特种涂料的性质与应用

PVDF-聚偏二氟乙烯，工业用偏二氟氯乙烷经浓 碱脱 HCl的方法制备： CH3CClF2+NaOH →CH2=CF2+NaCl+H2O 聚偏二氟乙烯的结构单元为-CH2-CF2-， 氟原子取代氢原子后，除明显改善化学稳定性外， 也会使高聚物的物理性能发生很大的变化。由于氟 原子的原子量几乎是氢原子的19倍，而F-C键的键长 比C-H键长增加了26.6%，随着取代氟原子数量的增 加，聚合物的密度会随之增加，表现为含氟聚合物 的表面张力降低，所以具有极好的抗粘污性。漆膜 同时还具有良好的耐磨性、抗划伤性和耐久性，用 PVDF- 聚偏二氟乙烯涂料产出的彩板使用寿命超过 15 年以上，而普通聚酯涂料彩板仅为5～7年，因此 非常受用户青睐。
四、氟碳涂料的市场前景
在美国、西欧、日本等发达国家氟碳涂 料的应用已有70多年的历史，在钢材涂装领 域以及风电领域已占有很大的市场，我国氟 碳涂料在钢材领域的应用才刚刚起步，但国 内的涂料生产商已经认识到氟碳涂料在钢材 方面的巨大潜在市场，已经进行了大量的研 究开发工作。如：钢结构的基材预处理、底 漆面漆配套、施工条件和控制、安装和装配 条件、风电设备的防腐工艺等。
3、应用
特种涂料在涂料中所占比份虽少于建筑涂 料和工业涂料,然而它是高附加值涂料,也是科技含 量较高的涂料,其涉及的学科领域最广,随着国民经 济的发展,其品种和功能越来越多,有不少对工业产 品起着关键性作用, 特种涂料在许多尖端技术领域 以及军事装备设施上所起的功能也要高于建筑涂料 和工业涂料。 其中，尤以氟碳涂料应用最广，优异的耐 候性，卓越的装饰性，高性价比，成为高档建筑物 的首选涂料；优异的防腐蚀性能广泛应用于桥梁、 储罐、石油平台等重防腐领域，例如奥运会鸟巢及 世界最长的跨海大桥杭州湾跨海大桥用的即是氟碳 涂料。
聚四氟乙烯涂料敷于金属表面使之具有 不粘性和低摩擦系数，浸渍PTFE物质是非常 好的密封材料。浸渍PTFE涂料本身对渗透和 吸附物理过程的抵抗力，比其他涂料好。建 筑外墙应用正在被市场接受。 PTFE涂料的特点:物理化学特点优异, 超久的耐候性,优异的自洁性能,优异的耐化 学介质侵蚀性能,涂层的孔隙率高,涂层与基 体的结合强度低,涂层加工成本高。
2、分类 关于特种涂料的分类一般沿用其功能来分类, 详 见下述分类: (1)耐热功能 耐高温涂料、耐沸水涂料、阻燃涂料、防火涂料、 示温涂料、可焊接涂料等。 (2)抗生物活性功能 防鼠涂料、杀虫涂料、防霉涂料、杀菌涂料、海 洋防污涂料、生物忌避涂料等。 (3)电性能功能 绝缘涂料、防静电涂料、导电涂料、电磁波吸收 涂料、电场缓冲涂料、电磁波屏蔽涂料、磁性涂料、 电子画线涂料、印刷线路用涂料、电阻涂料等。 (4)机械功能 防氢致脆涂料、防碎裂涂料、应力涂料、弹性涂 料、润滑涂料、耐磨涂料、自复原涂料、可剥性涂 料等。
（3）三氟氯乙烯－ 乙烯基醚涂料 ( FEVE) 1982 年，Asahi Glass 公司发明了一种 氟乙烯( 四氟乙烯或三氟氯乙烯) 与乙烯基 醚的共聚物( FEVE) ，并实现商业化，商品 名为Lumiflon。三氟氯乙烯－ 乙烯基醚共聚 物属于FEVE 系列，其结构如图一所示，其中 氟乙烯与乙烯基醚的严格交替的排列使得聚 合物拥有出色的耐候性、耐腐蚀性等优点。 而选择和组合不同的乙烯基醚能够进一步提 高涂料所需的基本聚合物的性能。
从趋势看，工业防腐领域已经成为我国 氟碳涂料产业的主战场，如果将氟碳体系涂 料大幅度研究并进行全面升级无疑将对推动 我国氟碳涂料产业起到非常积极的作用。 氟碳涂料是符合21世纪环保要求和 国民经济可持续发展的新材料, 产业化和规 模化生产将给我们带来巨大的经济效益和社 会效益。氟碳涂料生产是居世界前列的高新 技术产业。
（3）可交联固化型氟碳涂料 主要指在氟树脂中引入了羟基、羧 基等官能团，使之可与固化剂在常温下就能 交联固化。典型的交联固化型氟碳涂料有含 氟烯烃/乙烯基醚共聚物( FEVE) 。 （4）水性氟碳涂料 由于人们对环境保护的意识逐渐加 强，水性涂料已经成为当今涂料研究的热点。 其中研究较多的有三氟氯乙烯共聚物涂料等。
又因氟原子核对其核外电子及成键电子云的束 缚作用较强, 氟原子极化率低,在分子中对称分布, 整个分子是非极性的, 碳氟化合物的介电常数和损 耗因子均很小, 所以其聚合物是高度绝缘的, 化学 上突出的表现是高温稳定性和化学惰性。氟化合物 的分子间凝聚力低, 与空气和聚合物界面间的分子 作用力小, 表面自由能低, 因此难于被液体或固体 浸润或粘着, 表面摩擦系数小, 所以赋予氟树脂优 异的性能。
奥运会鸟巢
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杭州湾跨海大桥
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二、氟碳涂料
氟碳涂料是指以含氟共聚树脂或氟烯烃 与其他单体的共聚物为主要成膜物质, 经加 工、改性、研磨制得的涂料。目前，应用比 较广泛的氟树脂涂料主要有聚四氟乙烯 (PTFE)、聚偏氟乙烯（PVDF）、PEVE等三大 类型。 高性能氟碳涂料的使用可以减少重 涂的频率, 降低气候对基材的结构侵蚀, 而 且无毒无害, 被誉为“涂料之王”。
（2）三氟氯乙烯－乙烯 (ECTFE)涂料 ECTFE是由乙烯与三氟氯乙烯以1∶1交替形成链 节的聚合物，极大改善了PCTFE 均聚物的热塑性加 工性能，但几乎能保持其原有的优良性能，特别是 耐热( 分解温350℃) 、耐化学品性及耐候性，且 加工温度可降低约80℃。ECTFE 氟碳粉末涂料具有 优异的综合理化性能，0.13～0.18 mm 厚的涂层即 可耐盐酸、氟硼酸、硫酸以及氢氧化钠等介质。涂 层黏着牢固、坚韧，甚至能承受成千上万次周期性 弯曲。另外，ECTFE 涂层无针孔，表面光洁不沾垢， 被广泛应用于化工、石油的排水、洗涤、污水处理 系统，以及装置的化学清洗系统，化学药品的分配 系统等。
1、氟碳涂料结构特点
氟是元素周期表中电负性最大的元素, 具有最强的电负 性、最低的极化率, 而原子半径仅次于氢。氟原子取代C—H 键上的H , 形成的C—F键极短, 而键能高达460kJ/mol (C— H键能为413kJ/mol , C—C键能为347 kJ/mol), 一般聚烯烃 分子的碳链呈锯齿形, 若氟原子替换氢原子, 由于氟原子上 负电荷比较集中, 电负性大, 电子云密布, 相邻氟原子的相 互排斥, 使氟原子不在同一平面内, 主链中C—C—C键角由 112°变为107°, 沿碳链作螺旋分布, 故碳链四周被一系列 性质稳定的氟原子所包围。 由于C—F键的键能比C—H键的大, 氟原子的电子 云对C —C 键的屏蔽作用较H 原子强, 因此, C—F键很难被 热、光以及化学物品等破坏。而氟原子的共价半径非常小, 2个氟原子的范德华半径之和是217×10-10 m , 2个氟原子 正好把2个碳原子之间的空隙(2个碳原子之间距离为 2154×10-10 m) 填满, 使任何反应试剂难以插入, 保护了 碳碳主链;
图一
FEVE 树脂的分子 结构
X 为CF3、F、 Cl、R1 ～ R4 分别为烷基、 环烷基、羟烷 基、羧烷基
2、聚偏氟乙烯（PVDF）涂料 PVDF 氟碳涂料被称为现代建筑业的精品， 它以色泽鲜美、持久、耐候性强、物理化学 性能稳定而成为现代高档建筑的必选。在气 候、环境条件相对恶劣的海边、工业污染区、 城市人口密集区等特殊环境，PVDF 氟碳涂料 更表现出非凡的品质。 现在，无论是在机场、体育馆等大 型公共设施，还是高级办公楼、超级市场、 工业厂房，到处可以看到PVDF 氟碳涂料的广 泛应用。
图二 PVDF和FEVE结构图
3、聚四氟乙烯(PTFE)涂料 聚四氟乙烯（PTFE）为白色蜡状或无色 透明液体树脂，耐化学品的性能非常优越， 除了全氟烷烃、全氟氯烃和酮类溶剂对聚四 氟乙烯有轻微的溶胀现象，其他的有机溶剂 均不能对它起作用。聚四氟乙烯具有良好的 热稳定性，而且基本上不受氧气和紫外线的 影响，不易老化。
2、氟碳涂料的分类 （1）熔融型氟碳涂料 主要指高温烘烤型氟碳涂料，成膜树脂包 括聚四氟乙烯(PTFE) 、聚偏氟乙烯( PVDF) 、聚氟 乙烯( PVF) 、聚三氟氯乙烯( PCTFE) 等。此类涂 料拥有优异的耐候性、耐溶剂性及耐高温性，但须 高温烘烤使其熔融成膜，不适宜现场施工，限制了 自身的发展。 （2）溶剂可溶型氟碳涂料 主要指在有机溶剂中溶解性较高的氟树脂 涂料，并可在较低温度下成膜，拓展了其使用范围， 如偏氟乙烯/四氟乙烯/六氟丙烯三元共聚物、偏氟 乙烯/六氟丙烯二元共聚物涂料等。
三、应用较广泛的三大类氟树脂涂料 介绍
1、三氟氯乙烯系列涂料 （1）聚三氟氯乙烯(PCTFE)涂料 聚三氟氯乙烯相对分子质量一般在10万～20万， 聚合物中大量的氟原子使产品呈现良好的化学稳定 性、不透气、耐辐照等优异性能。除耐热性、化学 惰性稍逊于聚四氟乙烯外，硬度、刚性、耐蠕变性 良好，渗透性及熔点、融熔粘度都较低。PCTFE 骨 架链中的氯原子使聚合物具有良好的加工流动性、 透明度和硬度等特性，并使聚合物呈现一定的极性， 在静电场作用下，聚合物被极化，因此，聚三氟氯 乙烯能够应用于静电粉末喷涂。
(5)光学功能 夜光涂料、萤光涂料、红外线吸收涂料、紫外线 屏蔽涂料、伪装涂料、光电导涂料、光弹性涂料、 莱塞光用涂料、液晶显示涂料、透镜或玻璃用涂料、 变色涂料、防辐射涂料等。 (6)环境保护和安全功能 路面标识涂料、防冰冻涂料、吸污涂料、防积雪 涂料、防结露涂料、超耐候性涂料、吃锈涂料、防 滑涂料、隔音涂料、消声涂料、阻尼涂料、堵水涂 料、防裂涂料、放射线掩蔽用涂料、漏泄检测涂料、 防贴纸涂料、自清洁型涂料、不粘涂料、超疏水性 涂料、消臭涂料、香味涂料等。 (7)其他功能 还有触觉型涂料、耐冷热温变涂料、营养涂料等。
特种涂料的性质与应用
——氟碳涂料
一、特种涂料简介 二、氟碳涂料 三、应用较广泛的三大类氟树脂涂料 介绍 四、氟碳涂料的市场前景
一、特种涂料简介
1、含义 特种涂料是指与传统涂料有本质区别的新型涂 料，特种涂料赋予物体以各种特异功能。不同的特 种涂料，有着不同的特性。 特种涂料亦是指各种特殊用途的涂料，是 指除了防护作用以外，这类涂料还兼有某些特别的 特种，以满足被涂覆产品设计上的需要的特种涂料， 耐高温是涂料特种具体应用其中之一。