一种疏水、耐腐蚀的具有高附着力的水性FEVE氟碳涂层的制备方法

本发明属于水性涂层的制备，具体涉及一种兼具疏水、耐腐蚀的具备高附着力的水性feve氟碳涂料的制备方法。

背景技术：

1、水性feve氟碳乳液因其良好的耐候性、耐化学性、耐水性和环境亲和性，被广泛应用于船舶和桥梁等行业。然而，由于水性feve氟碳涂料固有的结构缺陷，其在附着力、憎水性、耐有机腐蚀性和防腐性能等方面与溶剂型feve氟碳涂料仍有较大差距。因此，如何进一步提高水性feve氟碳涂料的相关性能是一个亟待解决的重要问题。物理改性是目前水性feve涂层改性领域最普遍采用的方法。

2、目前，物理改性仍然是涂层改性系统中最普遍、最经济的选择。然而，这种改性方式虽然可以提高涂层性能，但存在稳定性差、相容性不好等问题。长期以来，全氟辛酸(pfoa)、全氟辛烷磺酸(pfos)或其衍生物等小分子乳化剂一直被用于工业中feve的乳液聚合。相关研究结果表明，这些含氟表面活性剂具有较高的生物代谢稳定性和潜在的生物毒性，这是由于它们的结构中含有超过c8的全氟直链烃，因此其环境友好性很弱。同时，小分子乳化剂反应后不能及时去除，会降低涂料的耐水性和附着力。近年来，两亲性低聚物作为乳化剂的研究逐渐兴起，一些具有特殊结构的硅烷在水解缩合过程中具有两亲性，因此被用作油水界面的稳定剂。这种低聚物乳化剂克服了传统小分子乳化剂的缺点，在减少环境污染、不降低原有性能的同时，在某些方面改善了涂料的性能。li等人以聚硅氧烷前驱体(mtes)为稳定剂制备了一种具有优异透明度、抗紫外线和热稳定性的水性有机-无机杂化氟碳涂层，但所制备涂层的疏水性(水接触角仅为95°)和防腐蚀性能并不令人满意(appl.surf.sci.602(2022)154334)。因此，利用绿色化学改性方法简单高效地制备多功能水性feve氟碳涂料仍是一个巨大的挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对当前技术的局限，提供一种兼具疏水、耐腐蚀、高附着力性能的水性feve氟碳涂料的制备方法。该方法是将氟硅烷水解缩合的前驱体作为体系内唯一稳定剂，乳化三氟氯乙烯(ctfe)、乙烯基醚和甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)共聚；其中，gma可以提高了体系的粘结强度。此外，氟硅烷缩合形成的网络还可以与共聚分子链协同作用，提高水性涂层结构的完整性，大幅提高其防腐性能。本发明不仅乳化效果更好，而且赋予体系的性能更加优越，比如疏水性与热稳定性，为水性feve树脂的多功能开发提供了新思路。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种疏水、耐腐蚀的具有高附着力的水性feve氟碳涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：

4、第一步，将全氟辛基三乙氧基硅烷(fas13)、化合物a和gma加入到去离子水中混合，同时采用超声波分散10-40min，得到分散液b；

5、其中，每60ml去离子水加入0.5-1.5g的fas13、4-6g的化合物a、0.5-1.5g的gma；

6、所述的化合物a为乙烯基醚中的一种或者多种；

7、所述的乙烯基醚具体为异丁基乙烯基醚(ibve)、羟丁基乙烯基醚(hbve)、丙基乙烯基醚(npve)或二乙二醇单乙烯基醚(dive)；

8、第二步，将第一步的分散液b加入到高压反应釜中，再分别加入nahco3和引发剂；然后在无氧状态下加入ctfe单体，体系在机械搅拌下于40-70℃反应6-9h，得到p(ctfe-co-ibve-co-gma)@pfsq复合胶乳粒子分散液c；

9、其中，分散液b与nahco3的质量比为1:0.001～0.010；引发剂与nahco3的质量比为0.1～0.5:1；ctfe与nahco3的质量比为25～45:1；

10、所述的引发剂为水溶性引发剂过硫酸钾(kps)、过硫酸铵(aps)、偶氮二异丁脒盐酸盐(aiba)、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(aibi)的一种或几种；

11、第三步，将第二步得到的分散液c涂覆到基底上，并在室温下干燥12～36h获得水性feve氟碳涂层；涂层厚度为40～60μm。

12、所述的基底具体为玻璃片、马口铁、皮革、织物或钢板。

13、其中，每5×5cm2的基底涂覆15～20g的分散液。

14、本发明的有益效果为：

15、本发明首次采用fas13前驱体作为乳化剂，较课题组之前工作，不仅提高了乳化效果，还大幅度提高了涂层的疏水性(水接触角从69°提高到131°)；gma与基体的化学吸附层提高了涂层的附着能力(与基材的搭接剪切强度从0.47mpa提高到0.92mpa)。二者协同作用提高了涂层的完整性，大幅提高涂层的耐腐蚀性能(模拟阻抗提高3倍)。该发明在多功能水性feve涂层的开发上展现出巨大的潜力。

技术特征：

1.一种疏水、耐腐蚀的具有高附着力的水性feve氟碳涂层的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的疏水、耐腐蚀的具有高附着力的水性feve氟碳涂层的制备方法，其特征为第一步中，所述的乙烯基醚为异丁基乙烯基醚、羟丁基乙烯基醚、丙基乙烯基醚或二乙二醇单乙烯基醚。

3.如权利要求1所述的疏水、耐腐蚀的具有高附着力的水性feve氟碳涂层的制备方法，其特征为第二步中，所述的引发剂为水溶性引发剂过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐的一种或几种。

4.如权利要求1所述的疏水、耐腐蚀的具有高附着力的水性feve氟碳涂层的制备方法，其特征为所述的基底具体为玻璃片、马口铁、皮革、织物或钢板。

5.如权利要求1所述的疏水、耐腐蚀的具有高附着力的水性feve氟碳涂层的制备方法，其特征为涂层厚度为40～60μm。

技术总结本发明为一种疏水、耐腐蚀的具有高附着力的水性FEVE氟碳涂层的制备方法。该方法包括以下步骤：第一步，将全氟辛基三乙氧基硅烷(FAS13)、乙烯基醚和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)加入到去离子水中混合，超声波分散得到分散液；第二步，将第一步的分散液加入到高压反应釜中，再分别加入NaHCO<subgt;3</subgt;和引发剂；再加入CTFE单体，体系在机械搅拌下于40‑70℃反应6‑9h，得到复合胶乳粒子分散液；将第二步得到的分散液涂覆到基底上，并在室温下干燥获得水性FEVE氟碳涂层。本发明不仅乳化效果更好，而且赋予体系的性能更加优越，比如疏水性与热稳定性，为水性FEVE树脂的多功能开发提供了新思路。技术研发人员：潘明旺,吴燚,袁金凤,潘志成,张广林受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18