氟硅防污闪涂料的研制
王艺峰1，刘建国2，蔡 俊2，陈沛智3
1.武汉理工大学 材料科学与工程学院，武汉 430070；2.武汉博大科技集团 博强材料公司，武汉 430223，3.湖北大学 化学化工学院，武汉 430062
2.2 氟硅防污闪涂料的制备
* 产品试样经机械工业表面覆盖层产品质量监督检测中心及武汉高压研究所检测
户外电力设施的绝缘保护是保证电力正常供应的重要环节。有机硅防污闪涂料(RTV)具有良好的电性能被广泛应用，但是其力学性能如抗衡裂强度、剪切强度等较差，耐紫外线性能也不够理想，因而持久性不尽如人意；此外，RTV还存在着附着力不强，容易发生涂层脱落等问题。因此，人们迫切需要寻求一种性能更好的防污闪涂料。含氟高聚物具有很多独特的优点，特别是它的耐候性好，抗污性好，抗紫外线辐射、持久性好，因而特别适用于户外长期使用。而含氟丙烯酸酯树脂还具有能够室温成膜的优点，因此将它与RTV结合应该是一种性能更加优秀的防污闪涂料。
1 氟硅防污闪涂料主要原材料
甲基丙烯酸六氟丁酯，工业级，哈尔滨雪佳化学试剂公司；丙烯酸异辛酯，工业级，北京东方化工厂；甲基丙烯酸甲酯，工业级，北京东方化工厂；甲基丙烯酸，工业级，浙江宁波有机化工厂；乙烯基烷氧基硅烷，工业级，武汉大学化工厂；室温硫化硅橡胶(107胶)，工业级，四川晨光化工研究院；过氧化二苯甲酰，工业级，上海联化化工研究院；二月桂酸二丁基锡，工业级，北京化工三厂；分子量调节剂，CP，市售；氢氧化铝，工业级，市售；纳米二氧化硅，工业级，北京首创纳米科技有限公司；白炭黑，工业级，市售；分散体系，自配；甲苯，工业级，市售。
2 氟硅防污闪涂料的制备
2.1 氟化丙烯酸树脂的制备
各种原料先经过严格脱水。以氮气置换反应釜内的空气后，向釜内加入溶剂及要求量的引发剂，搅拌升温至反应温度。然后把含氟丙烯酸酯及其它丙烯酸酯单体、乙烯基烷氧基硅烷混合均匀后，缓慢加入反应釜内，控制反应温度为80℃±2℃，约2 h加完。保温反应3 h，向反应釜追加一次引发剂，继续保温3 h；再追加一次引发剂，继续保温2 h，降温出料。制得的含氟丙烯酸酯树脂，应达到表1指标的要求。
2.2 氟硅防污闪涂料的制备
氟硅防污闪涂料的制备工艺流程如图1所示：
制得的涂料应符合表2的技术指标。
* 产品试样经机械工业表面覆盖层产品质量监督检测中心及武汉高压研究所检测
3 结果与讨论
3.1 氟含量对含氟丙烯酸酯树脂膜表面性能的影响
防污闪涂料大多应用于户外，风吹、日晒、雨淋及强紫外线辐射，对防污闪涂料的寿命构成很大的威胁；而且由于当前的环境污染问题未能得到有效的控制，使得一些地区的空气质量日渐变差，工业酸雨、强沙尘暴袭击，使防污闪涂料的持久性受到严重破坏。要进一步提高防污闪涂料的性能，必须对传统的防污闪涂料加以改进。含氟聚合物具有很多优异的性能，由于F—C键具有很高的键能，赋予含氟聚合物极好的户外使用稳定性及持久性。含氟丙烯酸酯树脂成膜时，由于含氟基团向表面的迁移使得膜的表面能很低，具有自洁性，并且能在室温下成膜，这些特点正是制备防污闪涂料所需要的。因此，将含氟丙烯酸酯树脂应用到防污闪涂料制备中。对不同氟含量的含氟丙烯酸酯树脂膜测试其对水及十六烷的接触角来表征它们的表面能，其结果如表3所示。
由表3可见，在合成含氟丙烯酸树脂时，随甲基丙烯酸六氟丁酯用量的增加，所得的树脂膜无论是对水或对正十六烷的接触角都有增大的趋势，这意味着树脂膜的表面能呈下降趋势。当其用量达到15%时，对水或对正十六烷的接触角已经很大，说明膜的表面能很低，这种膜的表面吸附性已经很小，这对制备防污闪涂料是十分有利的。此后再增加氟单体的用量，接触角增加已不明显，而此时再增加氟单体用量反而会增加成本。
值得注意的是，表3中在相同氟单体用量的情况下，含氟丙烯酸酯树脂膜正反两面测得的对水接触角相差很大。反面(成膜时与容器材料接触面)的接触角比正面(暴露在空气中的一面)小很多，这说明树脂成膜时存在含氟基团向表面迁移的现象，这对防污闪涂料是非常有利的。这使含氟丙烯酸酯树脂膜表面具有极低的吸附作用，有利于防污、防水、防油及自洁，而反面又能与被涂的基材保持一定的结合力(或附着力)。
3.2 偶联剂在氟硅防污闪涂料制备中的作用
本涂料使用含氟丙烯酸酯树脂与室温固化硅橡胶(107胶)共同用作涂料的成膜物。这两种材料的性能相差很大，会造成共混物相分离，涂膜是不均匀的。RTV涂料的硅氧烷分子链中没有反应活性基团，很难以接枝的方法进行改性。为了改善含氟丙烯酸酯树脂与107胶的相容性，在制备含氟丙烯酸酯树脂时，适当加入含有乙烯基的硅烷偶联剂，又在合成时让其所含的乙烯基参与丙烯酸酯的聚合，而由于反应体系采用N2保护及原材料严格脱水，尽量使偶联剂中的烷氧基不发生水解，而在配制涂料时107胶中加入硅烷偶联剂及催化剂，这样就改善了两种成膜材料的相容性。以不同的乙烯基烷氧基硅烷应用到防污闪涂料制备中。对不同氟含量的含氟丙烯酸酯树脂膜测试其对水及十六烷的接触角来表征它们的表面能，其结果如表3所示。
用量制得的含氟丙烯酸酯树脂与RTV胶共混时体系的稳定性如表4所示。
表4 硅烷偶联剂用量与共混体系稳定性的关系
用量制得的含氟丙烯酸酯树脂与RTV胶共混时体系的稳定性如表4所示。
表4 硅烷偶联剂用量与共混体系稳定性的关系
从表4可见，随着硅烷偶联剂用量的增加，共混体系的稳定性随之增大，宏观的相容性增大，这对保证涂料性能是必要的。
3.3 含氟丙烯酸酯树脂用量对防污闪涂料力学性能的影响
目前应用的RTV涂料的主体成膜物为室温固化硅橡胶，因而其宏观力学性能如剪切强度、撕裂强度等都不尽人意。引入含氟丙烯酸酯树脂意在改善RTV涂料的表面性能、持久性的同时，也能够改善
其力学性能。考察不同含氟丙烯酸酯树脂树脂用量对RTV涂料力学性能的影响，结果如表5。
从表5可见,含氟丙烯酸酯树脂的加入明显提高了对防污闪涂料的剪切强度及抗撕裂强度。随树脂用量的增加，剪切强度增加，而撕裂强度在增加到一定值后效果就不明显了。
从表5可见,含氟丙烯酸酯树脂的加入明显提高了对防污闪涂料的剪切强度及抗撕裂强度。随树脂用量的增加，剪切强度增加，而撕裂强度在增加到一定值后效果就不明显了。
4 结论
合成了一种含氟丙烯酸酯树脂，将其与室温固化硅橡胶及其它辅助材料混合，制备一种新型氟硅防污闪涂料，其各项技术指标均达到或优于国家标准对该类产品的要求。该防污闪涂料在一些力学性能方面较目前应用的RTV涂料有了明显的提高，其表面性能更加优良。
