氟碳涂料

聚偏氟乙烯涂料的研究和应用

2008/9/22/08:23 来源：涂料涂装资讯网

张炯 1 ， 2

（ 1. 上海交通大学 200030 ； 2. 上海三爱富新材料股份有限公司 201507 ）

摘要：叙述了聚偏氟乙烯涂料的性能、有机溶胶涂料的配制及施工方法以及聚偏氟乙烯涂

料的应用情况等。

关键词：聚偏氟乙烯树脂；有机溶胶涂料；施工

0 概述

聚偏氟乙烯（以下简称 PVDF ）树脂是一种可熔融的氟树脂，因此，几乎在 PVDF 进入市场的同时就被开发为涂料。 PVDF 涂料多应用于建筑领域，用其涂覆的各色金属板（铝合金、镀锌钢、不锈钢等）可用于建筑的外墙、屋顶及内装饰，现已成为替代瓷砖和玻璃幕墙的重要材料。 PVDF 涂料具有长期使用不褪色（图 1 ）、耐候性及耐化学品性优良、韧性好、极佳的耐粉化和耐污性等特点。这些特点是其它有机涂料所无法比拟的。有机硅丙烯酸和聚酯体系涂料与 PVDF 涂料的性能比较见表 1 。从表 1 中可以发现， PVDF 涂料相对于其它有机涂料而言有着优异的性能。 PVDF 涂料的这些优异特性主要是由于聚偏氟乙烯树脂具有大量的 C - F 键，它的键能是 116 kcal/mol ，远大于 C - H ， C - O ，也大于 Si - O 和 Si - C 键的键能，从而表现出了相当大的结构稳定性。

图 1 经过长时间 Florida 曝晒对不同涂料的色差影响［ 1 ］

表 1 有机硅丙烯酸和聚酯体系涂料与 PVDF 涂料的性能比较［ 1 ］

PVDF 涂料有溶液涂料、有机溶胶和粉末涂料等，本工作研究了 PVDF 有机溶胶涂料。

1 PVDF 有机溶胶涂料的研究

1.1 溶剂体系

在室温下， PVDF 树脂可以溶解在少数极性溶剂，如二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中。但溶液涂料的粘度高，固含量低，不利于施工，且上述溶剂价格较高，对人体有一定的毒害。因此， PVDF 树脂一般不配制成溶液涂料，而制成有机溶胶。所谓有机溶胶是 PVDF 微细颗粒在有机溶剂中的分散液，在高温下能烧结成涂膜。 PVDF 有机溶胶可以采用单一或混合潜溶剂或潜溶剂与稀释剂

的混合溶剂体系。所谓潜溶剂指的是在室温下没有溶解作用，但在高温下却能溶解聚合物的溶剂。 PVDF 的潜溶剂很多，有乙二醇醚类、酯类和酮类等，稀释剂有芳香烃和酮类等，后者可以用来调节分散液的固含量和粘度。

经试验比较，选用甲乙酮 / 异佛尔酮 / 二异丁基甲酮三元混合溶剂作为PVDF 有机溶胶涂料的溶剂体系，可获得粘度较低、流平性较好的涂料，涂层表面光滑，致密性好。该溶剂体系来源方便，价格较低。由于混合溶剂中各溶剂的沸点高低不同，所以烘烤时涂层不易起泡。

1.2 有机溶胶的粘度和触变性

有机溶胶不是溶液，而是一种分散液，所以其粘度比相同固含量的溶液涂料要低得多。如固含量为 20 ％时，室温下 PVDF 有机溶胶的粘度仅 6 × 10 -3 Pa · s 。而偏氟乙烯与四氟乙烯共聚物（以下简称 F24 树脂）溶液涂料的粘度则高达 0.26 Pa · s 。另外， PVDF 有机溶胶的粘度 / 温度系数很小，即当温度变化时，其粘度变化不大，这有利于施工。如 PVDF 有机溶胶的固含量为 35.2 ％时，其粘度 / 温度系数为 -6 × 10 -4 Pa · s/ ℃。作为分散液的 PVDF 有机溶胶涂料具有明显的触变性，即当剪切速率升高时涂料的粘度下降；而剪切速率下降时涂料的粘度升高，因此 PVDF 有机溶胶特别适宜于喷涂施工，涂料不易流挂。

1.3 清漆、底漆和色漆

1.3.1 清漆

PVDF 树脂在三元混合溶剂中的分散液即为 PVDF 有机溶胶清漆。涂料用PVDF 树脂是用乳液聚合法制得的粉料，粒径约为 0.3 μm ，因此比较容易研磨。 PVDF 清漆为乳白色分散液，其固含量为 35 ％左右，粘度为 15~30

Pa · s 。

1.3.2 底漆

和其他含氟树脂一样， PVDF 树脂与底材的粘结力很差，因此必须研制一种与底材及面漆均有很好附着力的底漆，为此在涂料中添加改性剂，改进 PVDF 涂层的附着力，同时又不明显影响 PVDF 涂层的耐温和耐化学腐蚀性。选用的改性剂必须与 PVDF 树脂有很好的拼混性，以保证 PVDF 底漆涂层均匀和具有优良的附着力，改性剂含量对 PVDF 底漆涂层性能的影响见表 2 ，表中底漆为添加钛白粉的色漆。改性剂含量指对树脂总质量而言，底板为马口铁。 PVDF 底漆施工时需加入促进剂，促进剂用量为 PVDF 底漆的 5%~10% （质量分数）。

表 2 改性剂含量对 PVDF 底漆性能的影响

由表 2 可见：当改性剂含量为 15%~25% 时，涂层附着力为 1 级；改性剂含量为 5 ％时，涂层附着力为 2 级；未经改性的白色 PVDF 磁漆涂层的附着力为 7 级（以上均指在马口铁上的附着力）。试验表明：采用改性剂大大改善了 PVDF 涂层的附着力。随着改性剂含量的升高，涂层硬度由 0.83 降至0.68 。 PVDF 底漆涂层均通过 50 cm 的正反冲击试验和直径为 1 mm 轴棒上的弯曲试验，表明 PVDF 涂层有极其优良的物理性能。

1.3.3 色漆

在 PVDF 底漆或清漆中添加颜料便可制得色漆，色漆的色泽鲜艳、涂层丰满、光泽好。可采用的颜料有钛白粉、铁红、铁黑、铬黄和铬绿等。

（ 1 ）颜料对涂料和涂层性能的影响

主要研究了 TiO 2 含量对 PVDF 涂层性能的影响，见表 3 。由表 3 可见：随 TiO 2 含量增加， PVDF 涂层硬度稍有升高，色漆涂层均通过 50 cm 正反冲击试验和直径为 1 mm 轴捧上的弯曲试验，涂层物理性能优良。白色PVDF 磁漆的固含量为 30 ％左右，粘度为 15~25 Pa · s ，磁漆中 TiO 2 含量可以是 20%~30% ，有较强的遮盖力。

表 3 TiO 2 含量对 PVDF 磁漆性能的影响

在 PVDF 涂料中添加颜料后，在贮存过程中会出现分层现象，但不会结成硬块，也没有明显的返粗现象，经搅拌均匀后仍可使用。

（ 2 ）添加颜料和涂层的结晶