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粉末涂料用含氟聚酯的合成及其氟碳链段表面富集化研究

作　者: 熊进苏
导　师: 申屠宝卿
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 粉末涂料含氟聚酯接触角表面张力表面富集
分类号: TQ630.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

聚酯粉末涂料是一种应用广泛的热固性粉末涂料,具有节约能源、环境友好、性能稳定、耐久性和耐候性好的优点,广泛用于户外涂装。但其用于户外环境时,常受到湿度、雨水等气候因素的影响,导致涂膜的力学性能下降,出现裂纹和脆化,使用寿命缩短。因此,有必要提高聚酯粉末涂料的疏水疏油性能。本文采用将氟引入聚酯粉末涂料的方法制备含氟聚酯粉末涂料,以提高固化膜的疏水疏油性。同时,由于氟碳链段相对于其它链段具有更低的表面自由能,会向固化膜的表面迁移,发生氟碳链段的表面富集,因此只需在涂料中引入少量的氟,就可以大幅度提高固化膜的疏水疏油性能。在邻苯二甲酸酐-环氧氯丙烷体系中分别合成了支链含有八氟戊基链段和十六氟壬基链段的含氟聚酯,并用1H-NMR和19F-NMR对其结构进行表征。系统研究了支链含有八氟戍基链段含氟聚酯和支链含有十六氟壬基链段含氟聚酯所制备的含氟聚酯粉末涂料的固化膜表面接触角与氟含量的关系,研究结果发现,随着氟含量的增大,固化膜表面对水和二碘甲烷的接触角都有较大程度的升高。采用XPS研究含氟聚酯粉末涂料中氟碳链段的表面富集,并比较不同长度的氟碳链段的表面富集情况,研究结果发现在总体氟含量相同的情况下,随着氟碳链段长度的增加,其表面富集程度也相应增大,但当氟碳链段的长度增加到一定程度后,氟碳链段的表面富集程度几乎不再提高。此外,对固化膜进行氩离子轰击测试,由测试结果可知氟碳链段的表面富集主要发生在固化膜表层下纳米级的范围内。为了进一步提高氟碳链段的富集程度,增大氟的利用率,获得疏水疏油性能更为优异的固化膜,本文用氟化改性的异氰酸酯和端羟基聚酯制备了氟化改性聚酯,采用1H-NMR和19F-NMR对其结构进行表征,并将其作为含氟添加剂加入到聚酯粉末涂料中以改善固化膜的性能。研究固化膜表面接触角和表面自由能与含氟添加剂含量的关系,研究结果表明,只需在聚酯粉末涂料中添加少量的氟化改性聚酯树脂,便可大幅度增大固化膜对水和二碘甲烷的接触角,降低固化膜的表面自由能,获得具有良好疏水疏油性能的固化膜。采用XPS研究氟碳链段的表面富集,并改变XPS的起飞角,研究固化膜不同深度范围内的氟碳链段富集情况,研究结果发现在固化膜表层,氟碳链段的富集成梯度变化。采用AFM观察含氟聚酯粉末涂料固化膜的表面形态,从高度图和相位图上可明显观察到氟碳链段的表面富集。此外,对固化膜进行性能测试,发现少量氟的引入可提高固化膜的耐酸碱性、耐沸水性以及耐污染性,对固化膜的铅笔硬度及附着力没有明显的影响。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-12
第一章绪论  12-14
第二章文献综述  14-33
  2.1 聚酯粉末涂料研究现状  15-21
    2.1.1 聚酯粉末涂料的组成及制备  15-18
    2.1.2 聚酯粉末涂料的固化体系  18-21
    2.1.3 聚酯粉末涂料的应用  21
  2.2 含氟涂膜研究现状  21-31
    2.2.1 含氟涂膜的制备方法  22-26
    2.2.2 氟碳链段表面富集化研究  26-29
    2.2.3 含氟涂膜表面形态研究  29-31
  2.3 含氟粉末涂料研究现状  31-33
第三章含氟聚酯的制备及其氟碳链段的表面富集化  33-52
  3.1 前言  33
  3.2 实验部分  33-39
    3.2.1 实验原料与仪器  33-35
    3.2.2 含氟聚酯的制备  35-36
    3.2.3 含氟聚酯的氟含量测定  36-37
    3.2.4 含氟聚酯粉末涂料的制备、喷涂与固化  37-38
    3.2.5 测试与表征  38-39
  3.3 结果与讨论  39-50
    3.3.1 含氟聚酯的结构与表征  39-43
    3.3.2 含氟聚酯粉末涂料固化膜表面润湿性与表面自由能  43-45
    3.3.3 氟碳链段的表面富集  45-47
    3.3.4 氟碳链段长度对其表面富集的影响  47-48
    3.3.5 氩离子轰击研究氟碳链段表面富集现象  48-49
    3.3.6 含氟聚酯粉末涂料固化膜性能  49-50
  3.4 本章小结  50-52
第四章氟化改性聚酯的制备及其氟碳链段的表面富集化  52-69
  4.1 前言  52
  4.2 实验部分  52-57
    4.2.1 实验原料与仪器  52-54
    4.2.2 氟化改性聚酯的制备  54
    4.2.3 氟化改性聚酯的氟含量测定  54-55
    4.2.4 含氟聚酯粉末涂料的制备、喷涂与固化  55-56
    4.2.5 测试与表征  56-57
  4.3 结果与讨论  57-68
    4.3.1 氟化改性聚酯(PE-F_n)的结构与表征  57-61
    4.3.2 含氟聚酯粉末涂料固化膜表面润湿性与表面自由能  61-63
    4.3.3 含氟聚酯粉末涂料氟碳链段的表面富集  63-66
    4.3.4 含氟聚酯粉末涂料固化膜的表面形态  66-67
    4.3.5 含氟聚酯粉末涂料固化膜性能  67-68
  4.4 本章小结  68-69
第五章结论与展望  69-71
参考文献  71-78
攻读学位期间的学术成果及奖励  78

粉末涂料用含氟聚酯的合成及其氟碳链段表面富集化研究

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