethene,PTFE)和聚醚醚酮(poly etheretherketone,PEEK)分別加入涂料中制得具有疏水功能的復合涂料,分別研究不同質量分數的PTFE和PEEK對涂層疏水性能的影響;結果表明當2種物質的質量分數越高,水接觸角越大,疏水性能越好;而相同條件下,PEEK涂層的疏水性能比PTFE涂層好。同時,研究紫外老化試驗對PEEK涂層性能的影響,結果表明經700h老化試驗后涂層的疏水性能變化不明顯,光澤保持率在94%以上。實踐證明該涂層具有良好的疏水功能及長效性。
關鍵詞:聚四氟乙烯;聚醚醚酮;疏水功能;水接觸角
中圖分類號:TQ630 文獻標志碼:A 文章編號:1007-290X(2012)01-0027-03
疏水涂料是指涂膜在光滑表面上的靜態水接觸角大于90°的一種低表面能涂料[1]。關于疏水涂料,國內外眾多學者正在研究[2-6]。用該種涂料制成的涂層如果具有良好的疏水性,則會大大提高其抗離子擴散性和滲透性[7]。將疏水性涂料涂于輸電導線、電力桿塔、絕緣子等表面,可降低冰在涂層表面的附著力,雖不能完全防止冰的形成,但可使凍雨和雪等凍結到導線或絕緣子之前就在自然力,如風力或導線及絕緣子的擺動力等的作用下自然滑落,或使冰、雪在導線和絕緣子上的附著力明顯降低,達到防止覆冰、減小線路因覆冰出現事故的目的。聚四氟乙烯(polytetrafluoroethene,PTFE)中氟元素的電負性最強,原子間作用力小,表面能很低,具有良好的疏水性能和潤滑作用;而聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)具有良好的力學性能和較低的摩擦系數。本文在以聚氨酯樹脂為成膜物質的涂料中分別加入PTFE和PEEK,得到具有疏水功能的復合涂料,并通過測試涂層的靜態接觸角,研究出一種耐候性良好且具有較好疏水性能的疏水涂料。
1實驗內容
1.1 主要原料及設備
主要原料有丙烯酸樹脂、顏料、溶劑、各種助劑(由德國BYK公司生產)、PTFE粉末、PEEK粉末和固化劑。涂層基體為Q235鋼。制備和檢測涂料性能的設備有:球磨機、刮板細度計、接觸角測定儀、紫外耐候性測試機、光澤計和色差計。
1.2 涂料制備
采用球磨機研磨的方法,按順序將各種原料加入球磨罐中,加研磨珠。在一定的轉速下,研磨至合適的細度,得到涂料。
1.3 涂層制備
基體涂覆之前基材用丙酮除油,用400號砂紙打磨以清除表面的銹、氧化皮等,再用丙酮除油,用無水乙醇擦洗,干燥,備用。
采用空氣噴涂方式制備涂層。噴涂時,將得到的疏水涂料配以合適的固化劑,加稀釋劑調至適合的粘度。噴涂后,在室溫下放置7天,使涂層固化,制得干膜,其厚度為(85±5)μm。
1.4 涂層測試
采用上海中晨公司生產的接觸角測定儀進行接觸角測試。將去離子水滴于涂層表面5s后開始測試。每種涂層有3個平行試樣,每個試樣。祩點進行測量,共15次讀數,取算術平均值。
采用紫外燈照射老化的方法進行耐候性老化試驗。設定好環境溫度和光照時間、雨淋時間、冷卻溫度和時間等各項參數,采用循環的方式,對涂層進行耐候性測試,并記錄下一定的時間間隔測試的光澤和色差數據。
2 結果與分析
2.1 PTFE涂層和PEEK涂層的疏水性能
為了研究涂層的疏水性能與固化溫度的關系,測定PTFE質量分數不同時,固化溫度分別為25℃、50℃、120℃和200℃時涂層的水接觸角。測量數據見表1。
表1 PTFE涂層質量分數、水接觸角與固化溫度的關系
由表1可知,PTFE的質量分數相同時,固化溫度越高,水接觸角越大,疏水性能越好;而固化溫度相同時,PTFE的質量分數越大,接觸角越大,疏水性能越好。
表2為PEEK涂層在不同固化溫度條件的水接觸角數據。由表2可知,PEEK的質量分數相同時,固化溫度越高,水接觸角越大,疏水性能越好;同一溫度下,PEEK的質量分數越大,水接觸角越大,疏水性能越好。
表2 PEEK涂層質量分數、水接觸角與固化溫度的關系
比較表1和表2的數據,得出結論:在相同條件下,PEEK涂層的疏水性能比PTFE涂層好。
2.2 老化試驗對涂層疏水性能的影響
選用PEEK涂層測試紫外老化對涂層疏水性能的影響。圖1為PEEK的質量分數為10%和30%時的涂層原始試樣和老化試驗700h后的表面形貌。從圖1可看出,2種試樣經老化700h后,其表面沒有起泡、銹蝕、開裂和漆膜剝落等現象。表3為試樣光澤和色差數據。
圖1 原始試樣和700h老化試驗后試樣
表3 試樣老化前后光澤和色差
圖2為PEEK的質量分數為10%和30%時的涂層原始試樣和老化試驗700h后的涂層的水接觸角照片。從實驗數據可看出,質量分數為10%涂層試樣經老化700h后,水接觸角從原始的94.2°下降到90.2°,降低率為4.25%,而質量分數為30%涂層試樣水接觸角從119.6°下降到114.5°,降低率為4.26%。
圖2 原始試樣和700h老化試驗后試樣的水接觸角
3 結束語
在涂料中分別加入PTFE和PEEK可提高聚氨酯涂層的疏水性能;測試靜態水接觸角的結果顯示,涂層在常溫固化后,其中PEEK的質量分數為30%時的水接觸角大于110°,涂層經紫外老化試驗700h后,質量分數為10%和30%的PEEK涂層的水接觸角降低均不到5%,涂層保光率大于94%,說明PEEK涂層具有較強的應對紫外線的能力。研制成功的疏水涂料有望為電力桿塔、輸電導線、絕緣子等電力設施提供防冰保護。