1、引言
我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展帶動(dòng)了涂料工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。近幾年，氟樹脂涂料技術(shù)逐漸成熟，市場需求日益增多。氟樹脂涂料以其優(yōu)異的耐候性、耐腐蝕性及抗污染性等一系列優(yōu)點(diǎn)，已被越來越多地應(yīng)用于建瓶、機(jī)械、設(shè)備、體育設(shè)施、大型鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。2005年9月22日，備受關(guān)注的北京2008年奧運(yùn)會(huì)主體育場――國家體育場(簡稱“鳥巢”)鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料招標(biāo)終于塵埃落地，大連振邦公司 的氟碳配套防腐涂料以絕對優(yōu)勢一舉中標(biāo)。
實(shí)際上振邦在2004年就瞄準(zhǔn)了“奧運(yùn)”這個(gè)涂料大市場，積極著手做一些前期技術(shù)準(zhǔn)備，例如：新氟樹脂的開發(fā)，國內(nèi)外主要廠商氟樹脂的對比試驗(yàn)，研制、開發(fā)耐腐蝕性更好的無機(jī)富鋅底漆，選擇高性能、耐黃變的異氰酸酯交聯(lián)劑等工作。本文著重就氟碳金屬漆和罩面氟碳清漆的研制進(jìn)行小結(jié)和討論。
2、氟碳金屬漆和罩面氟碳清漆的研制
2.1 “鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)防腐對配套涂料主要性能的要求
“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料招標(biāo)文件中對配套涂料的王要性能要求如下：
(1)防護(hù)年限：25a，長效防腐，抗紫外線、雨水、冰雹、風(fēng)沙；
(2)抗紅外線輻射：顏色為金屬銀灰色，對紅外線反射能力強(qiáng)，太陽輻射吸收系數(shù)不大于0.45；
(3)抗紫外線輻射：紫外線人工加速老化試驗(yàn)6000h，保光率大于90%，、變色△E≤1.0；
(4)耐大氣老化性：防靜電、不吸塵，抗沾污性強(qiáng)，耐磨性不大于60mg/1000r；
(5)耐腐蝕：耐鹽霧試驗(yàn)5000h，無明顯變化；
(6)耐干、濕、溫變腐蝕：NORSOK M-501(挪威標(biāo)準(zhǔn))4200h，劃痕腐蝕不大于1mm。
以上6項(xiàng)指標(biāo)要求除了最后2項(xiàng)需要由富鋅底漆和環(huán)氧云鐵中涂漆來保障以外，其余4項(xiàng)指標(biāo)都要靠高性能的氟碳面漆來滿足“鳥巢”工程的要求。
2.2 技術(shù)路線的確定
為保證“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)涂層具有25a的長效使用壽命，選擇性能優(yōu)異的防腐涂料、合理的涂料配套體系、嚴(yán)格的涂裝施工是確保鋼結(jié)構(gòu)使用壽命的關(guān)鍵因素。對于氟碳面漆而言，選擇合適的成膜物質(zhì)及確定恰當(dāng)?shù)?NCO/-OH物質(zhì)的量的比在配方設(shè)計(jì)中尤其重要。
2.2.1 氟樹脂的篩選
目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的各種牌號的FEVE氟樹脂品種很多，從幾個(gè)主要廠商的代表性樹脂品種中進(jìn)行篩選，通過QUV人工加速老化試驗(yàn)，篩選適用于氟碳金屬漆和氟碳罩光清漆的氟樹脂。6種國內(nèi)外FEVE氟樹脂的基本特征見表1。用6種FEVE氟樹脂分別配制成鋁粉金屬漆和罩光清漆進(jìn)行QUV人工老化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖1(略)和圖2(略)。
表1 6種氟樹脂的基本特征
序號 樹脂類型 氟含量 生產(chǎn)商
A 三氟氯乙烯/乙烯基醚 25.0 振邦
B 三氟氯乙烯/乙烯基醚 25.9 日本旭硝子
C 三氟氯乙烯/乙烯基酯 23.0 振邦
D 三氟氯乙烯/乙烯基酯 24.0 國產(chǎn)
E 四氟乙烯/乙烯基醚 35.0 日本大金
F 四氟乙烯/乙烯基酯 34.5 國產(chǎn)
根據(jù)QUV 5500h的老化試驗(yàn)，各種樹脂間已有明顯差距。旭硝子樹脂保光、保色性。大連振邦的醚型氟樹脂接近旭硝子產(chǎn)品。3個(gè)國產(chǎn)酯型氟樹脂的保光、保色性較差。根據(jù)QUV老化試驗(yàn)結(jié)果選用大連振邦的醚型氟樹脂作為奧運(yùn)“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)用氟碳漆的主體成膜物。
2.2.2 多異氰酸交聯(lián)劑的篩選
在常規(guī)氟碳漆中，用HDI縮二脲(N75)作為交聯(lián)劑。對于“鳥巢”這樣的重大工程項(xiàng)目，要選擇更好的交聯(lián)劑。拜耳公司推薦耐候性和機(jī)械強(qiáng)度比N75更好的Desmodur N3390 BA和Desmodur N3375 BA/SN。兩者都是HDI三聚體異氰脲酸酯，只是固體含量不同，考慮到施工和配料方便，N3375更合適。通過用N75和N3375按相同-NCO/-OH物質(zhì)的量的比配漆，做性能檢測和QUV老化試驗(yàn)。2種交聯(lián)劑的規(guī)格特征見表2；2種交聯(lián)劑的漆膜性能比較見表3；2種交聯(lián)劑的漆膜QUV老化試驗(yàn)對比結(jié)果見圖3(略)和圖4(略)。
牌號 類型 固含量/% 粘度(25℃)/mPa·s 游離HDI/% NCO含量/% 官能度
N3375 HDI三聚體 75 75 ≤0.15 16.3±0.3 3.5
N75 HDI縮二脲 75 210 ≤0.50 16.3±0.3 3.8
表3 2種交聯(lián)劑配制的漆膜性能對比試驗(yàn)情況
檢測項(xiàng)目 N75 N3375 BA/SN
附著力/級 1 1
耐沖擊性/cm 50 50
漆膜硬度 2H 2H
耐10% H2SO4 7d無起泡、無脫落 20d無起泡、無脫落
耐10% NaOH 7d無起泡、無脫落 10d無起泡、無脫落
耐3% NaCl 6個(gè)月無起泡、無脫落 6個(gè)月無起泡、無脫落
耐水性 7d無變化 10d無變化
耐鹽霧性(配套底漆) 4000h無起泡、無脫落 5000h無起泡、無脫落
我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展帶動(dòng)了涂料工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。近幾年，氟樹脂涂料技術(shù)逐漸成熟，市場需求日益增多。氟樹脂涂料以其優(yōu)異的耐候性、耐腐蝕性及抗污染性等一系列優(yōu)點(diǎn)，已被越來越多地應(yīng)用于建瓶、機(jī)械、設(shè)備、體育設(shè)施、大型鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。2005年9月22日，備受關(guān)注的北京2008年奧運(yùn)會(huì)主體育場――國家體育場(簡稱“鳥巢”)鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料招標(biāo)終于塵埃落地，大連振邦公司 的氟碳配套防腐涂料以絕對優(yōu)勢一舉中標(biāo)。
實(shí)際上振邦在2004年就瞄準(zhǔn)了“奧運(yùn)”這個(gè)涂料大市場，積極著手做一些前期技術(shù)準(zhǔn)備，例如：新氟樹脂的開發(fā)，國內(nèi)外主要廠商氟樹脂的對比試驗(yàn)，研制、開發(fā)耐腐蝕性更好的無機(jī)富鋅底漆，選擇高性能、耐黃變的異氰酸酯交聯(lián)劑等工作。本文著重就氟碳金屬漆和罩面氟碳清漆的研制進(jìn)行小結(jié)和討論。
2、氟碳金屬漆和罩面氟碳清漆的研制
2.1 “鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)防腐對配套涂料主要性能的要求
“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料招標(biāo)文件中對配套涂料的王要性能要求如下：
(1)防護(hù)年限：25a，長效防腐，抗紫外線、雨水、冰雹、風(fēng)沙；
(2)抗紅外線輻射：顏色為金屬銀灰色，對紅外線反射能力強(qiáng)，太陽輻射吸收系數(shù)不大于0.45；
(3)抗紫外線輻射：紫外線人工加速老化試驗(yàn)6000h，保光率大于90%，、變色△E≤1.0；
(4)耐大氣老化性：防靜電、不吸塵，抗沾污性強(qiáng)，耐磨性不大于60mg/1000r；
(5)耐腐蝕：耐鹽霧試驗(yàn)5000h，無明顯變化；
(6)耐干、濕、溫變腐蝕：NORSOK M-501(挪威標(biāo)準(zhǔn))4200h，劃痕腐蝕不大于1mm。
以上6項(xiàng)指標(biāo)要求除了最后2項(xiàng)需要由富鋅底漆和環(huán)氧云鐵中涂漆來保障以外，其余4項(xiàng)指標(biāo)都要靠高性能的氟碳面漆來滿足“鳥巢”工程的要求。
2.2 技術(shù)路線的確定
為保證“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)涂層具有25a的長效使用壽命，選擇性能優(yōu)異的防腐涂料、合理的涂料配套體系、嚴(yán)格的涂裝施工是確保鋼結(jié)構(gòu)使用壽命的關(guān)鍵因素。對于氟碳面漆而言，選擇合適的成膜物質(zhì)及確定恰當(dāng)?shù)?NCO/-OH物質(zhì)的量的比在配方設(shè)計(jì)中尤其重要。
2.2.1 氟樹脂的篩選
目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的各種牌號的FEVE氟樹脂品種很多，從幾個(gè)主要廠商的代表性樹脂品種中進(jìn)行篩選，通過QUV人工加速老化試驗(yàn)，篩選適用于氟碳金屬漆和氟碳罩光清漆的氟樹脂。6種國內(nèi)外FEVE氟樹脂的基本特征見表1。用6種FEVE氟樹脂分別配制成鋁粉金屬漆和罩光清漆進(jìn)行QUV人工老化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見圖1(略)和圖2(略)。
表1 6種氟樹脂的基本特征
序號 樹脂類型 氟含量 生產(chǎn)商
A 三氟氯乙烯/乙烯基醚 25.0 振邦
B 三氟氯乙烯/乙烯基醚 25.9 日本旭硝子
C 三氟氯乙烯/乙烯基酯 23.0 振邦
D 三氟氯乙烯/乙烯基酯 24.0 國產(chǎn)
E 四氟乙烯/乙烯基醚 35.0 日本大金
F 四氟乙烯/乙烯基酯 34.5 國產(chǎn)
根據(jù)QUV 5500h的老化試驗(yàn)，各種樹脂間已有明顯差距。旭硝子樹脂保光、保色性。大連振邦的醚型氟樹脂接近旭硝子產(chǎn)品。3個(gè)國產(chǎn)酯型氟樹脂的保光、保色性較差。根據(jù)QUV老化試驗(yàn)結(jié)果選用大連振邦的醚型氟樹脂作為奧運(yùn)“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)用氟碳漆的主體成膜物。
2.2.2 多異氰酸交聯(lián)劑的篩選
在常規(guī)氟碳漆中，用HDI縮二脲(N75)作為交聯(lián)劑。對于“鳥巢”這樣的重大工程項(xiàng)目，要選擇更好的交聯(lián)劑。拜耳公司推薦耐候性和機(jī)械強(qiáng)度比N75更好的Desmodur N3390 BA和Desmodur N3375 BA/SN。兩者都是HDI三聚體異氰脲酸酯，只是固體含量不同，考慮到施工和配料方便，N3375更合適。通過用N75和N3375按相同-NCO/-OH物質(zhì)的量的比配漆，做性能檢測和QUV老化試驗(yàn)。2種交聯(lián)劑的規(guī)格特征見表2；2種交聯(lián)劑的漆膜性能比較見表3；2種交聯(lián)劑的漆膜QUV老化試驗(yàn)對比結(jié)果見圖3(略)和圖4(略)。
牌號 類型 固含量/% 粘度(25℃)/mPa·s 游離HDI/% NCO含量/% 官能度
N3375 HDI三聚體 75 75 ≤0.15 16.3±0.3 3.5
N75 HDI縮二脲 75 210 ≤0.50 16.3±0.3 3.8
表3 2種交聯(lián)劑配制的漆膜性能對比試驗(yàn)情況
檢測項(xiàng)目 N75 N3375 BA/SN
附著力/級 1 1
耐沖擊性/cm 50 50
漆膜硬度 2H 2H
耐10% H2SO4 7d無起泡、無脫落 20d無起泡、無脫落
耐10% NaOH 7d無起泡、無脫落 10d無起泡、無脫落
耐3% NaCl 6個(gè)月無起泡、無脫落 6個(gè)月無起泡、無脫落
耐水性 7d無變化 10d無變化
耐鹽霧性(配套底漆) 4000h無起泡、無脫落 5000h無起泡、無脫落