CN104530949B - 一种高羟基氟碳共聚物涂料及其应用 - Google Patents

一种高羟基氟碳共聚物涂料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高羟基氟碳共聚物涂料及其应用，该涂料由主剂和固化剂组成，其中主剂包括按质量百分比计的：高羟基氟碳共聚物60~62%、稀释剂28~35%和余量的助剂；固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、异氟尔酮二异氰酸酯三聚体、二环己基甲烷二异氰酸酯三聚体和六氢甲苯二异氰酸酯三聚体中的一种或多种组成；所述高羟基氟碳共聚物是氟烯烃和烷基乙烯基醚共聚的含氟树脂多元醇，羟值为135~145mgKOH/g。该高羟基氟碳共聚物涂料可用于制备太阳能凸透镜疏水防尘涂层，性能优异。

Description

一种高羟基氟碳共聚物涂料及其应用
技术领域
本发明涉及特殊涂料技术领域，具体涉及一种高羟基氟碳共聚物涂料及其应用。
背景技术
自二十世纪以来，电能已经成为人类不可或缺的能源之一。随着科技的飞速发展，经济以前所未有的速度向前发展，电力能源在各个行业以及生活中的广泛应用，使得人们对电力能源的需求产生了全所未有的紧张。因此世界各国大力发展电力工业，在使用煤炭、天然气、石油等能源进行火力发电的同时，风力、水力、太阳能、核电等发电设备相继被人们所应用。19世纪80年代，美国发电厂使用煤炭作为燃料，其热机效率只维持5%。到了90年代初英国帕森斯制备100千瓦汽轮发电机，使得热效率大大提高至40%左右。后来，各国采用超高压临界机组和双水内冷技术，单机容量50万千瓦提升至80万千瓦。与此同时，火力发电的规模也逐步扩大，在美国200万以上的火电厂有39座，俄罗斯有13座。日本鹿岛燃火电厂装机440万千万。但是由于火力发电带来的污染，清洁再生的水力发电也成为各个国家的电能选择之一。据统计，全球可开发水力发电22.6亿千瓦，年发电量为9.8亿千瓦时。1870年，英、法、瑞士等国家开始建立小型水力发电站。截止到19世纪末，美国建立尼亚拉加水电站，装机14.7万千瓦。是当时最大的商业水电站。1990年，全国百万千瓦水电站增加到119座。我国第一座水电站于1912年成立，解放后首先建立了一批小型水电站，目前我国已建的百万千瓦以上的水电站已有19座。随着科学的发展核电站，风力发电站，太阳能发电站已经逐步出现在人们生活中。太阳能发电1902年由罗马尼亚卡列克辛斯基提出设想。1979年以色列建立首座150千瓦太阳能电站。1987年，美国也相继建立了4座合计10万千瓦的太阳能电站。
本文涉及一种新型太阳能发电装置，其原理是利用凸透镜的聚光原理，通过凸透镜将太阳光聚集到某一密闭容器上，此容器顶部有一活塞。由于此密闭容器收到聚集的太阳光照射，其内部温度急剧上升，分子热运动加速，容器内热膨胀推动活塞做功，并利用次活塞运动用来发电或其他用处。原理示意图见图1。
上述太阳能发电装置需要充足阳光照射，所以一般此装置设立于纬度较高的地方，高山上或者干燥地带，如云贵高原地带，新疆临近沙漠地带。此装置依靠凸透镜聚光，但是大型凸透镜长时间暴露在空气中往往容易被粉尘等颗粒物污染，而且此装置设立地点多处于少水干燥，风沙大的地方，使用大量水来清洗凸透镜可行性不高，所以需要利用风力来解决此问题。大型颗粒物可以随着风力和重力作用自行脱落，但是小型粉尘往往容易依附在镜片表面，使得发电效率大大下降。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种具有超强的疏水性和防尘性以及较高的流平性和光透过性的高羟基氟碳共聚物涂料。
本发明还提供上述高羟基氟碳共聚物涂料的应用。
一种高羟基氟碳共聚物涂料，由主剂和固化剂组成，其中主剂包括按质量百分比计的：高羟基氟碳共聚物60~62%、稀释剂28~35%和余量的助剂；固化剂为六亚甲基二异氰酸酯（HDI）三聚体、异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）三聚体、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）三聚体和六氢甲苯二异氰酸酯（HTDI）三聚体中的一种或多种；所述高羟基氟碳共聚物是氟烯烃和烷基乙烯基醚共聚的含氟树脂多元醇，羟值为135~145mgKOH/g。此共聚物可以为涂膜提供优异的附着力，较好的流平性以及超疏水性和防尘性。
作为优选方案，上述高羟基氟碳共聚物涂料中，所述高羟基氟碳共聚物为三氟氯乙烯共聚物，羟值为138mgKOH/g。高羟值可提高涂膜交联密度，涂膜平整光滑，羟值过高导致涂膜过脆，成本增大，羟值过低导致涂膜性能下降，易黄变，降低光利用率。
六亚甲基二异氰酸酯（HDI）是脂肪族异氰酸酯，分子式为OCN-(CH2)6-NCO。
异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）是一种性能优良的脂肪族二异氰酸酯，商品IPDI是顺反两种异构体的混合物，IPDI的两个异氰酸酯基团的反应性不同，用胺为催化剂时一级异氰酸酯比较活泼，而用有机锡为催化剂时二级异氰酸酯基比较活泼。IPDI的结构式如下：
二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）是顺式和反式的混合物，由于其分子量较大，两个NCO基团距离较远，故给漆膜提供较好的韧性，在受到冲击时不易破裂。HMDI的结构式如下：
六氢甲苯二异氰酸酯（HTDI）空间位阻小，减少共轭双键，为漆膜提供了优异流平性、保色性，提高涂膜的使用寿命。HTDI的结构式如下：
所用固化剂制成其三聚体形式，增大分子量，降低蒸汽压，减小毒性危害。
作为优选方案，上述高羟基氟碳共聚物涂料中，所述固化剂为二环己基甲烷二异氰酸酯三聚体和/或六氢甲苯二异氰酸酯三聚体，能为涂膜体提供优异的韧性，保光保色性，提高漆膜流平能力，增加太阳光利用率。
作为优选方案，上述高羟基氟碳共聚物涂料中，所述稀释剂为二甲苯、乙酸乙酯、醋酸丁酯、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、丁酮、环己酮和甲基异丁基甲酮中的一种或多种。为涂料提供优异的溶解力和较好的挥发梯度，提高漆膜流平能力。
作为优选方案，上述高羟基氟碳共聚物涂料中，所述稀释剂为二甲苯，醋酸丁酯和乙二醇丁醚的混合物。其中二甲苯，醋酸丁酯和乙二醇丁醚的体积比优选为56~70:84~105:140~175，最佳为63:95:157。涂料在此稀释剂中溶解力最好，并且这样的配比为涂膜提供一个适中的挥发梯度，利于涂膜流平和干燥之间的平衡。
作为优选方案，上述高羟基氟碳共聚物涂料中，所述助剂包括消泡剂、基材润湿剂、附着力促进剂、流平剂、紫外线吸收剂和抗静电剂中的一种或多种。
其中消泡剂可以是BYK066N，BYK141或BYK110（均为德国BYK公司产品），所起的作用是快速消除体系内产生的气泡，使涂膜减少缺陷，提高光透射率，其中优选BYK066N。
基材润湿剂可以是TEGO®Wet280，TEGO®Wet270或TEGO®WetKL245，用于降低表面张力，提高漆膜铺展性，其中优选TEGO®Wet280，效果最佳。均为赢创德固赛迪高工业集团产品。
附着力促进剂可以是Z-6040，MONENG-5040或Z-6020，用于提高涂膜和基材粘附能力，防止漆膜脱落，其中优选Z-6040（可购于美国道康宁公司）。
流平剂可以是BYK310（德国BYK公司产品），EFKA3600或EFKA3777，能够有效减少形成的涂层中不平整的地方，使微尘不能存留在涂层缺陷处，达到疏水防尘的效果，其中优选BYK310。EFKA3600和EFKA3777均为荷兰EFKA公司产品。
紫外线吸收剂可以是HTUV120，UV-531或UV-9，能强烈地吸收紫外线部分，本身不发生变化，其中优选HTUV120（可购于德国HERST公司）。
抗静电剂可以是HDC-308，MONENG-6002，HA-66或CHEMISTAT 3500（日本三洋公司产品），用于将涂膜长时间立于大气中积累的电荷排除，使得一些细小的微尘不能轻易的附着在涂层表面，防止由于涂层产生静电而吸引微尘，通过风力作用使微尘脱离涂层表面，达到防尘效果，其中优选HDC-308。
防流挂剂可以是BYK430，BYK410或BYK411，用于防止喷涂后油漆流挂，其中优选BYK430。
作为优选方案，上述高羟基氟碳共聚物涂料中，所述助剂包括BYK066N、TEGO®WET280、Z-6040、BYK310、HTUV120、HDC-308和BYK430。该助剂组合，能够使产品缺陷、表面张力和油漆流挂性降至最低，同时获得高的漆膜铺展性、粘附能力、紫外线吸收能力及抗静电能力。
作为优选方案，上述高羟基氟碳共聚物涂料中，主剂与固化剂的质量比为1:0.2~0.45，该比例范围更有利于羟基反应完全，增加涂膜防尘性，提高漆膜疏水能力，其中以1:0.35的质量比效果最佳。
一种高羟基氟碳共聚物涂料的制备方法，步骤为：在容器中加入高羟基氟碳共聚物后以1500r/min以上的转速搅拌，保持搅拌条件下加入部分稀释剂，然后加入助剂，再加入余量稀释剂，最后加入固化剂。
本发明还提供上述高羟基氟碳共聚物涂料在制备太阳能凸透镜疏水防尘涂层中的应用。
本发明高羟基氟碳共聚物涂料所形成的涂层，疏水防尘的原理在于：
1. 利用涂层的超低表面能，水滴在涂层表面能形成接触角较大的液滴，由于水滴和涂层接触面小，通过重力作用水滴则可以轻松地从涂层表面脱落，达到基材容易清洗的效果。
2. 利用涂层的抗静电性，将涂膜长时间立于大气中积累的电荷排除，使得一些细小的微尘不能轻易附着在涂层表面，防止由于涂层产生静电而吸引微尘，通过风力作用使微尘脱离涂层表面，达到防尘效果。
3. 利用涂层较高的流平性，减少涂层中不平整的地方，使微尘不能存留在其涂层缺陷处，达到疏水防尘的效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明高羟基氟碳共聚物涂料的制备过程简单，不含颜填料，原料易得。涂料喷涂简单，形成的涂层平整，具有超疏水性，防尘性，较高的光透过性，涂层与底材附着力好，硬度高，不易脱落，易清洁。在玻璃基材上具有优良的防尘效果，尤其适用于太阳能凸透镜，能很好地解决其自清洁问题。
附图说明
图1是太阳能发电装置现有技术原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明，但本发明不止限于这些实施例。
实施例1
（1）涂料的制备：在容器中加入600g三氟氯乙烯共聚物（羟值135 mgKOH/g）后高速搅拌，保持1500r/min的转速条件加入稀释剂丁酮30g，乙酸乙酯90g，环己酮105g之后，分别加入消泡剂BYK110 9g，附着力促进剂Z-6040 6g，流平剂EFKA3777 26g，紫外线吸收剂UV-912g，抗静电剂MONENG-6002 16g，防流挂剂AT723 14g，最后加入稀释剂丁酮20g，乙酸乙酯45g，环己酮50g。加入固化剂HDI 300g。具体成分见表1。
（2）涂层的制备：以30cm×15cm的玻璃为基材，使用水和醋酸丁酯清洗表面油污和杂质并干燥。使用517喷枪枪嘴，喷涂空气压力为0.2~0.3MPa，喷涂时枪嘴距离基材25~30cm处。将高羟基氟碳涂料向基材喷涂10µm，停留30s后继续向基材喷涂20~30µm，室温下干燥24h。
（3）接触角测定实验：采用JY-82接触角测量仪测量对水的接触角，结果见表3。
（4）防尘实验：碳粉碾碎通过300目过滤筛并均匀涂洒在涂层上100g，将30cm×15cm玻璃基材倾斜15°，使用3m/s的风速，平行于基材吹动涂层上碳粉10min，后测量涂层上碳粉的残留量，试验结果见表3。实验证明涂层具有较好的防尘性，在涂层表面残留较少的粉尘。
实施例2
（1）涂料的制备：在容器中加入605g三氟氯乙烯共聚物（羟值136mgKOH/g）后高速搅拌，保持1500r/min加入稀释剂二甲苯 57g，醋酸丁酯 70g，甲基异丁基甲酮80g之后，分别加入消泡剂BYK141 6g，基材润湿剂TEGO®Wet270 8g，附着力促进剂Z-6020 9g，流平剂EFKA3600 15g，抗静电剂HA-66 7g，最后加入稀释剂二甲苯40g，醋酸丁酯44g，甲基异丁基甲酮59g。加入固化剂IPDI 450g。具体成分见表1。
（2）涂层的制备：以30cm×15cm的玻璃为基材，使用水和醋酸丁酯清洗表面油污和杂质并干燥。使用517喷枪枪嘴，喷涂空气压力为0.4~0.5MPa，喷涂时枪嘴距离基材20~25cm处。将高羟基氟碳疏水防尘涂料向基材喷涂10µm，停留60s后继续向基材喷涂20~30µm，室温下干燥48h。
（3）接触角测定实验：采用JY-82接触角测量仪测量室温下疏水防尘涂层对水的接触角，结果见表3。
（4）防尘实验：碳粉碾碎通过300目过滤筛并均匀涂洒在涂层上100g，将30cm×15cm玻璃基材倾斜15°，使用3m/s的风速，平行于基材吹动涂层上碳粉10min，后测量涂层上碳粉的残留量，结果见表3。实验证明涂层具有较好的防尘性，在涂层表面残留较少的粉尘。
实施例3
（1）涂料的制备：在容器中加入620g三氟氯乙烯共聚物（羟值145 mgKOH/g）后高速搅拌，保持1500r/min加入稀释剂乙二醇乙醚醋酸酯160g之后，分别加入消泡剂BYK066N12g，基材润湿剂TEGO®WetKL245 16g，附着力促进剂Z-6040 12g，流平剂BYK310 30g，紫外线吸收剂HTUV120 18g，抗静电剂HDC-308 12g，防流挂剂BYK430 10g，最后加入稀释剂稀释剂乙二醇乙醚醋酸酯100g。加入固化剂HMDI 200g，HDI 200g。具体成分见表1。
（2）涂层的制备：以30cm×15cm的玻璃为基材，使用水和醋酸丁酯清洗表面油污和杂质并干燥。使用517喷枪枪嘴，喷涂空气压力为0.3~0.4MPa，喷涂时枪嘴距离基材23~28cm处。将高羟基氟碳疏水防尘涂料向基材喷涂10µm，停留50s后继续向基材喷涂20~30µm，室温下干燥36h。
（3）接触角测定实验：采用JY-82接触角测量仪测量室温下疏水防尘涂层对水的接触角，结果见表3。
（4）防尘实验：碳粉碾碎通过300目过滤筛并均匀涂洒在涂层上100g，将30cm×15cm玻璃基材倾斜15°，使用3m/s的风速，平行于基材吹动涂层上碳粉10min，后测量涂层上碳粉的残留量，结果见表3。实验证明涂层具有较好的防尘性，在涂层表面残留较少的粉尘。
实施例4-6
涂料制备、涂层制备、接触角测定实验及防尘实验操作步骤参见实施例3，具体成分及用量见表2，实验结果见表3。
表1 高羟基氟碳共聚物涂料组分及用量
表2高羟基氟碳共聚物涂料组分及用量
表3产品性能检测结果
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高羟基氟碳共聚物涂料，其特征在于，由主剂和固化剂组成，其中主剂按质量百分比计，由高羟基氟碳共聚物60~62%、稀释剂28~35%和余量的助剂组成；固化剂为六亚甲基二异氰酸酯三聚体、异氟尔酮二异氰酸酯三聚体、二环己基甲烷二异氰酸酯三聚体和六氢甲苯二异氰酸酯三聚体中的一种或多种；
所述高羟基氟碳共聚物是氟烯烃和烷基乙烯基醚共聚的含氟树脂多元醇，羟值为135~145mgKOH/g。
2.根据权利要求1所述的高羟基氟碳共聚物涂料，其特征在于，所述高羟基氟碳共聚物为三氟氯乙烯共聚物，羟值为138mgKOH/g。
3.根据权利要求1所述的高羟基氟碳共聚物涂料，其特征在于，所述固化剂为二环己基甲烷二异氰酸酯三聚体和/或六氢甲苯二异氰酸酯三聚体。
4.根据权利要求1所述的高羟基氟碳共聚物涂料，其特征在于，所述稀释剂为二甲苯、乙酸乙酯、醋酸丁酯、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、丁酮、环己酮和甲基异丁基甲酮中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的高羟基氟碳共聚物涂料，其特征在于，所述稀释剂为二甲苯，醋酸丁酯和乙二醇丁醚的混合物。
6.根据权利要求5所述的高羟基氟碳共聚物涂料，其特征在于，二甲苯，醋酸丁酯和乙二醇丁醚的体积比为56~70:84~105:140~175。
7.根据权利要求1所述的高羟基氟碳共聚物涂料，其特征在于，所述助剂包括消泡剂、基材润湿剂、附着力促进剂、流平剂、紫外线吸收剂和抗静电剂中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的高羟基氟碳共聚物涂料，其特征在于，所述助剂包括BYK066N、TEGO®Wet280、Z-6040、BYK310、HTUV120、HDC-308和BYK430。
9.根据权利要求1~8任一所述的高羟基氟碳共聚物涂料，其特征在于，主剂与固化剂的质量比为1:0.2~0.45。
10.权利要求1~9任一所述的高羟基氟碳共聚物涂料在制备太阳能凸透镜疏水防尘涂层中的应用。
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