低表面能涂料及其应用技术

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1、低表面能涂料及其应用技术刘秀生．张迎平，刘兰轩，兰家勇(武汉材料保护研究所，武汉430030)摘要：低表面能涂料也称不粘涂料，是近年来快速发展的一类潦料体系，通常由氟碳树脂、有机硅树脂，聚四氟乙烯粉末．特种改性材料等组成．低表面能涂层是采用低表面能涂料制备的涤层，与底材的结合力良好，与纯水的接触角>120。．随着使用方便．抗大气老化等综合性能优异的常温固化氟碳树脂涂料的技术逐渐成熟，低表面能涂层新的应用对象不断扩展，在海洋工程，国防军工、减摩抗阻，抗玷污．冰雪运动等等方面发挥着重要的作用．关键词：涂料氟碳树脂低表面能不

2、粘涂料应用1含氟类低表面能涂料山氟烯烃聚合物或氟烯烃与其它单体为主要成膜物质的涂料被称为氟碳涂料。1938年。美国新泽西杜邦研究室R．plunkett博士发明了聚四氟乙烯(PTFE)后，杜邦公司1946年率先开发了商品名为“TEFLON”的氟树脂。1961年阿托一菲纳公司推出了FVDF(偏二氟乙烯树脂)，1965年商品化，商品名为“Kynar500”。随后，该公司生产的。KynarADS”耐溶剂性较差的VDF-TFE-HFP热弹性三元共聚物(偏二氟乙烯一四氟乙烯一六氟乙烯)问世。1982年，日本旭硝子公司推出了商品名为

3、“Lumiflon”的氟烯烃与烷基乙烯基醚的交替共聚物(FEVE)为基料的溶剂可溶性涂料，扩大了氟涂料的应用范围，得到了广泛使用。AusimontSPA公司也开发了与Lumiflon类似的端羟基全氟聚醚树脂，配制姻涂料有自清洁功能。目前，对氟碳涂料的研究已经达到分子设讣的水平，可根据实际需要进行分子结构设计，利用一CF3基团比一cR基团具有更低表面能的特性，制备出接触角≥120。的低表面能涂层，如果将涂层制各成微纳米结构．涂层的接触角可高达150。以上。，¨h●●“●■■㈣^-图1氟碳涂料中氟含量与涂层纯水接触角的关系

4、一46一-●tbt●V)图2未加八．cR基团的漆膜／空气界面XPS图■∞w∞¨日^．一tlt5自ttE㈨图3加入一CF3基团后漆膜／空气界面的XPS图图5加入一CR基团后漆膜与铁基体的XPS图结B■n‘·”●图4未加入-cR基团的漆膜与铁基体的XPS图表1低表面能涂层中不同界面处F、0、C含量F、0、C三种元素相对原子个数比测量位置FOC末加入—cF，基团漆膜与空气界面25．99．065．1未加入-cFa基团漆膜与基体界面2．419．178，5加入一CFs基团漆膜与空气界面40．15．854，1加入一CF3基团漆膜与基

5、体界面4．418．177．52低表面能防污涂料海洋船舶在航行过程中，由于海洋生物的附着。可使船舶航速减慢。燃油增加。海水管道及养殖网具堵塞，水下设施破坏等因此海洋防污问题是海洋工程的重要课题。在防止海洋生物附着生长的方法中，以使用防污涂料最为广泛，但大部分防污涂料有毒，逐步被限制使用。于是人们大力开展无毒防污涂料的研制工作，其中低表面能防污涂料成为研究热门之一。低表面能防污涂料也称为无毒污损物脱落型(non-toxifouling-release)防污涂料，主要是指基于氟碳树脂及有机硅化合物的低表面能防污涂料。其共同的

6、特点是不古毒料，表面能都非常低。从保护环境的角度出发，无毒污损物脱落型防污涂料无疑足防污涂料的最有吸引力的选择。之所以称之为污损物脱落型防污涂料是因为：由于其独特的表面性能，污损物在其上的一47—附着界面非常弱，利用自重、航行中水流的冲击或辅助设备的清理可以轻易除去。海洋生物在涂膜表面通过图6三种方式进行脱落。剥离脱落比剪切脱落需要的能量更小。影乡辔类型l剥离类型2平面剪切类型3非平面剪切图6污损物从涂料表面脱落的机理无毒防污涂料的兴起始于上世纪50年代，科学家们为了弄清聚四氟乙烯的非沾污机理，开展了大量的研究，查明了

7、生物的附着与物体的表面自由能有关，并且得到当物体表面自由能在22～24dynes／c舻时生物跗着强度最小的结论，在此理论指导的基础上，基于有机硅防污涂料和氟碳树脂防污涂料方面的报道屡见于各类报道．但经过多年努力，达到实际应用水平的低表面能涂料还鲜为人知，其应用目前仅限于中小船只上。其原因是海洋生物的附着机理极其复杂的，防污涂料的防污效果受到诸多因素的制约。美国海军研究室近年来开发出了一些新型低表面能涂料，显示出良好的应用前景。美国道化学公司的Schmidt及其合作者开发出一种有效的氟碳树脂防污涂料，系采用聚[(2一异丙

8、烯基一2一口恶瞠啉)]交联聚全氟代表面活性剂而得，如图7所示，这是一种水性涂料。含氟表面活性剂在水介质中气一液界面上自动聚集，在失去溶剂及或加热的条件下，表面活性剂聚合形成共价交联，从而失去离子电荷，一cF。端基在表面紧密排列并取向。由于涂料交联密度高，取向的含氟端基严格固定，既可以抵抗粘附分子的渗透，又可以抵抗粘附所诱导的分子重