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氟涂料在高分子制品表面應用的進展

     所屬分類:橡膠知識  點擊次數:1909  發布時間:2008/12/22  返回上一頁

進入20世紀以來,隨著高分子材料科學技術的發展和人類生活水平的不斷提高,人們對高分子制品的性能要求也越來越高。但高分子制品本身在高溫、強腐蝕、高污染等惡劣環境中的耐老化、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、耐化學腐蝕性,以及優良的耐鹽霧性、耐污性等優點引人注目。自20世紀30年代美國杜邦公司和3M公司發明了聚四氟乙烯(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領域得到了快速的發展和應用。

  1  氟涂料在高分子制品表面防護應用 1. 1氟涂料在塑料制品表面的防護應用 塑料制品與金屬材料相比,具有耐藥品性、耐腐蝕性、質量輕、易著色、易加工等特點。隨著塑料科技的發展,塑料制品已經廣泛地應用到國民經濟的各個領域。隨著應用領域的不斷擴展,塑料的防護和裝飾越來越受到重視。常用的防護和裝飾技術有電鍍、涂裝、燙印、絲網漏印等。塑料表面涂飾不僅能夠提高塑料制品的使用性能,同時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型含氟有機硅涂料進行涂裝,自投入使用以來涂層表面狀況良好,附著力牢固,無開裂、剝落等異,F象,有關方面對其評價良好[ 9 ]。A HOZUMI,等用含氟有機硅氧烷(FASs) (射頻等離子增強的化學蒸氣沉積法)對聚碳酸酯(PC)進行表面改性處理,研究發現:用FASs進行表面處理的PC與表面未進行處理的PC相比,其憎水性得到提高,與液滴的接觸角達到107°。同時他們還發現表面用FASs處理的PC其透光率得到進一步的提高。 Atsushi Hovzumi,等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,研究發現其憎水性得到提高,在沸水中加熱后接觸角有所減小,但在120℃條件下,經過60 min的熱處理后接觸角又恢復到原來的程度。

  SD Lee等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,通過掃描電鏡觀察到聚四氟乙烯膜很薄,而且結構均一,表面膜含氟量高達60%;通過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,等用聚己內酯- b -全氟聚醚- b -聚己內酯( PCL - PFPE - PCL)對PVC表面進行改性,試驗取得了良好的效果。用XPS ( X射線光電子能譜儀)表征__ PCL - PFPE - PCL嵌段共聚物膜時,發現含氟組分PFPE有很強的向表面遷移的趨勢, PFPE在成膜時富集于PVC的表面,而PCL深入PVC內部起固定的作用。

  J F Friedrich,等分別用等離子沉積法和化學沉積法在PP、PET表面形成含氟涂層,并對其耐燃料和耐溶劑性進行分析。測試所用溶劑為戊烷、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譜儀和傅里葉變換紅外光譜儀進行分析。滲透研究結果表明: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10~100 nm,而化學沉積法在PP表面形成的涂層厚度為5 000 nm)。

  汽車用燃料油箱越來越多地用高分子材料(如聚乙烯等)來制作,為了減少燃料的滲透,通常在油箱的內壁形成一層含氟涂層。EschweyM,等對汽車油箱內壁含氟處理進行了研究,其研究結果表明:含氟涂層的厚度不僅與處理時間有關,而且還與一系列的參數有關。為了確定氟涂料的含量, Es 2 chweyM等采取在反應時讓一小部分含氟處理氣連續通過活化的Al 2 O 3表面,氟和活化的三氧化二鋁反應,生成氟化鋁和氧氣,通過計算氧氣的含量就可以確定氟涂料的含量。 Gye Hwa Sffin,等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)。再用殼聚糖或玉米蛋白在LLDPE上進行涂敷,研究結果表明經過處理的LLDPE其抵抗氧氣的滲透率要比未經處理的LLDPE高10倍,其非常適合于做食品包裝材料。 A Braun,等采用等離子法在原型表面形成C 6 F 14涂層(經X -射線能譜儀分析涂層表面氟原子的富集率達到68 1 6%) ,來解決原型和復制品(丙烯酸單體在紫外光子和電子作用下固化而成)分離時產生的粘附現象。研究結果表明:原型表面經C 6 F 14處理后,原型和復制品分離20個循環以后,其表面的粗糙度不會增加。該分離涂層可供50次循環使用。何曉路,等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,還具有耐堿性、保色保光性、涂膜豐滿等特點,是一種綜合性能優良的涂料,可用于室外和多種塑料制品。

  1. 2氟涂料在橡膠制品表面的防護應用 橡膠制品突出的高彈特性使其在材料使用領域占據了一席之地,隨著現代橡膠合成和加工技術的日趨完善,橡膠制品越來越多地應用到航空、航天領域等高科技領域。但是橡膠材料易老化(其老化的形式主要有氧老化、臭氧老化、光老化、熱老化、機械應力老化、熱氧老化、光氧老化以及生物老化等) ,老化后其各項性能會有不同程度的下降。在大多數情況下,彈性體材料性能在很大程度上決定于該彈性體表面層的性能。在橡膠制品的表面涂上一層保護性涂料,無疑是一項提高橡膠特性的有效措施。 通過研究不同比例共混的CKH - 3 (順式聚異戊二烯)和CKΦ- 32 (氟橡膠-三氟氯乙烯和偏二氟乙烯的共聚物)可知:表面層的組成與共混比例無關,加入的大部分氟橡膠處于試樣的表面,而其余的小部分分散在聚異戊二烯的基質中。然而CKΦ- 32的組分不能覆蓋試樣的整個表面。這樣的表面結構不能保證油和碳氫溶劑不與共混物中的聚異戊二烯相接觸。但可以通過涂層的辦法達到耐油、耐苯的目的。表1列出了含氟涂料改性和未改性共混橡膠(CKH - 3為主)的性能。從表1中可以看出,共混橡膠經含氟涂料改性處理后,其膨脹度大大降低(在基本保持其原有的物理-力學性能的情況下)。 建筑結構科學研究所研制的用于涂覆橡膠表面的涂料是由氟橡膠、氟樹脂、胺類硫化劑和其他組分組成的。涂料以溶液涂于硫化膠。橡膠預先進行處理,再把橡膠試樣放在硫化劑溶液中浸1 h (硫化劑滲入高氟含量的氟橡膠表面層,促進涂層和基材的進一步共硫化)后干燥。涂層于100℃在恒溫箱中經1 h硫化。 另外把研制的氟聚合物涂料涂在汽車的橡膠密封墊圈上,經在雅科吉的極端氣候條件下使用得出,這種經改性的密封墊圈比目前工業生產的使用期要提高一倍以上。這說明這種氟聚合物涂料可以使用在極北地區的復雜條件下工作的橡膠部件的生產上。 專利WO 2000 - 044 544報道:半導體設備用密封條常使用氟橡膠模塑件。用氟涂料涂布模具的內腔,生產出的氟橡膠模塑件不會被釋放出的小分子污染,產物不含雜質,純度高。 Robert J Ratway,等用偏二氟乙烯(等離子聚合法)在氯丁橡膠表面改性,研究發現經過偏二氟乙烯表面涂膜改性的氯丁橡膠其摩擦系數和潤滑壽命都比用硅油改性的氯丁橡膠要好。后來Robert J Ratway,等用同樣的方法對丁腈橡膠表面進行改性,研究發現經過表面處理的丁腈橡膠的摩擦系數要比未進行表面處理的丁腈橡膠小得多,但是其摩擦系數比經過硅油處理的丁腈橡膠的摩擦系數要稍高一點。經過表面涂膜改性處理的丁腈橡膠具有很好的化學穩定性和熱穩定性,可以用在高溫和腐蝕性的環境中。

  K Satoh,等用溶膠-凝膠法在印刷用硅橡膠盤上涂敷一層含氟薄膜以提高硅橡膠的性能,研究表明經過表面改性處理的硅橡膠其表面能降低,同時它的硬度、憎墨汁性、摹拓品耐久性都得到了提高。

  N D Tran,等用等離子聚合法將PFMCH (全氟甲基環己烷)涂敷到EPDM (三元乙丙橡膠)表面,并在潮濕和紫外光存在的條件下對EPDM的耐候性進行了研究。研究結果顯示:氟原子的消除和含氧官能團的引入對涂層的降解起至關重要的作用。經PFMCH處理的EPDM,其抗磨損性能要比單純的EPDM好得多;w和涂層之間的粘合力也非常好。 用含氟涂料對塑料、橡膠等高分子制品表面進行涂裝防護,在我國還剛剛起步,許多方面還不很成熟,還不能與金屬材料的防護相提并論。但同時也應該看到含氟涂料在塑料、橡膠等高分子制品表面防護領域存在巨大的應用市場。為了更有效、更經濟地進行涂裝,廣大的科研人員和涂裝工作者必須充分了解塑料、橡膠等高分子制品的性質以及含氟涂料的性質、性能;了解被涂制品的用途及所要求的特性;充分利用氟涂料的特性提高高分子制品表面的防護效果。相信隨著含氟涂料技術的快速發展,氟涂料在塑料、橡膠等高分子制品表面防護領域的應用將會進一步擴大。

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