氟碳涂料的研究

两种配方FEVE氟碳涂料的性能比较2009/12/23/09:43来源：涂料涂装资讯网李运德(北京航空材料研究院,北京100095)摘要：从耐候性、耐化学品性、耐沾污性三方面比较了四氟乙烯－乙烯基醚共聚型FEVE氟碳涂料与三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯共聚型FEVE氟碳涂料的性能。结果表明,与传统的三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯FEVE氟碳涂料相比,四氟乙烯－乙烯基醚共聚型FEVE氟碳涂料具有更加优异的耐候性能和防腐性能,并可制备自洁型氟碳涂料。关键词：四氟乙烯－乙烯基醚共聚物;三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯共聚物0前言PTFE、PVDF、PVF系列单纯氟单体聚合的化合物虽然性能优异,但是存在溶解性差、需要高温烘烤成膜、光泽低等缺点,使其应用范围受到限制。1982年日本旭销子公司首先推出三氟氯乙烯(CTFE)和烷烯基醚合成的氟碳树脂(FEVE),实现了氟碳涂料常温施工、常温固化,逐步在桥梁领域获得应用。我国常温固化氟树脂及其氟碳涂料虽然起步较晚,但发展迅速。大连振邦氟涂料股份有限公司在1998年率先开发成功溶剂可溶性三氟氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚氟碳树脂,并在当年实现工业化,随后常熟中昊、上海博泰、常州康泰、青岛宏丰、无锡万博等相继开发成功FEVE氟碳树脂,并投放市场。FEVE氟碳树脂按照共聚单体的类型可分为四种类型：三氟氯乙烯-乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯共聚物、四氟乙烯－乙烯基醚共聚物、四氟乙烯－醋酸乙烯基酯共聚物。本文比较了三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯共聚物和四氟乙烯－乙烯基醚共聚物的性能。1试验部分由于FEVE氟碳树脂结构上的差异,在配方上差异较大,特别是助剂的选用上。通过试验室研究,获得良好涂膜的配方。三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯类型FEVE氟碳涂料白色漆配方见表1。四氟乙烯－乙烯基醚类型FEVE氟碳涂料白色漆配方见表2。性能比较试验以表1、表2的配方为基础。表1三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯类型FEVE氟碳涂料参考配方表2四氟乙烯－乙烯基醚类型FEVE氟碳涂料参考配方2结果与讨论2.1耐候性能比较两种类型的FEVE氟碳涂料白色涂膜人工加速老化结果见图1、图2。系列1为四氟乙烯－乙烯基醚共聚物,系列2为三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯共聚物。从图中可以看出,在人工加速老化5000h范围内,四氟乙烯－乙烯基醚涂膜维持了较好的保光、保色性能。而三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯类型的氟碳涂料在3000h内,维持了较好的保光、保色性能,但超过3000h后涂膜的保光率开始明显下降,到5000h时保光率仅为60％左右。图1两种FEVE氟碳涂料人工加速老化光泽变化率比较图2两种FEVE氟碳涂料人工加速老化色差值变化情况实际的大气曝晒结果(见表3)也表明四氟乙烯－乙烯基醚类型的氟碳涂料保色、保光性能明显优于三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯类型的氟碳涂料。在北京地区,前者4a涂膜几乎无变化,而后者仅能维持2a,4a曝晒后可以看出涂膜轻微的变化。四氟乙烯－乙烯基醚类型的FEVE氟碳涂料更好的耐候性基于它更加稳定的分子结构。C－F键的键能大于C－Cl键键能,在高分子链节中,四氟乙烯单体比三氟氯乙烯单体体现了更高的紫外线稳定性；醚类单体体现了更好的与氟单体交替共聚倾向,使得氟单体对这些共聚单体提供了有效的保护。表3两种类型FEVE氟碳涂料在北京地区户外曝晒结果比较2.2耐化学品性能比较耐碱性试验比较结果见图3、图4,系列1为四氟乙烯－乙烯基醚共聚物,系列2为三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯共聚物。四氟乙烯－乙烯基醚氟碳涂料具有非常优异的耐酸碱性能,白色涂膜浸泡在10％H2SO4、10％NaOH溶液中60d外观无变化。采用三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯氟碳树脂,浸泡在10％H2SO4溶液中涂膜无变化,浸泡在10％NaOH溶液中60d,涂膜出现明显失光和变色。共聚结构中的氟单体具有很好的耐化学物质攻击性能,而且氟单体与共聚单体的交替共聚倾向,一定程度上保护了共聚单体,降低了FEVE氟碳树脂对酸、碱等化学物质攻击的敏感性,但是共聚单体自身的耐酸碱性能还是对FEVE氟碳树脂本身的耐化学物质攻击性产生重大影响。三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯单体在碱性环境下会发生酯化反应,造成涂膜失光、变色。图3两种类型FEVE氟碳涂料耐碱后光泽变化图4两种类型FEVE氟碳涂料耐碱后颜色变化2.3耐沾污性比较用上述两种FEVE氟碳涂料,进行户外的大气曝晒试验。结果表明：它们的耐沾污性都很一般,短期内,四氟乙烯－乙烯基醚类型的氟碳涂料耐沾污性略优于三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯类型的氟碳涂料。这是因为虽然FEVE氟碳涂料具有比一般防腐面漆低的表面能,但是FEVE涂膜与水的接触角一般在85°～95°,更容易产生污染。提高涂层耐沾污性的方法分为两派：一是提高涂层表面与水接触角,形成类似荷叶效应的超疏水表面；一是在涂膜表面形成亲水化涂层,使得污物容易被水冲走。目前,FEVE氟碳涂料形成耐沾污性表面比较成功的方法,是在涂料中加入特殊助剂,这些助剂会逐渐迁移到涂膜表面,使涂膜表面亲水化。在四氟乙烯－乙烯基醚中加入合适的亲水化剂,制备出具有亲水化表面的涂层,涂膜与水接触角小于35°,涂膜表面油性污染物在亲水表面附着不牢,在雨水的冲刷下很容易冲洗干净,户外曝晒结果效果明显。3结论(1)通过人工加速老化和实际的大气曝晒试验表明,四氟乙烯－乙烯基醚类型的FEVE氟碳涂料具有更加优异的保光、保色性能。(2)四氟乙烯－乙烯基醚共聚型FEVE氟碳涂料和三氟氯乙烯－醋酸乙烯酯共聚型FEVE氟碳涂料均具有优异的耐酸性,但在耐碱性方面前者明显优于后者。(3)两种FEVE氟碳涂料的耐沾污性都很一般,但四氟乙烯－乙烯基醚共聚型FEVE氟碳涂料通过亲水化改性后,耐沾污性明显提高。