优秀的户外耐候性的聚偏二氟乙烯(PVDF)溶剂颜料也证明了30多年的商业用途总理建筑结构。1商业PVDF涂料混合粘结剂的结构,是由大约70 wt % PVDF和30 wt %的混相丙烯酸树脂半晶状的互穿网络(IPN)类型结构。粘结剂的形态是由烘烤温度高于200°C,开始从一个非水分散的PVDF潜溶剂如异佛尔酮。2 PVDF聚合物本身高度的惰性和完全抵抗紫外线a和紫外线b辐射。3在这种背景下,对高抗寒耐热的油漆,这是必须考虑的丙烯酸聚合物粘结剂的“薄弱环节”,尽管使用的丙烯酸树脂是最抗寒耐热的non-fluorinated有机聚合物。
自从PVDF溶剂中含有大量的挥发性有机化合物的仪器,需要高温烘烤,最近已经有兴趣开发PVDF-based乳胶系统给低voc涂料在环境温度,同时保持溶剂PVDF涂料的优越性能。在本文中,我们考虑包含PVDF树脂和丙烯酸乳胶系统,在比率类似于商业溶剂PVDF涂料。对于这些乳胶系统,不同的乳胶形态可以通过冷混合(不同成分的混合乳液),或通过结构化的乳胶粒子。结构化丙烯酸改性含氟聚合物(AMF)乳液是由一个种子乳液聚合的过程。
在这个功能我们也讨论的特定优势,可以获得低voc涂料、基于AMF乳液用IPN-type形态。
膜的形成复合乳胶系统
乳胶系统包含一个聚合物组成,如丙烯酸酯乳液,乳胶膜的形成过程进行了广泛的研究,它可以被认为是其基本步骤都非常优秀,即使一些小点的争议仍然存在。4 - 5标准模型对乳胶膜的形成涉及到三个步骤:(1)大体积的水的蒸发和乳胶粒子包装;(2)粒子变形与崩溃的间隙乳胶粒子之间的空隙;(3)聚合物链的相互扩散之间的“膜”残余颗粒导致完整的机械性能。聚合物玻璃化转变温度等性能,6粒度和粒度分布,分子量,8和粒子morphology9已被证明对膜的形成过程有直接影响。较低的聚合物Tg(称为软聚合物)很容易变形,产生良好的成膜性能。然而,这部电影经常会产生俗气,有可怜的力学性能和耐溶剂性。High-Tg聚合物或半晶状的聚合物(称为硬聚合物)产生粒子,不容易变形,和他们需要溶剂作为增塑剂帮助膜的形成。为了让影片具有良好的机械和屏障属性水平的同时减少VOC,复合乳胶系统涉及两个或两个以上不同的聚合物成分可以被使用。两种方法使复合乳胶系统橡胶混合,和乳液粒子体系结构控制。
乳胶混合可以产生好的成膜硬/软乳液。在这种情况下,软乳胶将形成一个电影,成为连续相,而硬粒子作为填料和传授机械性能。年级然而,往往很难获得这类电影,因为在许多情况下硬和软粒子不兼容,硬颗粒不均匀分布,或粒子包装不是很好控制。此外,良好的控制粒子包装通常只取得了有限范围的硬/软颗粒大小比率。
最广泛使用与控制乳液粒子的体系结构。12开头定义良好的乳胶粒子形态、乳胶膜的形成过程可以被用来获得电影量身定制的物理特性。最关键的条件是,乳胶粒子形态实质上应该保持在粒子成膜的压实和变形阶段。因此,乳液与复合材料颗粒受到的关注越来越水平的修饰词,发现应用程序的影响,汽车涂料、建筑涂料、薄膜等。
AMF粒子和电影形态
在这项工作中,我们研究了乳胶成分之间的关系,膜的形成和最终的物理性质为电影由PVDF树脂和丙烯酸聚合物。特别是我们比较三种风干乳胶的方法对传统的烤solventborne涂料(图1):-
。橡胶冷硬的混合含氟聚合物乳胶用软丙烯酸聚合物乳胶;
b。核壳形态AMF乳胶(硬氟聚合物核心,软丙烯酸聚合物壳);
c。IPN形态AMF乳胶(软氟聚合物和软丙烯酸聚合物)。
在所有三种乳胶的方法研究,丙烯酸聚合物热力学的选择与PVDF氟聚合物树脂混相,13 - 14日,乳胶和电影形态是主要由动力而不是热力学因素决定的。这是一个区别这些含氟聚合物系统和电影由结构化的丙烯酸酯乳液。结构的丙烯酸酯乳液通常基于非混相聚合物。
由于不同的粒子结构和硬度,我们预期的核心壳结构和IPN结构产生非常不同的成膜性能。图2显示了最终的电影结构三种乳胶的方法研究,假设粒子压实的过程中保持乳胶粒子结构和变形的膜的形成阶段。这似乎是一个很好的假设所有的丙烯酸改性含氟聚合物乳液研究。橡胶冷混合(丙烯酸和含氟聚合物乳液的混合),一些证据表明没有足够的树脂流动在室温下实现良好的树脂成分的相互扩散,甚至使用合并。15的核壳型AMF粒子形态(硬氟聚合物核心/软壳丙烯酸),膜的形成往往导致“填充”电影形态(丙烯酸连续相含氟聚合物杂质)。16在这两种情况下,由于组件树脂热混相,烘烤温度高于氟聚合物熔点可以创建一个更均匀的聚合物形态。第三例研究,AMF乳胶粒子具有IPN结构,在室温下可以生成均匀的电影形态。氟聚合物丙烯酸混合动力车,IPN形态有很多实用的优点,尤其是在户外耐候性。
风化IPN形态的优势
由于紫外线辐射是在打破丙烯酸特别有效,我们使用QUV-B减肥实验与实验调查电影形态的影响对涂层耐候性fluoropolymer-acrylic混合动力车来自AMF乳液。17个不同的涂料,图3显示了结果,质量损失速率转换为一个有效的涂膜厚度损失(因侵蚀或收缩),假设是丙烯酸主要是被降解。它可以指出,对于一个IPN-type形态、质量损失率极低,减少了一个数量级的速度预期基于批量丙烯酸的结果。这表明,氟聚合物丙烯酸具有协同保护作用,类似于溶剂PVDF systems.18观察是什么SEM和AFM的显微图QUV-B风化实验确定戏剧性地说明这种形态效应。这部影片来自core-shell-type乳胶形态学显示了颗粒的多孔网络QUV-B风化后,符合丙烯酸连续相的侵蚀,留下氟聚合物芯(图4)。从一个IPN-type形态,另一方面,这部电影仍然是毫无特色的风化后(图4 b)。放大AFM图像表明,QUV-B表面侵蚀IPN系统最小,微妙,纳米乳胶膜的形成过程中产生的表面起皱的特性仍完好无损后8500小时暴露(图5)。
的耐候性优势互含氟聚合物系统还可以看到在图6中,它显示了佛罗里达暴露结果日期最近的系列比较工业维护环氧底漆油漆。的丙烯酸改性含氟聚合物乳液配方显示出优异的保光性两年后佛罗里达州,而一些商业控制油漆已经显示出显著的光泽。
其他性能属性
户外耐候性商业PVDF分散涂料是一个显著的优势,这是维护在AMF乳胶涂料IPN形态。事实上,正如表1和图2显示,AMF乳胶系统能够保持几乎所有high-bake PVDF的有利特性系统,包括耐污垢皮卡和广泛的底物具有优异的附着力。表2显示了一些结果的特殊情况下白色工业维持型乳胶漆,由rc - 10147,一个IPN结构的AMF乳胶。涂层在室温下干燥,含有约240 g / l VOC(更少的水)。可以看出,rc - 10147涂料的耐化学性与商业环境治愈2-pack溶剂聚氨酯系统。特别是,抗强酸、溶剂油和工业洗涤剂是优秀的。
结论
IPN的出现氟聚合物/丙烯酸乳胶涂料行业提供了许多有趣的和新颖的机会:188BET竞彩- 与传统的溶剂型涂料、低voc(甚至zero-VOC无溶剂)水性含氟聚合物涂料现在是可能的。这使得涂料配方设计师考虑真正高性能的户外,现场应用涂料VOC兼容低气味。明显的候选人包括售后维修市场涂料、高性能建筑涂料和低voc OEM涂料和油漆。等配方将类似的化妆和制造那些通常由传统的丙烯酸酯乳液目前广泛使用的。
- 也不同于传统的PVDF分散涂料、发酵周期不是必需的IPN乳胶形成必要的“氟聚合物/丙烯酸分子合金”。因此,基质,迄今为止被认为是不适合现在开放的考虑。例子包括柔性或刚性PVC合成织物,灵活的屋顶膜和热塑性聚烯烃。
结果是一个技术平台,提供了涂料配方设计师考虑的机会保持有限的市场和基质VOC合规和/或OEM发酵条件的必要性。
本文提出了在国际水性,高固体含量和粉末涂料研讨会,2005年2月,新奥尔良,洛杉矶。
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