涂料在高分子制品表面應(yīng)用的進(jìn)展

杜茂平1,魏伯榮1,劉生輝2

(1.西北工業(yè)大學(xué)高分子研究所,西安710072;2.空軍駐咸陽(yáng)地區(qū)軍代表室,西安712023)

摘要:綜述了有機(jī)氟樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性能,對(duì)氟涂料在高分子制品表面防護(hù)應(yīng)用作了詳細(xì)的介紹,同時(shí)對(duì)氟涂料在高分子制品領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞:氟涂料;塑料;橡膠;表面防護(hù)

0　引言

進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái),隨著高分子材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類生活水平的不斷提高,人們對(duì)高分子制品的性能要求也越來(lái)越高。但高分子制品本身在高溫、強(qiáng)腐蝕、高污染等惡劣環(huán)境中的耐老化、耐腐蝕、耐污性、耐候性等方面存在不足,科研人員從金屬材料的涂裝想到高分子制品的涂裝改性。在眾多的涂裝改性涂料中,氟涂料因其具有極好的耐熱性、耐候性、耐藥品性、耐化學(xué)腐蝕性,以及優(yōu)良的耐鹽霧性、耐污性等優(yōu)點(diǎn)引人注目。自20世紀(jì)30年代美國(guó)杜邦公司和3M公司發(fā)明了聚四氟乙烯(PTFE)和聚三氟氯乙烯(PCTFE)之后,含氟聚合物涂料在高分子制品表面防護(hù)領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。

1　氟涂料在高分子制品表面防護(hù)應(yīng)用

1.1　氟涂料在塑料制品表面的防護(hù)應(yīng)用

塑料制品與金屬材料相比,具有耐藥品性、耐腐蝕性、質(zhì)量輕、易著色、易加工等特點(diǎn)。隨著塑料科技的發(fā)展,塑料制品已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,塑料的防護(hù)和裝飾越來(lái)越受到重視。常用的防護(hù)和裝飾技術(shù)有電鍍、涂裝、燙印、絲網(wǎng)漏印等[8]。塑料表面涂飾不僅能夠提高塑料制品的使用性能,同時(shí)還能提高其外觀裝飾效果。

上海南浦大橋斜拉索聚乙烯套管采用WB99型含氟有機(jī)硅涂料進(jìn)行涂裝,自投入使用以來(lái)涂層表面狀況良好,附著力牢固,無(wú)開(kāi)裂、剝落等異?，F(xiàn)象,有關(guān)方面對(duì)其評(píng)價(jià)良好[9]。AHOZUMI,等[10]用含氟有機(jī)硅氧烷(FASs)(射頻等離子增強(qiáng)的化學(xué)蒸氣沉積法)對(duì)聚碳酸酯(PC)進(jìn)行表面改性處理,研究發(fā)現(xiàn):用FASs進(jìn)行表面處理的PC與表面未進(jìn)行處理的PC相比,其憎水性得到提高,與液滴的接觸角達(dá)到107°。同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)表面用FASs處理的PC其透光率得到進(jìn)一步的提高。

AtsushiHovzumi,等[11]采用兩層涂敷法改善PC的憎水性能,底層采用紫外光固化法使丙烯酸樹(shù)脂涂敷到PC基體的表面,表面涂層采用熱固化法使聚硅氧烷和FASs涂敷到丙烯酸涂層的表面,研究發(fā)現(xiàn)其憎水性得到提高,在沸水中加熱后接觸角有所減小,但在120℃條件下,經(jīng)過(guò)60min的熱處理后接觸角又恢復(fù)到原來(lái)的程度。

SDLee等[12]用等離子聚合法將聚四氟乙烯沉積到聚乙烯的表面形成一層薄膜,通過(guò)掃描電鏡觀察到聚四氟乙烯膜很薄,而且結(jié)構(gòu)均一,表面膜含氟量高達(dá)60%;通過(guò)原子力顯微鏡還觀察到表面涂膜的PE比未涂膜的PE表面要粗糙得多。

MassimoMessori,等[13]用聚己內(nèi)酯-b-全氟聚醚-b-聚己內(nèi)酯(PCL-PFPE-PCL)對(duì)PVC表面進(jìn)行改性,試驗(yàn)取得了良好的效果。用XPS(X射線光電子能譜儀)表征__PCL-PFPE-PCL嵌段共聚物膜時(shí),發(fā)現(xiàn)含氟組分PFPE有很強(qiáng)的向表面遷移的趨勢(shì),PFPE在成膜時(shí)富集于PVC的表面,而PCL深入PVC內(nèi)部起固定的作用。

JFFriedrich,等[14]分別用等離子沉積法和化學(xué)沉積法在PP、PET表面形成含氟涂層,并對(duì)其耐燃料和耐溶劑性進(jìn)行分析。測(cè)試所用溶劑為戊烷、甲苯、四氯乙烯以及戊烷和甲醇的混合物,混合溶劑的滲透用質(zhì)譜儀和傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行分析。滲透研究結(jié)果表明:用這兩種方法改性的PP其耐溶劑滲透性能幾乎一樣(等離子沉積法在PP表面形成的涂層厚度為10～100nm,而化學(xué)沉積法在PP表面形成的涂層厚度為5000nm)。

汽車用燃料油箱越來(lái)越多地用高分子材料(如聚乙烯等)來(lái)制作,為了減少燃料的滲透,通常在油箱的內(nèi)壁形成一層含氟涂層。EschweyM,等[15]對(duì)汽車油箱內(nèi)壁含氟處理進(jìn)行了研究,其研究結(jié)果表明:含氟涂層的厚度不僅與處理時(shí)間有關(guān),而且還與一系列的參數(shù)有關(guān)。為了確定氟涂料的含量,Es2chweyM等采取在反應(yīng)時(shí)讓一小部分含氟處理氣連續(xù)通過(guò)活化的Al2O3表面,氟和活化的三氧化二鋁反應(yīng),生成氟化鋁和氧氣,通過(guò)計(jì)算氧氣的含量就可以確定氟涂料的含量。

GyeHwaSffin,等[16]采用雙層膜工藝制成一種新的食品包裝袋。具體工藝為:先采用等離子沉積法在LLDPE(線型低密度聚乙烯)的表面形成一層氟碳涂層(經(jīng)X-射線光電子能譜儀觀察,氟原子富集在LLDPE表面形成憎水性很好的基團(tuán))。再用殼聚糖或玉米蛋白在LLDPE上進(jìn)行涂敷,研究結(jié)果表明經(jīng)過(guò)處理的LLDPE其抵抗氧氣的滲透率要比未經(jīng)處理的LLDPE高10倍,其非常適合于做食品包裝材料。

ABraun,等[17]采用等離子法在原型表面形成C6F14涂層(經(jīng)X-射線能譜儀分析涂層表面氟原子的富集率達(dá)到6816%),來(lái)解決原型和復(fù)制品(丙烯酸單體在紫外光子和電子作用下固化而成)分離時(shí)產(chǎn)生的粘附現(xiàn)象。研究結(jié)果表明:原型表面經(jīng)C6F14處理后,原型和復(fù)制品分離20個(gè)循環(huán)以后,其表面的粗糙度不會(huì)增加。該分離涂層最多可供50次循環(huán)使用。何曉路,等[18]研制出一種超耐候彩色丙烯酸酯含氟涂料,該涂料除具有良好的耐候、耐腐蝕及自潔性能等特點(diǎn),還具有耐堿性、保色保光性、涂膜豐滿等特點(diǎn),是一種綜合性能優(yōu)良的涂料,可用于室外和多種塑料制品。