水性氟碳涂料的研究與應(yīng)用(修改)

1、水性氟碳涂料的研究與應(yīng)用 自1938年含氟聚合物問世以來，由于其分子結(jié)構(gòu)中已知最強的F-C化學(xué)鍵，使它表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能。以含氟聚合物樹脂為基礎(chǔ)的氟碳涂料也因此而具有許多特殊優(yōu)異的性能。主要表現(xiàn)在，它具備了比目前市場上流行的聚氨酯、有機硅、丙烯酸樹脂涂料等更優(yōu)異的附著力、耐溶劑性、硬度、耐化學(xué)藥品性等性能，其戶外使用壽命更可長達20年，遠遠超過一般涂料。因此氟碳涂料經(jīng)過近40年的發(fā)展，在國防、建筑、橋梁、石油化工等眾多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。氟碳涂料的發(fā)展經(jīng)歷了溶劑熱熔性、溶劑交聯(lián)型、水分散型三個發(fā)展階段。溶劑熱熔性以PVDF樹脂為代表，由于需高溫烘烤主要應(yīng)用與各種預(yù)涂金屬建材；溶劑交聯(lián)型以FE

2、VE氟烯烴-乙烯基多元共聚樹脂為代表，由于可常溫固化，因此可廣泛應(yīng)用于各種材質(zhì)和各種領(lǐng)域。隨著科技的進步，人們對于環(huán)保要求的增加，開發(fā)水性氟碳涂料成為氟碳涂料發(fā)展的趨勢和方向。一、 水性氟碳涂料研究與開發(fā)的重點在溶劑型氟碳涂料的基礎(chǔ)上開發(fā)水性氟碳涂料，應(yīng)當(dāng)開發(fā)出比它性能更為優(yōu)越的產(chǎn)品。1 保持油性氟碳涂料的優(yōu)點采用水性氟碳涂料，必須保持原有油性氟碳涂料的主要優(yōu)點。常規(guī)的溶劑型氟碳涂料，其區(qū)別于普通涂料的根本性的性能體現(xiàn)在其優(yōu)異的室外耐候性能。做為溶劑型雙組分氟碳涂料的下一代產(chǎn)品或部分替代產(chǎn)品，其耐候性能應(yīng)當(dāng)與溶劑型氟碳涂料相當(dāng)或更好。2 克服油性氟碳涂料的缺點目前，溶劑型常溫固化氟碳涂料在應(yīng)用

3、中還具有不少缺點：1）、雙組分涂料在施工存在各種限制；2）、在外墻應(yīng)用時對施工條件和配套材料要求高，涂層剛性，不具備好的彈性，性能不穩(wěn)定，易出現(xiàn) 開裂、脫皮現(xiàn)象；3）、易被污染，長期裝飾性一般；4）、溶劑型涂料含有大量的有機揮發(fā)物（VOC），對環(huán)境污染極為嚴(yán)重，同時也浪費資源、浪費能源。因此，開發(fā)出的水性氟碳涂料應(yīng)該能夠克服以上困難。3 滿足目前外墻外保溫體系的抗裂裝飾要求目前外墻外保溫體系普遍采用的幾種方式中，都要求在外表面抹灰和涂裝裝飾性的涂料，并要求有抗裂和裝飾要求。一般水性氟碳涂料本身不具備抗裂要求，但可以通過抗堿封閉底漆彈性中涂水性氟碳面漆的涂層系統(tǒng)的方式解決，以同時達到抗裂和裝飾的

4、要求。4 適合于大面積的推廣應(yīng)用由于氟碳涂料實現(xiàn)了水性化，其施工難度大大降低，施工方法和施工工藝與普通乳膠漆一樣，非常適合于大面積的推廣應(yīng)用。目前我公司已有這樣的實例。二、 水性氟碳涂料的研究1 水性氟樹脂的選擇氟樹脂是氟碳涂料性能的核心，氟樹脂的性能決定了氟碳涂料的基本性能。因此，開發(fā)水性氟碳涂料的核心在于水性氟乳液的選擇和比較。我們在開發(fā)中，對于不同水性氟乳液在含氟量、耐候性、耐水性、穩(wěn)定性方面等進行了試驗比較。其中試驗的基本配方如下：表1 四種水性涂料的基本配方原料比例氟乳液40白漿48溶劑5.5助劑6.51） 比較含氟量表2：各氟乳液含氟量測試結(jié)果產(chǎn)地含氟量（%）1#國內(nèi)公司（1）10

5、.12#臺灣公司4.83#加拿大某公司15.84#日本大金公司40.45#國內(nèi)公司（2）100乙醇7050150分解溫度TG/TDA177.5160.5210.6251.4耐污染性油性口紅有有明顯幾乎沒有記號筆赤有有明顯幾乎沒有青有有不可除幾乎沒有黑有有不可除沒有耐藥品性10H2SO4 室溫*5天無變化無變化部分起泡無變化10NaOH 室溫*5天破裂破裂起泡微黃變耐水性耐溫水50*5天 目測層間剝離層間剝離起泡無變化耐水性能起泡破裂起泡無變化濕附著力505天 附著力脫落脫落剝落良好耐候性（失光率）QUV 2000h303076902） 比較耐候性QUV2000h，氟涂料1#、氟涂料2#制備的樣

6、板涂膜已遭到較嚴(yán)重破壞，而氟涂料3#的樣板涂膜顏色有變化及光澤損失已明顯，只有采用日本SE-350氟乳液制作的FC-W350樣板仍表現(xiàn)完美的狀態(tài)。3） 比較耐水性從溫水種取出烘干的樣板目測效果可知，1#、2#涂料漆膜出現(xiàn)起泡，而3#、4#氟涂料漆膜則表面基本上沒有變化，但對它們用劃格法作附著力測試發(fā)現(xiàn)3#剝落，而4#漆膜則沒有任何問題。4） 比較穩(wěn)定性首先，從氟乳液的分解溫度來看，4最為穩(wěn)定，到251度才分解。從乙醇擦洗測試試驗來看，1#、2#、3#氟涂膜性能都小于100次，4#（SE-350）耐乙醇擦洗次數(shù)可達150次，涂膜表面沒有任何問題。二甲苯擦洗測試，1#、2#、3#都極差，特別是2#

7、平均只有16次，4#（SE-350）耐二甲苯擦洗次數(shù)可達100次以上，接近溶劑型氟碳涂料水平。從耐酸堿試驗來看，1#、2#水性氟涂料漆膜耐酸堿性能明顯很差（尤其是耐堿性能），3#氟涂料的漆膜出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，而只有4#（SE-350）漆膜無任何變化，這充分說明了此種乳液制備的水性氟碳涂料具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性。從耐污染性能來看，4#氟涂料漆膜耐污性最好，而1#涂料漆膜和2#涂料漆膜次之，3#氟涂料漆膜印痕則最為明顯。2 水性實體氟碳涂料的配制1） 顏基比的選擇為了確定全部助劑、助溶劑、顏料在涂料配方中的含量，這里采用正交試驗法中15因素2水平試驗來篩選基本配方，選用的正交試驗表為L16（215）。

8、考察的因素為：A氟乳液，B輔助乳液，C顏料，D填料1，E填料2，F(xiàn)填料3，G多功能助劑（AMP-95），H消泡劑，I增稠劑1，J增稠劑2，K助溶劑1，L助溶劑2，M成膜助劑，N潤濕分散劑，O流平劑，復(fù)合殺菌劑固定0.3，余量用水補足。乳液水平值參照上一步試驗，其它助劑參照助劑提供廠家的數(shù)據(jù)。表4 FC-W系列水性實體色氟碳涂料配方篩選正交試驗表L16（215）NoABCDEFGHIJKLMNL1A1B1C1D1E1F1G1H1I1J1K1L1M1N1L12A1B1C1D1E1F1G1H2I2J2K2L2M2N2L23A1B1C1D2E2F2G2H1I1J1K1L2M2N2L24A1B1C1D2

9、E2F2G2H2I2J2K2L1M1N1L15A1B2C2D1E1F2G2H1I1J2K2L1M1N2L26A1B2C2D1E1F2G2H2I2J1K1L2M2N1L17A1B2C2D2E2F1G1H1I1J2K2L2M2N1L18A1B2C2D2E2F1G1H2I2J1K1L1M1N2L29A2B1C2D1E2F1G2H1I2J1K2L1M2N1L210A2B1C2D1E2F1G2H2I1J2K1L2M1N2L111A2B1C2D2E1F2G1H1I2J1K2L2M1N2L112A2B1C2D2E1F2G1H2I1J2K1L1M2N1L213A2B2C1D1E2F2G1H1I2J2K1L1M

10、2N2L114A2B2C1D1E2F2G1H2I1J1K2L2M1N1L215A2B2C1D2E1F1G2H1I2J2K1L2M1N1L216A2B2C1D2E1F1G2H2I1J1K2L1M2N2L1通過上述試驗的組合，獲得了16種不同配比的涂料，進行制樣，并進行涂膜外觀、耐水性、耐酸性、耐堿性和耐污染性5項要素的檢測，最后選定基本配方為：氟乳液35，其它乳液5，無機陶瓷顏料15，填料1為7，填料2為8，多功能助劑0.3，消泡劑0.1，增稠劑1為0.1，增稠劑2為0.3，助溶劑1為2，助溶劑2為2.5，成膜助劑1.0，潤濕分散劑1.5，流平劑0.1，其余為水。2） 顏料的選擇氟碳涂料為超耐候

11、性涂料，常規(guī)的所謂耐曬性好的顏料未必能滿足氟碳涂料長期戶外使用的要求。實驗中我們選擇了幾種較典型的無機顏料和有機顏料進行耐候性實驗。實驗時用高壓紫外燈進行。將各種顏料和上述SE-350氟乳液混合、分散，涂于試樣兩面，烘干，置于高壓紫外燈下，分別測定經(jīng)暴曬后色差的變化。經(jīng)100小時暴曬后結(jié)果如下：顏料鈦白鉬鉻紅鉬鉻黃鐵紅鐵黃鈷藍鉻綠有機耐曬紅有機永固紫有機酞青綠色差E0.50.71.40.31.70.20.24.85.52.3肉眼觀察幾無變化幾無變化有可視變化幾無變化較明顯變化幾無變化幾無變化嚴(yán)重變化嚴(yán)重變化較明顯變化從上述結(jié)果可知，無機顏料色差E變化都不大，無機顏料的耐紫外光性都遠遠大于有機顏

12、料。結(jié)合顏料的耐溫性和耐酸堿性。我們篩選出可應(yīng)用與FC-W系列水性氟碳涂料的陶瓷無機顏料、金屬顏料和珠光顏料3 水性氟碳金屬漆的配制1） 金屬顏料的選擇由于水性涂料對于金屬顏料的包裹性能沒有溶劑型樹脂那么好，因此一般在金屬顏料選擇時，推薦使用耐化學(xué)腐蝕的包裹型鋁粉，這樣將不會影響整個涂層體系的性能，尤其金屬顏料的耐候性能和耐化學(xué)性，尤其是耐堿性。如果選用普通鋁粉，涂層容易變暗（空氣對鋁粉的氧化）和由于耐堿性不好而造成起泡。2） 配方的設(shè)計在實體色水性涂料的基本配方確定以后，比較在配置金屬漆和珠光漆時，由于幾乎不采用填料，調(diào)整配方時氟乳液含量為50，輔助乳液含量為5，以保證相當(dāng)?shù)墓毯亢驼谏w力。

13、金屬顏料和珠光顏料的量通過配漆時的遮蓋力實驗具體確定，其中金屬顏料為67, 珠光顏料為1420，其它非填料助劑量不變。3） 性能的檢測金屬漆除了在本公司進行檢測，還在第三方進行了檢測，均達到以下指標(biāo)。表7 FC-W系列水性氟碳配套涂裝后技術(shù)性能指標(biāo)項目采用標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)面漆清漆FC-W350FC-W358FC-W355涂膜外觀目視法平整，顏色均勻一致，無色差平整，顏色均勻一致，無色差對比率（白色和淺色）GB/T 9270-2988 0.93-施工性GB/T 9755-2002刷涂兩道無障礙低溫穩(wěn)定性GB/T 9755-2002不變質(zhì)干燥時間（表干）GB/T 2728-29892 h2 h耐污染性油性

14、口紅試驗不留痕跡不留痕跡耐洗刷性GB/T 9266-29882000020000 耐沾污性GB/T 9755-2002108耐溫變性JG/T 25-29995次循環(huán)無異常5次循環(huán)無異常耐溶劑性二甲苯50次不露底50次不露底耐酸性20%H2SO448h無異常48h無異常耐堿性GB/T 9265-298848h無異常48h無異常耐水性GB/T 2733-299696h無異常96h無異常耐人工氣候老化性GB/T 2865-29973000小時無起泡、粉化等涂膜病態(tài)，變色1級，失光1級，經(jīng)過本公司送樣到上海涂料研究所測試，結(jié)果均達到上述要求，甚至更好（見相關(guān)檢測報告）。其中有一些突出的特點：（1）耐沾

15、污性極佳，實測值為僅為4；（2）耐人工氣候老化性3000h，無起泡、粉化等涂膜病態(tài)，變色1級。達到了研制的要求。4 水性氟碳涂料應(yīng)用的工藝配套研究水性氟碳涂料在實際運用中主要作為長壽命裝飾涂層和混凝土的防腐涂層使用。為了達到長期的裝飾性和防腐目的，一般很少將它直接作為單一涂層使用。為了達到高裝飾性，一般要使用配套性的膩子和封閉漆，為了解決抗裂性，還要配套專用抗裂膩子和彈性中涂。經(jīng)過大量的研究和工程實踐，我們提供了如下的三種工藝來解決不同表面的涂裝問題。工藝名稱應(yīng)用材料材料特點工藝組成應(yīng)用特點應(yīng)用領(lǐng)域FUVIT-BW高裝飾金屬質(zhì)感水性氟碳涂裝系統(tǒng)水性抗堿封閉底漆防止混凝土的碳化和中性化，防止混凝

16、土內(nèi)的強堿滲出，提高涂層的附著力。質(zhì)感豐富，有現(xiàn)代感；壽命長，抗開裂，易清潔，維護成本低；容易施工、施工期短。高檔商務(wù)樓、辦公樓、酒店、高層建筑、超級市場、戶外大型市政建筑、橋梁、別墅等。抗裂找平膩子提高墻面的平整度和初期的抗裂效果造型骨料或彈性膩子多樣造型，能緩解或防止抗裂應(yīng)力的影響。中涂漆提高涂層防護、裝飾性，提供有質(zhì)感的表面，能彌蓋細微裂縫水性金屬氟碳涂料保護基層，具有高裝飾性和高耐侯性，水性氟碳罩光漆保護下層金屬漆中鋁粉顏料，提高防護性FUVIT-BK低污染抗開裂水性氟碳涂料涂裝系統(tǒng)水性抗堿封閉底漆防止混凝土的碳化和中性化，防止混凝土內(nèi)的強堿滲出，提高涂層的附著力。樸實，耐看；壽命長；

17、低污染，抗開裂；極低的維護成本；性價比高大型建筑內(nèi)外墻高架橋、別墅、辦公樓、廠房等。彈性中涂漆提高涂層防護、裝飾性，提供有質(zhì)感的表面，能彌蓋細微裂縫水性氟碳涂料保護基層，具有高裝飾性和高耐侯性，F(xiàn)UVIT-BS水性素混凝土涂裝系統(tǒng)水性抗堿封閉底漆防止混凝土的碳化和中性化，防止混凝土內(nèi)的強堿滲出，提高涂層的附著力。成本低，能體現(xiàn)基材原始風(fēng)貌，防水性好，施工工藝簡單、涂裝方便、易施工。應(yīng)用于粗獷、古樸、獨特美感的領(lǐng)域；能與金屬、玻璃幕墻達到很好的配合。 水性氟碳罩光漆低污染性，能有效保護墻體，延長墻體的使用壽命三、 水性氟碳涂料的工程應(yīng)用案例1、 四方臺大橋四方臺大橋是我國高緯度地區(qū)修建的首座公路

18、斜拉橋、松花江上第一座大跨徑公路斜拉公路橋，橋塔為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主橋為雙塔雙索面鋼混凝土結(jié)合梁斜拉橋，塔墩固結(jié)一體，塔與主梁縱向活動支承，屬塔墩回結(jié)、塔梁支承式半懸浮體系。2003年78月間，我公司水性氟碳涂料成功應(yīng)用于哈爾濱四方臺大橋，該大橋采用FUVIT-BW高裝飾金屬質(zhì)感水性氟碳涂裝系統(tǒng)，顏色為金屬珠光白色，涂裝總面積為1.8萬平方，施工工期為1個月，日涂裝面積超過2000m2（20-30）。該橋涂裝至今已2年有余，目前外觀亮麗如初。對比照片如下圖所示： 哈爾濱四方臺大橋（2003年） 哈爾濱四方臺大橋（2006年）2、 淮南煤倉（13600m2）在煤礦的環(huán)境下，各種污染氣體和粉塵

19、眾多，正好可以發(fā)揮FCW350水性氟碳涂料耐化學(xué)品性好、耐沾污性優(yōu)異的特點。2004年5月，衡峰公司的FC-W350成功應(yīng)用于安徽淮南煤礦的一個儲煤倉，該工程采用FUVIT-BK低污染抗開裂水性氟碳涂料涂裝系統(tǒng)，顏色包括藍深色、F2558實體淺藍、F0035實體骨白三種顏色，總的涂裝面積13600m2。該工程目前外觀毫無變化。對比照片如下圖所示： 淮南煤倉（2004年5月） 淮南煤倉（2006年8月）3、 同濟大學(xué)城規(guī)學(xué)院同濟大學(xué)以設(shè)計創(chuàng)新聞名于海內(nèi)外，同濟城規(guī)學(xué)院作為同濟大學(xué)的重點工程之一，采用了FUVIT-BS水性素混凝土涂裝系統(tǒng)，涂裝面積為2500 m2。該工程古樸、粗獷，很有藝術(shù)表現(xiàn)力

20、。 同濟大學(xué)城規(guī)學(xué)院（2004年8月） 同濟大學(xué)城規(guī)學(xué)院（2006年8月）4、 杭州某工程的水性仿鋁板涂裝，與油性仿鋁板的對比分析差異在該工程項目中采用了Fuvit-BW工藝，即采用FC-W350水性金屬質(zhì)感氟碳涂料為面涂層的仿鋁板工藝，面積大約6000平方米。而高裝飾仿鋁板FUVIT-B1外墻氟碳涂裝系統(tǒng)，即溶劑型雙組分常溫固化氟碳涂料仿鋁板工藝，即采用FC-S200系列可常溫固化氟碳涂料為面涂層的仿鋁板工藝。兩種涂裝系統(tǒng)都具有很好的鋁板幕墻效果。不過，在具體的操作過程中，溶劑型氟碳涂料需要抗裂網(wǎng)格布，而水性氟碳涂料一般不需要，可以采用彈性中涂的方式解決。同時，水性仿鋁板要較油性仿鋁板環(huán)保、施工更加方便，耐沾污性更強。它們涂裝后的效果比較如下圖所示： 油性仿鋁板工程整體效果 水性仿鋁板工程整體效果 油性仿鋁板工程近景效果 油性仿鋁板工程近景效果 油性氟碳涂料仿鋁板局部效果 水性氟碳涂料仿鋁板局部效果四、 結(jié)論：水性氟碳涂料的發(fā)展前景展望1、 水性氟碳涂料性能優(yōu)異，應(yīng)大力推廣。從我們的理論試驗研究和實際應(yīng)用來看，采用日本大金氟乳液SE350為成膜物