浅析高性能疏水防污涂料及其应用！
来源:富涂
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作者:fuduo
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发布时间: 2833天前
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疏水涂料能使固体底物很好地直接隔离水和空气、酸雨及阳光的直接接触，从而减少或延缓腐蚀，提高材料的使用寿命。我们通过长期的开发研究和市场应用跟踪，在原有技术的基础上，通过化学改性技术和机械乳化技术制备了溶剂型和水性有机硅氟涂料，研究了这些涂料的性能，探讨了它们在内外墙、石材、陶瓷、水泥制品、卫生间的防水抗污处理和混凝土公路桥梁养护、文物保护中的一些应用，大部分已实现产业化。
疏水涂料能使固体底物很好地直接隔离水和空气、酸雨及阳光的直接接触，从而减少或延缓腐蚀，提高材料的使用寿命。据文献报道，腐蚀是能量和材料损失的主要原因，全球每年因腐蚀而损失 1/5 的能量和 4.2% 的国民生产总值（GNP），单独美国估计就有超过一千亿美元的经济损失。
有机硅氟材料具有优异的耐候性、高温稳定性、防腐蚀性和低的表面张力，是高性能涂料（即高耐候性、高耐沾污染、高保色性和低毒性）的首选材料，特别是水性有机硅涂料已在建筑领域得到有效应用，然而国内以水和低毒的溶剂汽油为介质的高性能涂料的成功开发应用很少见到报导。
我们通过长期的开发研究和市场应用跟踪，在原有技术的基础上，通过化学改性技术和机械乳化技术制备了溶剂型和水性有机硅氟涂料，研究了这些涂料的性能，探讨了它们在内外墙、石材、陶瓷、水泥制品、卫生间的防水抗污处理和混凝土公路桥梁养护、文物保护中的一些应用，大部分已实现产业化。
1 实验
1.1 主要原料
四乙氧基硅烷（TEOS）、含氢硅油、羟基硅油、功能性聚硅氧烷、硅烷、助剂为市售工业品，含氟树脂 FS 防污剂、催化剂、乳化剂为自制样品。
图 1 溶剂型硅氟涂料(1)(2)
和水性有机硅涂料(3)(4)的配制图示
1.2 配制方法
分别按图 1 所示的方法制备两种溶剂型氟硅防护涂料和两种水性有机硅防护涂料。
2 结果与讨论
2.1 溶剂型疏水防污涂料的性能及表征
我们将较小分子的低聚硅氧烷或硅烷混合，在催化剂作用下水解成活性成分，在有机醇分子和分散稳定剂的作用下可稳定一段时间，随着溶剂的挥发，这些活性分子互相靠近而聚合成具有较高强度的大分子网络。由于初始分子量小，NFGS 涂料对底材渗透性优异，活性基团与底物牢固结合，粘附力强（1 级，见表 1），同时在干燥过程中低表面能的基团或分子一定程度排向空气一侧，涂膜具有明显的疏水防污性，水接触角高达 100° 以上。这些活性分子在催化剂作用下反应交联，交联密度高，强度大（9H），防腐蚀性优良。
表 1 溶剂型防护涂料的性能
图 2 是 NFGS 的热失重分析 TGA 曲线表明涂膜在670℃时只失重 10%,具有优良的耐热性,与元素有机化合物的高温稳定性相一致。
图 3 是 NFGS 的 FTIR 红外光谱图。图中除清楚见到聚合的 Si-O-Si 特征峰和 C-H 吸收峰外，还可见2168cm-1 的 Si-H 吸收峰，SiO-H 峰很弱。
图 3 溶剂型 NFGS 的 FTIR
2168cm-1 的 Si-H 吸收峰，SiO-H 峰很弱。
含氟树脂防污涂料 FS 系列具有优异的耐候性和疏水防污性已广泛地应用文化石和外墙涂料上，经其处理的底材基本不改变原有的色彩和光泽，但其表面硬度较低，只有 2B，Tg 低于 100℃，并且成本较高。将有机硅改性含氟树脂涂料，除可降低涂料的价格外，还可提高涂料的硬度(2H)和附着力。此外，在差示扫描量热仪 DSC 测试中还可看到改性复合涂料 NFS 具有较高的玻璃化转变温度 Tg（275℃，见图 4）。
2.2 水性有机硅疏水防污涂料
水性有机硅疏水防污涂料以水为分散介质，明显具有环保、节能、减排和经济效益，它的目标之一就是达到或接近溶剂型涂料的性能，在处理多孔无机底材场合中非常合适。图 1 中列出了水稀释和水乳型有机硅两种水性憎水防污涂料的配制方法。它们的性能列于表 2 中。
表 2 是两种水性有机硅疏水防污涂料的一些主要性能，水稀释有机硅涂料具有储存时间长、高硬度及其成膜憎水防污保色性，水乳液型有机硅涂料具有自交联成膜、憎水防污和保色性能。
图 5 是水性有机硅疏水防污涂料的红外光谱图。图5 中可见水稀释有机硅涂膜（water dilutable）中含有一定的羟基（3500cm-1 附近的宽吸收峰）和 C-H（2900cm-1附近）键，有机硅在催化剂作用下充分水解成 Si-OH 并交联固化成高硬度的聚合物；同时可见水乳液型有机硅涂料（emulsion）在 2171cm-1 为涂膜残留的 Si-H 吸收峰，而在 3300～3500cm-1 附近没有明显的 O-H（Si-OH）吸收峰，羟基硅油中的绝大部分 Si-OH 参与了交联反应。
图 5 水性有机硅涂料的 FTIR
2.3 疏水涂料的应用探讨
本文结合本课题组的研究和应用基础，着重探讨这些疏水涂料在内外墙、石材、陶瓷、水泥制品等防水抗污表面处理中的应用。
图 6 是两种溶剂型疏水防污涂料的应用效果图。经NFGS 和 NFS 处理的水泥制品都有显著的憎水荷叶效
图 6 溶剂型疏水防污涂料的疏水防污性
