含氟聚合物涂层

介绍

       氟聚合物应用于涂料中多年，具有许多优异的性能，如：耐候性、优良的耐化学性能、良好的热稳定性、耐污染、抗油和耐水性。由于这些特性氟聚合物已被广泛应用于化学、石油、天然气、纺织、造纸和塑料工业的涂层保护和衬里。

       用作涂层的氟聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯/六氟乙烯共聚物(FEP)和TFE/全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)。这些产品主要用作不粘性和防腐涂料。

       应用于涂料最著名的氟聚合物树脂是聚偏氟乙烯(PVDF)。该树脂以高沸点溶剂作为分散介质，通常以70/30的比例将氟聚合物与丙烯酸树脂混合。PVDF通常作为预涂卷材用涂层应用，需要在工厂专用设备涂装后高温烘烤固化形成保护涂层。PVDF已成功应用于建筑涂料40多年，并证明了含氟聚合物优异的耐候性。

       含氟聚合物在涂料中的使用也受到其固化性能的限制。具有低表面张力的表面特性也限制了氟聚合物与底材的粘附。一般来说，氟聚合物不溶于常用的溶剂。为了形成涂层，氟聚合物通常需加热到超过200°C的温度，这严重限制了它们在各领域的潜在用途。需高温度加工的特性也限制了含氟聚合物在塑料上的使用。

       为了解决涂料中氟聚合物的缺点，20世纪80年代初开发了独特的氟烯烃乙烯基醚(FEVE)共聚物。下面将讨论这些树脂。

氟烯烃乙烯基醚(FEVE)树脂

      FEVE树脂是为解决传统氟聚物树脂的缺点而开发。

      FEVE树脂是由氟乙烯单体与乙烯醚单体共聚而成的。

      这些材料的结构如图1所示。

      FEVE树脂的独特结构使其制成的涂层具有与氟聚合物相同的耐候特性。它们的耐久性来自于聚合物的氟乙烯部分，乙烯基醚基团的性质可以通过调节选择来改变其其他物理性质如：光泽、柔韧性、硬度、粘性、颜料相容性和透明度。羟基官能团允许FEVE树脂使用工业标准的脂肪族异氰酸酯交联形成氟磺烷。交联反应可以在低温烘烤或常温下运行。

      与其他氟聚合物树脂基涂层相比，FEVE氟树脂涂层有几个优点。

FEVE树脂可用于制备可常温固化涂层。这意味着它们可以用于现场应用的维护涂层，不像传统的氟聚合物，必须在高温下应用。

它们也可以用作温度敏感基质的涂层，如塑料。

FEVE树脂可以生产广泛领域应用的涂层，从平饰到高光泽。

由于是溶液聚合物，FEVE树脂与颜料有更好的相容性，增加了设计师的颜色可选择范围。

氟乙烷比其他氟聚合物具有更好的硬度和耐腐蚀性，具有更好的耐磨损和耐刮性。

FEVE涂层可适用于低至-40oC度的应用环境。

基于FEVE树脂的氟涂层的耐候性

      FEVE树脂基氟涂料的加速和室外测试表明，与传统涂层相比具有优良的耐候性。

    下面的图2显示了丙烯酸、聚硅氧烷和FEVE氟涂层的QUV-A老化（ASTM\D-4587）的测试结果。在这个测试中，涂层暴露在一个特定波长的紫外线下。结果表明，氟涂层的性能优于聚硅氧烷，是一种耐气候涂料。

图2：QUV-A试验中氟涂层与聚硅氧烷和丙烯酸涂层的耐老化情况比较

      另一个加速老化试验是在赤道附近的加速试验。该测试通过反射镜将阳光集中在涂层样品上，将面板暴露在自然光发射出的整个辐射光谱中。测试面板按照预定的时间表喷洒去离子水，以模拟暴露在大气水分中。因为测试光谱为自然光中的全部辐射，它作为一种接近现实生活暴露的加速测试方式正在被广泛接受。

     如下图3所示的结果显示，PVDF涂层和FEVE树脂基涂层远远优于聚氨酯涂层。结果表明，这两种含氟聚合物的性能相当。

图3：加速老化、模拟试验

     现实世界中的老化是对涂层耐久性的最佳测试。南佛罗里达经常被用作涂层实时老化的地点，那里阳光、雨水、湿度和空气中的盐都非常充沛。下图4所示的测试结果表明，即使在南佛罗里达暴露10年后，FEVE氟涂层仍具有70%的光泽保持率。

图4：南氟罗里达的老化

      根据加速和实际老化试验的结果，以及超过25年的实际涂层应用，日本交通和工程小组估计FEVE氟涂层的户外寿命至少为30年，最长可达100年。自2006年以来，日本所有桥梁都要求使用氟涂层。

      由FEVE树脂制成的高耐用涂层可提供更接近被保护资产寿命的能力。例如，一座桥的预期寿命可能为100年。使用FEVE树脂可以减少甚至消除对桥梁频繁重涂的需要， 大大降低了保护桥梁免受腐蚀和保持其外观的全生命周期....