氟硅改性丙烯酸酯树脂防冰涂料研究

何兆晶，徐 响

(山东省建设发展研究院，山东 济南 250001)

近年来，在冰冻灾害过程中，输电线路因结冰而倒伏的现象时有发生，造成了巨大的经济损失，已经成为亟待解决的问题[1-4]。在输电线路表面涂覆具有防冰防冻特性的涂料，可起到憎水防冰的效果，是克服输电线路结冰易倒伏行之有效的途径[5]。

防冰涂料作为功能性涂料的一个重要分支，是由低表面能聚合物构成的涂料，具有防玷污、防雾、自清洁、耐溶剂、耐候耐久等特性，被广泛应用到飞机表面涂饰、公共输电线路电力系统等重要领域[6]。含硅聚合物树脂和含氟聚合物树脂是目前两大类典型的低表面能材料，可赋予涂料优越的憎水防冰特性，具有较好的的研究价值与广泛的应用前景。

1 研究内容

本文采用溶液聚合的方法合成了氟硅改性丙烯酸树脂，并加入固化剂制得双组份防冰涂料。研究有机硅功能单体、有机氟功能单体对涂料防冰特性的改性效果，利用扫描电子显微镜分析、热重分析等现代材料测试手段，对制备的防冰涂料进行表征与分析。

2 试验原料

1)甲基丙烯酸乙酯，试验中用作硬单体；丙烯酸甲酯，试验中用作软单体；甲基丙烯酸羟乙酯，试验中用作交联剂；丙烯酸，试验中用作成膜助剂；以上试剂均为分析纯，购自成都市科龙化工剂厂。

2)甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、含双键的丙烯酸有机硅单体，试验中用作功能性单体，工业级，购自青岛世纪星化学试剂有限公司。

3)过氧化苯甲酰，试验中用作引发剂，分析纯，购自山东邹平恒泰化工有限公司。

4)二甲苯、醋酸丁酯，试验中用作溶剂，分析纯，购自天津市江成化工贸易有限公司。

5)含异氰酸酯固化剂，试验中用作固化剂，工业级，购自天津市江成化工贸易有限公司。

3 制备技术路线

采用梯度滴加法在分子结构及原子排列的水平上，对聚合物分子进行结构设计，使涂膜氟含量由内向外依次增加。试验的技术路线如图1所示。

图1 试验的技术路线

4 测试与分析

4.1 防冰涂料漆膜吸水率的对比分析

漆膜的吸水率是表征漆膜憎水性能的一个重要参数，吸水率越低表示漆膜的憎水性越好。本试验研究了加入有机硅、有机氟单体对漆膜吸水性能的影响，考察纯丙涂料漆膜、硅丙涂料漆膜、氟硅丙涂料漆膜的吸水率随着浸泡时间延长的变化情况。试验结果如图2所示。

由图2可看出，相同时间内纯丙涂料漆膜的吸水率较高(图中曲线1)，硅丙涂料漆膜的吸水较小(图中曲线2)，氟硅丙涂料漆膜的吸水率最小(图中曲线3)。说明有机硅氟的加入可有效减小漆膜的吸水率，提高涂料的防冰憎水性能。

图2 吸水率与浸泡时间关系

4.2 防冰涂料的热重分析

对纯丙涂料漆膜、硅丙涂料漆膜和氟硅丙涂料漆膜的进行热重分析，其热重曲线如图3所示。

图3 热重曲线

由图3可知，纯丙涂料漆膜在228℃失重5%(图中曲线1)，硅丙涂料漆膜在350℃失重5%(图中曲线2)，氟硅丙涂料漆膜在370℃才开始失重5%(图中曲线3)。在相同的失重百分比下，硅丙涂料漆膜和氟硅丙涂料漆膜的热分解温度明显比纯丙涂料漆膜要高。可见有机硅和有机氟的加入，大大提高了涂料的耐热性能，防冻效果明显改善。

4.3 扫描电镜分析

分别将纯丙涂料漆膜、氟硅丙涂料漆膜置于扫描电镜下，观察其表面微观形貌如图4。

对上述两种漆膜分别进行扫描电镜分析，观察其表面的微观形貌，对比可看出，未改性的漆膜表面，其微观形貌平整、光滑、均匀密实；氟硅丙涂料漆膜表面的微观形貌变得相对粗糙，可能是由于树脂大分子侧链上的有机硅链段、有机氟链段向漆膜表面迁移造成的。根据Wenzel-Cassie模型理论，由于有机硅链段、有机氟链段的迁移在漆膜表面产生的大量微凸结构，可使得憎水表面的接触角进一步增大[7]。

图4 漆膜表面的SEM照片

5 结论

成功制备了氟硅改性丙烯酸酯树脂防冰涂料；研究了硅氟单体对涂料防冰特性的改性效果，与未改性的纯丙涂料漆膜相比，经氟硅改性后，漆膜的吸水率明显降低，接触角显著提高；通过热重分析得出，氟硅改性后漆膜的耐热性能也明显改善；通过扫描电子显微镜分析，确定了氟硅改性后涂料的漆膜的表面形态结构粗糙，吸水率低，憎水性好，防冰防冻效果得到明显提高。