关于氟碳树脂及其涂料的性能及应用

关于氧碳树脂及其涂料的性能及应用

（本刊编辑部鄂忠敏）

每期针对一些涂料及相关行业科技知识或热点话题进行问答式观点阐述或答疑解惑，以此可以倾听不同业内人士的声音、了解观点背后的科技进展、发现曾经忽视或一直寻觅的灵感...Q:氟碳树脂主要有哪些品种？哪些更具市场发展潜力？

氟碳树脂这一称呼在涂料行业比较常见，可以认为是泛指用于涂料的含氟树脂。从这个意义上来说，现在主要的氟碳树脂有FEVE和PVDF两大类,FEVE是含氟乙烯和乙烯基瞇的共聚物，近年也有一些含氟乙烯和乙烯基酯共聚的氟碳树脂FEVEs出现，这些可以被看作是FEVE中的亚类，值得注意的是最新版的国际标准ISO12944里明确地表述了FEVE是含氟乙烯和乙烯基瞇的共聚物，因此从严格意义上来讲，使用乙烯基酯做出来的氟碳树脂是不能称为FEVE的。FEVE从所含官能团来讲属于多元醇，在形成涂膜的时候有一个与固化剂反应产生氨酯键以形成交联网络结构的过程，因此在ISO12944标准里FEVE被表述为一种特殊的聚氨酯，属于热固型树脂。PVDF就是聚偏氟乙烯，属于热塑型树脂，形成涂膜的时候需要高温烘烤。从材料开发的角度来说，设当调整各单体的结构或官能团就能对FEVE做改性，因此具有较高的自由度和较大的改良空间，另外从涂装施工的条件来讲,FEVE既可以常温固化也可以高温烘烤，因此比PVDF有较高的可选择性。

除上述两类氟碳树脂以外，建筑外墙涂装也用一些含氟丙烯酸树脂,这类产品的耐候性远不如上述两类，而使用氟碳树脂的最大理由往往是需要良好的耐候性，因此个人认为应该把含氟丙烯酸与上述两类树脂加以区分，不能笼统地都称为氟碳树脂。

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Q：FEVE氟碳树脂在耐候性方面是目前最好的树脂品种吗？

在重防腐领域,FEVE是当之无愧的耐候性最好的树脂，正是因为FEVE在钢结构的防护涂装上有了长达30年以上的实际业绩,ISO12944才会把FEVE 列为可实现高耐候性能的材料。在建筑领域，需要长期耐候的铝合金幕墙多用溶剂型PVDF做涂装，而一些最高端的地标性建筑则采用涂装FEVE的复合板做外立面装饰。近年来由于国家的环保政策对VOC 的排放要求越来越严格，粉末涂装越来越多地被用于铝型材的涂装,FEVE类型的粉末涂料具有和PVDF 相当的耐候性能，又能减少VOC的排放，使得户外用铝型材有了更绿色环保的选择。

Q:石墨烯到处“耍帅”，在氟碳树脂及其涂料的性能改进方面，石墨烯发挥怎样的效果？

有一些初步的试验结果显示了石墨烯在涂料里的优异性能，包括石墨烯与氟碳树脂的混配，这是值得关注的。当年FEVE面世的时候，对于当时的防腐涂装领域的冲击也是相当大的。从FEVE的发展历程来看，任何新的材料要在长效防腐领域占有一席之地，首先要明确材料本身的特征与性能的关系，其次需要能够确保稳定的生产和使用，最终还需要长时间的实验性实际使用来证明。

Q:为什么3F树脂比4F树脂在涂料耐候性方面更好？如何科学评价氟含量与耐候性之间的关系？

在讲3F和4F树脂之前，首先需要明确使用乙烯基瞇作为与含氟乙烯共聚的单体得到的树脂才能有良好的耐候性，这是因为乙烯基醸和含氟乙烯共聚会产生完全交替的共聚结构，这种结构对于材料的抗紫外线性能是起关键作用的。旭硝子早期的研究结果证明，三氟氯乙烯或四氟乙烯与乙烯基醸共聚都能得到完全交替的结构，因此3F树脂和4F树脂如果都是用乙烯基瞇来共聚的话，作为一种树脂,其本身的耐候性都是很好的。但是把这两种树脂做成涂料后,就发现4F树脂与颜料的相容性不好，换句话说就是采用4F树脂做涂料的时候颜料的分散性不好，这样的涂料做成涂层后，其涂膜中会有许多空隙，水、氧、氯离子等腐蚀因子很容易侵入这样的涂层并透过涂膜，进而影响到整个涂装体系的耐久性。氟碳树脂的氟含量本来应该体现在其结构上的，所以氟含量与耐候性并不是一个正比关系，这一点从PVDF（氟含量将近50%）与FEVE（3F 树脂的氟含量约27%）的耐候性对比上很容易看出来。特别需要注意的是，如果硬性规定某一氟含量，有一些结构本身氟含量较高的树脂在配方中会给混拼其他树脂提供了很大空间，最终导致耐候性能的下降。以前氟含量的测试一直使用氧气烧瓶燃烧法，这种方法的误差比较大，如果有燃烧不充分的现象，最终得到的氟含量就会偏低，化工行业标准HG/T3792—2014给出了采用标准含氟化合物作为参比样品同步测试最后对测试结果做出校正的方法，这个方法减少了氟含量测试的误差，对于规范氟碳涂料行业中出现的一些乱象起到了重要作用，但是这种方法对于混拼全氟化合物等氟含量较高的其他物质用来对氟含量造假的恶劣行径是没有效果的，今后可以考虑配合参考19F核磁共振谱图，从结构上测定有效氟含量。现在许多涉及氟碳树脂或氟碳涂料的标准都设有氟含量的指标，这是因为明确一定的氟含量对于验证氟碳树脂及涂料的品质是有其意义的，只是需要搞清楚并不是氟含量越高耐候性就越好的道理。

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Q:在环保法规、标准制修订的双轮驱动下，水性化技术在氟碳涂料领域发挥了怎样的作用？还存在哪些问题？

水性氟碳涂料很早就有应用，特别是相对需要柔韧涂膜的混凝土结构采用水性氟碳涂料涂装的较为多一些，三峡大坝和上海东方明珠是一些涂装了旭硝子的水性氟碳涂料的案例。水性化的好处是显而易见的，使用水性涂料不仅能减少VOC的排放，而且可以减少施工现场的气味，特别是在相对封闭的环境下可以降低火灾的风险。但是目前水性系列的涂装，特别是钢结

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构的涂装体系采用水性氟碳面漆的并不多，其原因是多方面的，其中多数是水性涂料涂装这种方式本身的问题，比如为了防止树脂冻结，无论是运输贮存还是施工涂装都需要控制好温度,这样会增加能耗成本。而且水性涂料的涂装本身又是一件技术性很高的工作，如果操作人员以类似油漆的感觉来涂装的话，往往会出大问题。有数据证明水性氟碳涂料做好了可以和溶剂型氟碳涂料具有相当的耐候性，因此水性氟碳涂料的潜力是很大的,前提是需要做好了。

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Q：氟碳粉末涂料也是近年来环保理念催生的一种环保型涂料品种，其发展前景如何？是否盖过水性氟碳涂料?

氟碳粉末涂料已经在建筑行业的铝合金幕墙上有许多应用，差一点成为中国最高楼的地标性建筑深圳平安大厦就是采用了涂装FEVE粉末树脂的铝合金幕墙。随着溶剂型PVDF使用的减少，越来越多的氟碳粉末涂料会在这一领域得到应用。粉末涂装的方式决定了涂装需要在一定的高温下实施，因此粉末涂装不适合于巨型结构，也不能在使用现场涂装,但是它特别适合于在工厂车间做涂装。从环保的角度来说，粉末是比水性更加绿色的产品，但是这两者的应用领域有很大不同，不存在简单的谁替代谁的问题。

Q:氟碳涂料具有优异的综合性能，主要体现在哪些方面？主要应用领域有哪些？

氟碳涂料最大的优点是氟碳树脂的优异抗紫外线性能带来的耐候性，同时作为涂料，为了实现良好的耐候性,颜料分散性也是十分重要的，因此耐候性好的涂膜往往颜色也非常好看。耐候性好就意味着重涂周期长，也就意味着全寿命周期成本低，也就意味着节省了资源降低了排放，因此也可以说,氟碳涂料的最大优点就是它的绿色环保。氟碳涂料的应用非常广泛，主要的应用有桥梁和风电以及海上平台等钢结构重防腐涂装，建筑外立面的装饰性涂装，高铁等轨道交通和大型客机等交通工具的涂装，近年来光伏背板也有一部分采用氟碳涂料做防水涂装的。

Q:在防腐领域，氟涂料如何在提高长效防腐性能的同时，兼顾环保性和经济性？

前面说过,长寿命材料本身就是一种环保性材料,也是一种经济性材料。从全寿命周期来考虑的话，材料的寿命越长,它的成本就越低,排放就越少o比方说,如果加石墨烯可以大幅度延长涂装寿命的话，即使石墨烯的成本很高，这也是非常值得去尝试的。尽管如此,在现有的氟碳涂料的基础上，还是有改进的空间的。比如说可以去尝试提高涂料的固含量来降低VOC的排放。另一方面,对于相对小型的部件，可以尝试使用粉末涂装的方式来降低VOC的排放。

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