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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流姜云芹的论文docdeflate.精品文档. 本文由芸芸芹芹贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 南京化工职业技术学院 毕 业 设 计（论文） 题目 氟树脂涂料的研究现状及相关应用 姓 名 姜 云 芹 化 工 系 精 细 0611 徐 翠 香 所在系部 专业班级 指导教师 2011 年 4 月 摘要 本文主要简述了氟树脂涂料发展、研究现状、市场领域、特性并且通过实验表明 涂料的耐酸性良好，耐碱性差。主要原因是丙烯酸树脂在强碱溶液中发生皂化反 应，分子量降低，涂膜造到了严重的破坏。 关键词：
2、 关键词：氟树脂；涂料；耐碱性；耐候性 Abstract This paper is instution description of the fluorine resin coating development, research status, markets, features and experiments show that the coating through a good acid resistance, alkali resistance poor. Mainly due to acrylic resin in the alkali saponification reacti
3、on occurs in solution, molecular weight reduction, film making to the severe damage. Keywords: Fluorine resin， fluorine， coating 1 前言 自 1963 年聚偏氟乙烯涂料成功地应有在建筑业，涂覆于装饰板材上以来， 氟树脂涂料已经走过了近 40 年的发展历史程，氟树脂涂料以其独特的性能经受 住了历史的考验。目前国际上形成了三种不同的用途的氟树脂于氟涂料行业，第 一种是以美国阿托一菲纳公司生产的 PVDF 树脂为主要成分的外墙高耐候性氟树 脂涂料，具有超强耐候性；第二种是
4、以美国杜邦公司为代表的特氟龙不粘涂料， 主要用于不粘锅、不粘餐具及不粘模具等方面；第三种是以日本旭硝子为代表的 室外常温固化氟树脂涂料，主要应用于桥梁、电视塔等难以经常施工的塔架防腐 等1。 氟树脂涂料的相关研究 2 2 氟树脂涂料的发展史 作为一种高科技功能性涂料， 氟涂料的发展经历了热熔型、 常温交联固化型、 水基型三个发展阶段。 热熔型氟涂料的发展始于杜邦公司的 PTFE 涂料和 ElfATO 公司的 PVDF 涂 料，氟涂料一问世，就以其优异的性能，引发了氟涂料使用热潮。 1938 年，美 国杜邦公司开发出 PTFE 树脂， 由于其防腐性能优异被作为抗粘涂料而广泛应用 于化工行业高温反
5、应釜内壁和电饭煲、 燃气灶、 不粘锅、 抽油烟机等厨具， 如“特 富龙”不粘锅涂料。 20 世纪 60 年代出现的聚偏二氟乙烯树脂， 主要用于建筑涂料。Kynar 500 、 Hylar 5000 聚偏氟乙烯 PVDF 氟涂料，在国外主要作为标志性建筑金属装饰板材 的罩面保护涂层。热熔型氟涂料需要高温涂装（ 200300） ，对颜料的溶解性 低，这些缺点限制了氟涂料的应用。 为了进一步提高氟涂料的溶解性和装饰性，改善其施工性能，人们开始研究 带官能团特别是带OH 和COOH 的含氟树脂。利用分子共聚技术， 1982 年日 本率先开发出 F EVE 聚氟乙烯和羟基乙烯基醚聚的共聚物可常温固化氟涂
6、料。 在室温或低温烘烤条件下，通过刷涂、辊涂、喷涂等普通涂装方法，将氟涂料涂 覆在钢、铝、水泥、塑料等各种基材表面，形成氟保护涂膜。 FEVE 氟涂料的出 现，极大地拓展了氟涂料的应用范围，使氟涂料在日常生活中得到应用。 绿色环保和可持续发展的宏观战略成为 21 世纪的发展主题，许多国家开始 限制使用溶剂型涂料， 高固体分氟涂料和水性氟涂料的开发成为氟涂料重点开发 方向。日本大金公司和大连振邦氟涂料公司都开始在市场上销售水性氟涂料，美 国道化学公司开发的氟树脂防污涂料，也是水性氟涂料。 氟树脂涂料的相关研究 3 3 氟树脂涂料的研究现状 3.1 国内外氟涂料生产和发展状况 氟涂料根据性能、施工
7、方式可分为高温烘烤型、溶剂可溶型、室温 /常温固 化型、水性及功能型 6 种类型。由于氟树脂涂料成本高 ,一般只用于有特殊要 求的场合。 1998 年全日本年总产量仍不超过 7000 吨,国内目前用于铝合金幕墙 的涂覆占了 40 %的用量1,且国内的氟涂料大多为外资公司在国内生产或直接进 口。美国的 PPG 公司首先打开我国市场 ,其 PVDF 氟树脂 ,Kynar-500 在高温烘 烤型市场占据 很大份 额 2 。日本旭 硝子公 司率先开发的 溶剂可 溶型氟树脂 lumifun ,产量为 2500 吨/年(1993 年 )目前推广状况较好 ,还有日本大金公司 , 大日本油墨公司 ,东亚合成化
8、学公司等都推出自己品牌的氟树脂及氟涂料 ,这 些公司使用的氟树脂都是由 CTFE 和其它一些含功能基团的单体聚合而成。国内 在氟树脂研究方面较国外落后 2030 年,尤其在单体的选用方面更有限 。所以 发展我国氟树脂事业 ,开发新的氟树脂改性的涂料非常有必要。 3.2 国内外现状及研究动态 由于氟涂料的优异性能 ,国内外研究工作显得非常活跃 ,研究重点在于开 发节能、环保和功能性的氟树脂涂料品种。 3.2.1 高温烘烤型 这种涂料大部分是使用 Kynar-500 或 Hynar-5000PVDF 树脂 ,在涂料中 ,树 脂以悬浮状态分散于其中,须经高温(230-240)烘烤熔融成膜 ,因而不能
9、现场 施工,限制了其应用。 3.2.2 溶剂可溶型 由于氟树脂如聚四氟乙烯、 聚偏氟乙烯和聚三氟氯乙烯等结晶度很高 ,所以 在有机溶剂中溶解度很低 ,因而通常加入一些含有功能基团的单体进行聚合来 增加其溶解度 ,并同时调整其性能如硬度、颜料分散性、相溶性、抗划伤性及同 基材附着性 ,通常可引入如 -OH ,-COOH,-CO-,-COOR 等进行改性 ,所用的固化 剂有三聚氰胺、异氰酸脂和胺基树脂等。如以为代表的氟树脂在这类涂 料中应用较广泛2。 3.2.3 常温 /室温固化型氟涂料 氟树脂涂料的相关研究 4 氟树脂能抵抗紫外线袭击，是耐候性优异的重要条件，树脂中氟原子的含量 决定氟树脂的耐候
10、性。例如，聚偏氟乙烯(PVDF)树脂中氟原子含量达 59.3%，与 热塑性丙烯酸树脂配成有机溶胶，氟原子在总成膜物中占 38%-44%，耐候性优异。经加速耐候性试验(EMMAQUA 法)推测，野外暴露 20 年后保光率仍达 80%以上。 含羟基的氟树脂(FEVE)用于常温或中温固化，其氟原子含量 27%-29%，保光 性略优于 PVDF。国内合成 FEVE 树脂产品经过抽样测试，其分子量分布较宽，涂 膜人工老化 3000h 后， 失光明显， 耐盐雾性能也较差， 与日本对比样品差距较大。 虽然氟原子含量都在 26%以上，由于树脂结构不合理，性能离要求较远。 实际上，国外公司的 FEVE 工业产品
11、性能也不能达到资料所提出的耐候性水 平。一些 FEVE 树脂人工老化 4000h 后涂膜失光也很明显，原因是分子结构与分 子量分布不易控制。因此需要采用常压合成进行改进，改变氟烯烃的单体结构， 使之变成液态产品。 由于 PVDF 树脂制成涂料需要高温烘烤 ,在施工方面有很大的局限性。 因此 , 国内外大型的涂料公司纷纷推出自己的常温 /室温固化型氟树脂及氟涂料 ,他 们大都以氟乙烯为主要单体 ,乙烯基醚或乙烯基脂为主要功能基团进行共聚 , 如旭硝子的 Lumiflun ,大日本油墨的 Fluonate ,中央硝子的 Cefraciat 等1。 近年来 ,国内的涂料及树脂生产厂家在此方面的开发进
12、展不小 ,如张静厚等人 通过以三氟氯乙烯为主要原料 ,通过选择不同的醚类单体 ,制成性能优良、 价格 适中的溶剂可溶型室温固化涂料用氟树脂3。李彦海等人以四氟乙烯为主 ,同含 -OH,-COOH 的烯烃共聚物制成一种可以制备溶剂可溶型室温固化氟涂料用树脂4, 大连塑料研究所的王永琦研制出以四氟乙烯为主体共聚物的涂料5。美国一公司 用三氟氯乙烯、亚甲基丁烯二酸、偏氯乙烯共聚物 Trutinxk80N 表面活性剂及交 联剂制成一种室温可成膜的水分散型涂料6。日本的 Askawa、Aubiko 用含氟复 合聚合物微粒和亲水基大单体乳化液聚合而得水分散体 ,可用作室温固化氟涂 料使用7 3.2.4 水
13、性氟涂料 凡是以水作为介质的氟树脂涂料统统划归水性氟碳涂料一类 ,其中包括水 乳胶氟树脂涂料和水稀释氟树脂涂料。 而以水乳胶氟树脂涂料的发展最快 ,应用 5 氟树脂涂料的相关研究 5 领域广泛 ,约占水性氟树脂涂料总量的 50 % ,目前 ,日本、美国、欧洲文献报 道较多. 氟树脂乳液涂料指含氟单体与其他乙烯基单体通过乳液聚合制得数均 分子量为 1020 万的含氟聚合物乳液 ,并以此乳液作为成膜物 ,配以颜料、助 剂等制成氟树脂乳液涂料。合成氟聚合物乳液与合成丙烯酸酯聚合物乳液很相 似 ,所用的乳化剂、引发剂的品种也差不多。选择单体的组成是关键 ,常用的含 氟单体有 :四氟乙烯(TFVE)、六
14、氟丙烯 (HFP)、三氟氯乙烯 (CTFE) ,其中以三 氟氯乙烯最为常用 ,因其成膜性较好。 在众多乙烯基单体中 ,叔碳酸乙烯酯是值 得推崇的重要单体。众所周知 , 叔 -醋、叔 -丙聚合物乳液与醋均、纯丙乳液相比 ,性能特别是耐候性、耐 水性、耐碱性、耐擦洗性等方面有明显提高。这得益于叔碳酸乙烯酯特殊的分子 结构。 由于叔碳酸乙烯酯分子结构中与叔碳原子相连的甲基和两个烷基构成空间 位阻效应 ,对酯基和双键起着保护的作用 ,使其难以发生自聚合、 水解和受光分 解 ,故比醋酸乙烯酯更抗水解、 耐老化。 含氟单体中 ,氟原子的电负性极强 ,F-C 键的键能高 ,F 原子体积比 C 原子大得多 ,
15、因此 ,含氟聚合物形成 F 原子在外围 包裹 C-C 主链的螺旋体结构 ,保护 C-C 主链不受恶劣环境条件所破坏。如采用 CTFE 与 VEOVA 单体共聚 ,极易制得 A-B-A 型嵌段共聚物 ,体现出各种完美的性 能。与之相比 ,CTFE 与 VAc(醋酸乙烯 )的共聚 ,由于竞聚率的关系 ,不能形成 前者那么好的嵌段共聚物 ,较容易受到光、水和碱的破坏而发生降解或断裂 , 表现为漆膜的粉化、剥落。采用核壳乳液聚合技术 ,精心设计硬核单体组成(共 聚物 Tg 值较高 )和软壳单体组成 (共聚物 Tg 值较低 ) ,可以制得耐沾污性好、 成膜温度较低的乳液聚合物。据文献报道 ,组成核的共聚
16、物 Tg 值为 4570, 组成壳的共聚物 Tg 值为-82 0。核壳乳液聚合分两个阶段进行 :第一阶段 , 聚合生成 Tg 值大于 45的一个硬核。几种共聚物的组成及对应的 Tg 值如下 : CTFE/VeoVa9/AA(丙烯酸 ) =48.5/48.5/3,Tg =67 ; CTFE /苯甲酸乙烯酯/AA =48.5/48.5/3 ,Tg=64 ; CTFE/VeoVa9/己酸乙烯酯/AA =48.5/36.4/ 12.1/3 , Tg =52。 第二阶段 ,聚合反应生成一个 Tg 值较低的软壳。几种共聚物组成及对应的 氟树脂涂料的相关研究 6 Tg 值如下 : CTFE /异丁酸乙烯酯/
17、AA =48 5/48.5/ 3 , =1 6 ; CTFE /己酸乙烯酯/AA =48.5/ 48.5/ 3 , =9 ; CTFE /月桂酸乙烯酯/ VeoVa 10 /AA=50 / 1 6 / 3 1/3 , Tg =- 8。 聚合反应在一个密闭的压力反应器中进行 ,反应最终得到一个硬核软壳型 的 含 氟 聚 合 物 乳 液 , 核 聚 合 物 组 分 与 壳 聚 合 物 组 分 的 比 例 为 1001 0 66100。核壳乳液的数均分子量约 100000 ,粒径 0 .050 .2 ,固体含量 达 50%。通过测试乳液的最低成膜温度 (MFT)、硬度、柔韧性、吸水率、机械稳 定性、
18、化学稳定性、冻融稳定性、热稳定性、耐老化性等性能之后 ,最终确定它 的实用价值。核壳型含氟聚合物乳液可用于制备建筑外墙用高耐候性涂料、室内 外用木器涂料、室外用钢结构涂料。如在共聚单体中引入少量带羟基的乙烯基单 体 ,以水性多异氰酸酯作为交联剂 ,可制成双组分常温固化涂料。 水性涂料具有很好的环保性。 由于氟涂料发展起点较高 ,从一开始就必须考 虑环保因素 ,因此要大力发展水性氟树脂和水性氟涂料。 美国的 DoW 化学公司的 Schimidt 第一次报道利用反应性氟聚合物制成不粘性涂料 。 紧接着 ,国内外各 涂料厂商也推出各类型的水性氟涂料国外的水性氟聚合物有水溶性、 水分散性和 水乳性 3
19、 种 ,其中以水分散体为最佳。 典型的水性氟涂料有由含氟烯烃、乙烯基醚、含羧基化合物和水溶性氨基树 脂共聚而制成的阴极电泳漆。国内南昌航空学院制出的 NH-R 水性氟涂料 11 8 和 MooreG 等报道的不粘性可交联 WXF 氟涂料均具有良好的性能8,大连明振邦涂料 公司在这方面也取得突破性的进展10。本在这方面研究特别活跃。日本的大日本 油墨公司 (关西研发中心 )的 kawamuras 和 Hibit 用 fluonate 乳液 ,环氧基硅 烷作交联剂 ,获得耐久性和不粘性均良好的水性氟涂料 ,成膜温度为 30 4511。在氟单体的选用中 ,通常采用四氟乙烯 ,三氟氯乙烯及偏氟乙烯等
20、, 但三氟氯乙烯更常用一些。 也有使用两种氟单体共聚物 ,如美国专利以三氟氯乙 烯 ,亚甲基丁烯二酸和偏氟乙烯用二步法共聚合成一分散体 ,再用表面活性剂 及交联可获得水性氟涂料12。日本的 Matuoto,Estzo 等人采用三氟氯乙烯、烯类 不饱和单体和乙烯基羧酸脂或丙烯酸单体聚合也可获得一水性分散体 13 。而 Kabayashi,Satoru 等人用三氟氯乙烯、丁酸乙烯脂、VeoVa 和其它单体乳液聚合 氟树脂涂料的相关研究 7 也可获得14。 此外用三氟氯乙烯、 环氧基乙烯基醚、 羟基丁基乙烯基醚、 PKA5003 和乙基乙烯基醚在活性剂及引发剂存在的条件下也可获得一水性分散体 15
21、。 也有 采用四氟乙烯单体 ,如日本专利中采用 PTFE、PFA、聚酰胺、聚亚胺母体及其它 试剂获得水性分散体16。Askawa、Akhiko 使用四氟乙烯与羟丁基乙烯基醚、环 已其乙烯基醚同其它试剂共聚后 ,再同丙烯酸脂等进行接种聚合也可用作水性 分散体 17 目前水性氟树脂涂料，特别是常温固化型水性氟树脂涂料是各国开发的重 点。聚四氟乙烯，四氟乙烯、六氟丙烯、四氟乙烯全氟烷基醚等传统水分散涂料 已在防粘和耐腐蚀方面获得了广泛的应用。但因成膜温度高，需高温烘烤，只能 用在特种场合.1993 年，旭硝子公司上市了 PFEVE 乳液。它是由氟烯烃与具有内 乳化作用的含环氧乙烷的乙烯基醚大分子单体
22、 EOVE 交替共聚而成，以后陆续有 FE-4100、FE-4300、FE-4200、FE-4400 乳液面世。 溶剂型含氟树脂涂料中 VOC 使用量大，不符合环保要求，即使性能优良，发 展生命力也有限。日本最早开始研究降低 VOC 最有效的品种水性氟树脂涂 料，1982 年至今发表有关专利 100 多件，以旭硝子、DIC、大金 3 家公司为代表， 品种方面也有较大发展。 热塑性单组分氟树脂水分散体涂料 大金公司研制出了 ZEFFLE SE 系列含氟聚合物水分散体，是偏氟乙烯(VDF) 共聚物与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在分子水平上的混合物。由于 PMMA 的酯基与 PVDF 单元之间相互作
23、用强烈，使酯基能受到 PVDF 的保护，因此涂膜具有良好的 耐水性及优异的耐候性。公司用该系列涂料在日本都岛地区进行了曝晒试验，白 漆样板在 30朝南曝晒 5 年后，用扫描电镜和傅里叶红外光谱(FTIR)对样板表 面的颜色、光泽变化进行分析评估，结果涂膜仍保持了其初始状态，说明该水性 氟涂料具有优异的耐候性与耐久性， 而同时作为对照试样的涂膜中成膜物已发生 了降解。 室温交联氟树脂水分散体涂料 旭硝子公司利用种子乳液聚合技术合成了单组分可室温交联的 PFEVE 与含 羰基的双丙酮丙烯酰胺及其他丙烯酸单体聚合物，该类树脂简称为 FEVE-AC。 FEVE 与丙烯酸聚合物热聚合，得到具有核壳结构的
24、共聚物，能够形成均相、透 氟树脂涂料的相关研究 8 明的涂层，而物理混合的 FEVE 和丙烯酸乳液则形成分离的不透明涂层。在 FEVE-AC 涂料中，即使丙烯酸类单体含量占到总量的 15%，通过 SWM 老化试验 4000h 后保光率仍保持 80%。所用固化剂是 C1-C10 二羧酸衍生的二酰肼类，如丙 二酸二酰肼、癸二酸二酰肼等，它们和氟聚合物乳液中的活性官能团羰基发生固 化交联反应，用量为 0.01%-10%，体系 pH 调至偏碱性，贮存稳定。 双组分常温固化氟树脂水分散体涂料 旭硝子公司开发出 FE-4200、4400 等双组分常温固化的水分散氟树脂涂料。 在 FEVE 结构中引入具有内
25、乳化作用的聚氧乙烯基醚大分子单体(EOVE)，制备出 乳液型双组分涂料用 FEVE 树脂，它也是三氟氯乙烯(CTFE)和乙烯基醚的交替结 构的共聚物。固化剂常用亲水改性的多异氰酸酯，可以得到与溶剂型 FEVE 树脂 相似的性能。除用于混凝土、水泥板等无机建材表面(如外墙涂料)外，还可用于 金属底材，性能优良。 综上所述，水性氟树脂涂料是将高性能与环保性协调发展、值得大力提倡的 品种。近年来国内也开始该领域的研究，如大连振邦、上海湿克威等企业都在研 发与推广自己的水性氟树脂涂料。 3.2.5 高固体份和粉末涂料 同水性氟涂料一样 ,高固体份氟涂料和粉末氟树脂涂料也具有环保性 ,即 污染小。 热塑
26、性 PVDF 树脂制备的氟树脂粉末涂料早已上市18,但由于其分散性 , 加上要高温烘烤 ,所以用途较窄。近年来开发的以氟烯烃乙烯基醚为主链的 , 可在 100熔融的带羟基等交联性反应基团的氟树脂可制得热固性氟树脂涂料。 中科院上海有机研究所的章云祥等报道用赛氟隆 ETFE(乙烯、四氟乙烯共聚物 ) 可制得各种性能均优良的粉末涂料19。Stefano、turri 等报道用全氟醚聚氨脂 (F-UP)和全氟醚聚脂 (F-PE)制得一系列高固体份氟树脂涂料20。 日本公司在这方面的开发也走在前列 ,如日本人用单体接枝法 ,即用氟烯 烃和含过氧基的单体制得氟聚合物而制得一种含 -OH、-COOH、缩水甘
27、油基、氨 基 /或烷氧基甲硅烷基团 ,玻璃化温度 Tg56 ,便于施工的粉末涂料21。美 国的 Gaboury、 scottr 等采用一种含有丙烯酸树脂改性的含氟聚合物 ,制得热塑 性偏氟乙烯树脂型粉末涂料22。日本的 Tsufa、Nobuhiko 等用乙烯 ,四氟乙烯 , 氟树脂涂料的相关研究 9 六氟丙烯和羟丁基乙烯基醚共聚物 ,制备热固性氟树脂粉末涂料组合物20。 3.2.6 防粘功能性氟树脂涂料 (防粘污 ,耐磨 ) 20 国内有罗国钦等研制的水性单层氟树脂防粘涂料 ,王文良等也研制出 ZF-426 水性抗粘易洁、一喷一烘型氟涂料18,王玉玲等也研制出一种氟树脂聚合 物含量超过 10%
28、的防粘涂料 12 。国外在这方面的研究也异常活跃 ,如 Brandjerf 等报道用聚 2-异丙烯基-2-口恶唑酮交联聚全氟代表面活性剂而做的海洋防污 涂料 ,并且比较了各种氟树脂的耐污性能17。Soda、Yoshihiro 等人用四氟乙烯 分散体聚醚 PermariVA200,制得一优良的不粘性耐磨涂料20。 日本的 Ohbayashi、 Nobuo 等用偏氟乙烯 ,四氟乙烯、甲基丙烯酸环已脂和 4-羟丁基乙烯基醚在 Pertuty 存 在 下 聚 合 , 再 经 处 理 , 制 得 一 耐 粘 污 性 氟 树 脂 涂 料 5, 日 本 的 Tsumnra、Akio 等用四氟乙烯、六氟丙烯和
29、偏氟乙烯共聚物制得耐粘污氟树脂涂 料 18 。 超低表面自由能含氟聚合物涂料 3.2.7 聚四氟乙烯(PTFE)是表面自由能最低的树脂， 利用这个特点制成一系列防粘 性涂料，因不易粘附食物，可在高温下较长期应用，无臭味、无毒，广泛用于铝、 铝合金铸件、不锈钢、铁及电木等材质上，作为各种厨具内部涂料，还可用在排 油烟机、电木手柄上。 利用氟化合物的结构与表面自由能关系， 设计新的更低表面自由能的含氟树 脂，还可进一步开发出许多新型涂料。例如，人们开始研究超低表面能的含氟树 脂在自清洁涂料中的应用(建筑涂料、铝板上涂层)，当润湿角度大于 160时， 水珠极易滚落。自洁功能除取决于表面自由能之外，还
30、与表面粗糙度有关。粗糙 性越小，自洁性越好。 超低表面自由能含氟涂料还可用于海上船舰的水下防污，不需加防污剂，排 除了防污剂污染海水问题。另一潜在用途是用作血液可掺混材料的涂层，如渗析 膜、人造血管、医学移植等，由于对人体血液中蛋白质吸附性极小，因此可以提 高与血液的相容性。 氟树脂涂料的相关研究 10 另外，人们利用氟树脂透光性好、化学惰性、不燃性等特点，推出了光催化 涂料、荧光涂料、阻燃涂料等，也已经成为涂料工业研究的热点。 3.2.8 氟聚合物及含氟物质的其它作用 由于氟聚合物的防粘性 ,可以应用于 UV 固化涂料和防污涂料中 ,如 ongiovanr 等报道的以典型的丙烯酸树脂的氟化衍
31、生物 (如全氟聚醚氨基甲酸 脂 )聚合制备 UV 固化体系 11 。 还有 Sitzmannev 等报道的用一种新型氟烷基乙烯 基醚作为改性剂 ,可提高 UV 固化涂层的防粘性12。Dupont 公司生产的 Zonyl 系 列油墨 ,涂料氟添加剂。 关于防污涂料方面 ,RobertF.BradyJr 等报道了一种低表面能防污涂料 氟代聚硅氧烷 ,并研制出代表产品 PNFHMS 和 PTFPMS 13 4 氟树脂涂料应用领域及市场前景 4.1 建筑涂料市场 建筑用涂料占涂料消费总量的 40-50%，据有关部门预测，2000 年我国建筑 涂料需求量将达 100 万吨，高档涂料占 20%。根据国家化
32、学建材产业十五 计划和 2015 年发展规划纲要 ，十五期间，我国城镇住宅建设每年仍将以 5 亿 平方米左右的建设速度发展，我国涂料行业发展的主要任务将以建筑涂料为重 点，使建筑涂料在外墙装饰中应用占到 60%以上。 我国城市高层建筑外墙大都采用瓷砖装饰，由于瓷砖年久老化剥落，不仅严重影 响市容市貌， 而且修复起来也相当困难， 而使用玻璃幕墙， 又存在光污染的问题。 上海市建委 1999 年已提出内环线高层建筑限制采用玻璃幕墙、建筑物三层 氟树脂涂料的相关研究 11 以上墙面限制使用马赛克、烧结面砖，这就给具有超长耐候性、抗环境污染性、 使用寿命长达 20 年的氟树脂涂料提供了极好的市场机遇。
33、振邦牌氟树脂涂料 在水泥面上的涂层使用年限和装饰效果可与使用聚偏二氟乙烯（pvdf）氟碳涂层 的铝幕墙效果相当，而每平方米造价只是其 1/8。因此，氟树脂涂料完全满足建 筑市场对低价格、高装饰效果涂料的需求，具有很大的推广价值。 4.2 工业涂料市场 工业涂料在涂料消费总量中与建筑涂料平分秋色，预计 2000 年需求量可达 到 100 万吨。本公司产品在工业用涂料中的防腐、高速公路、铁路、交通车辆、 船舶海洋等领域具有极大的应用价值。 4.2.1 防腐蚀用涂料 我国每年因腐蚀要造成巨额损失， 而氟树脂涂料在耐腐蚀方面有非常优越的 性能，在户外防腐蚀方面，可用于栈桥、散装仓库及钢结构、酸碱生产厂
34、房建筑 结构等的涂装，而用于尿素及硝铵系统的造粒塔、燃气柜系统、酸/碱贮罐系统、 油罐及管线系统等涂装， 每平方米造价根据防腐蚀程度的不同要求约为 35-60 元， 防腐年限可达到 8-12 年。目前上述领域采用的防腐涂料的成本在 30-50 元/平方 米， 防腐年限一般为 2-3 年。 预计 2000 年我国防腐涂料市场需求量将达 22 万吨， 本公司氟树脂涂料在工业防腐领域具有显著的推广价值和较强的市场竞争力。 4.2.2 高速公路、铁道桥梁、交通车辆用涂料 我国地域辽阔，铁路纵横交错，桥梁星罗密布，这些基础设施大多要求具有 较好的装饰性、耐候性和防腐蚀性的涂料进行涂装，以提高其使用寿命，
35、节省维 修维护费用。以重庆嘉陵江大桥为例，由于该地区工业排放的 so2 浓度高出全国 平均水平 22 倍，夏季多酸雨，ph 值达 3.9，桥梁腐蚀严重，每年都要除锈、涂 刷，需一支数十人的涂刷队伍，年需修护涂料 80 吨左右，耗资数十万元。1994 年该桥进行了 feve 氟树脂涂料涂装试验，试验结果显示，经其涂刷的桥梁涂料 面至今仍牢固、光滑，显示出氟树脂涂 料优异的耐腐性和耐候性。如该桥全部采用氟树脂涂料涂刷，使用年限长达 15 年以上，可以节省大量的人力、物力、动力和资金，其经济效益和社会效益 氟树脂涂料的相关研究 12 十分显著。目前，上述领域用涂料的年需求量在 30 万吨以上。振邦牌
36、氟树脂 涂料用于金属的大气防腐，每平方米材料造价为 13 元左右，比目前采用的防腐 涂料造价（11 元/平方米）只高 18%，但是比其防护寿命延长 8-10 年，具有显著 的竞争能力。 4.2.3 船舶及海洋工程设施用涂料 船舶及海洋工程设施长期处于含有盐份的大气和海水包围中， 始终处于干湿 交替的作用下，其腐蚀问题相当严重。本公司针对这一领域开发出船舶用涂料及 海上设施防护专用涂料，在耐腐蚀、耐盐雾等方面，有优良的性能，可以应用在 船舶水线以上部分的外壳表面、货舱表面、甲板表面的涂装。振邦牌氟树脂涂 料的技术性能与船壳涂料国家标准 gb6745-88、甲板涂料 gb9261-88、货舱涂料
37、gb9262-88 的比较，各项性能指标都高于国家标准。本公司产品经大连造船厂等 用户使用，耐海水、耐腐蚀性都好于目前采用的涂料，深受用户欢迎。据化工部 海洋化工研究院统计， 目前我国民用船舶和海洋工程设施上使用的表面涂料每年 需求量量高达 5 万吨以上。可见，氟树脂涂料在这一领域的应用前景十分广阔。 4.2.4 烘烤型氟树脂涂料市场 随着我国城市高层建筑表面装饰逐步取消玻璃幕墙和瓷砖、马赛克，高层建 筑采用塑铝板作为表面装饰的数量越来越多。目前，国内塑铝板采用的高温烘烤 型氟树脂涂料主要依赖进口 PVDF 氟树脂涂料涂装，其价格高达 12-18 万元/吨。 氟树脂涂料也还将在汽车、航空、军事
38、等领域得到推广。 氟树脂涂料的相关研究 13 5 氟树脂涂料的特性的理论解释 氟涂料之所以如此受到重视 ,主要在于氟树脂及氟涂料具有优异的综合性 能 ,例如优良的耐热性、耐化学性、高度不污性和低的摩擦系数、优良的机械性 能和电性能。特别值得指出的是其超长耐候性 ,通过人工老化试验、户外暴晒等 方法 ,证明氟树脂膜的耐候性可长达 20 年之久 ,这是其它树脂所不能比拟的 (见图)。这些性能使氟涂料在建筑户外饰面中的应用日益受到人们的关注。 氟树脂涂料之所以有如上所述的优良性能，是和其微观分子结构分不开的。 下面就是一种氟树脂涂料的微观结构。从它的结构式上我们可以看到，不同的基 团对涂料性能的贡献
39、是不同的。 氟树脂涂料的相关研究 14 6 研究内容 氟树脂有良好的耐久性能，但是它本身也有的缺点，例如溶解性差，粘结性 差。为了更好的利用氟树脂涂料的优良性能，我们必须对其进行改性。本文研究 了以下几个方面： 环氧树脂对氟树脂改性； 找到溶解氟树脂的最佳溶剂； 合成丙烯酸树脂对氟树脂改性； 用钛白粉、滑石粉和基料配制白色涂料； 检测改性后涂料的耐候性（加速老实验，用紫光灯照射涂在玻璃片上 清漆），粘结性； 氟树脂涂料的相关研究 15 7 实验部分 7.1 试剂与仪器 7.1.1 试剂 名称 氢氧化钠固体（含量大于 96%） 盐酸（含量不少于 36-38%） 醋酸丁酯(A.R.) 丙酮（A.R
40、.） 乙酸乙酯（A.R.） 二甲苯（A.R.） 甲苯（A.R.） 产地 上海试剂一厂综合经营公司 上海试剂一厂 宜兴市亚盛化工厂 上海试剂总厂 宝应化学试剂厂 宜兴市亚盛化工厂 上海凌峰化学试剂有限公司（永华 精细化学品） 丁酮（化学纯） 过氧化苯甲酰（化学纯） 氟树脂 Lumiflon FEVE 聚氨酯 环氧树脂（6101） 上海化学试剂分装厂 无锡县科技实验二厂 日本旭硝子株式会社 徐州永华树脂厂 江苏无锡江利树脂厂 F2314（三氟氯乙烯与偏氟乙烯按摩尔 成都晨光化工研究所 比为 4：1 组成） 丙烯酸树脂（工业级） 甲基丙烯酸甲酯（化学纯） 丙烯酸丁酯（化学纯） 徐州永华树脂厂 上海化
41、学试剂采购供应站 上海化学试剂站中心化工厂 氟树脂涂料的相关研究 16 7.1.2 仪器 名称 分析天平 电热套 温度计 定时电动搅拌器 721 分光光度计 傅立叶红外分光光度计 紫外灯 扫描电镜（型号 S250 MK3） 三口烧瓶（100ml） 球形冷凝管 搅拌器 天津玻璃仪器厂 天津玻璃仪器厂 郑州杜甫仪器厂 产地 上海分析天平厂 北京九棵树电热套加工厂 氟树脂涂料的相关研究 17 7.2 氟树脂的溶解 7.2.1 目的 首先，F2-314 是结晶态的白色粉末，分子链扭曲在一起许多 Cl 原子被包裹 在晶体之中，不利于化学试剂的进攻，这在一定程度上造成了对其进行化学该性 的困难。其次，要让
42、氟树脂均匀的分布在漆膜中，就必须把这种白色粉末溶解。 再次， 为了涂料具有良好的耐侯性以及耐腐蚀性， 必须尽量提高涂料中的含氟量， 因此在不影响涂料附着力的情况下，应尽量提高氟树脂在溶剂中的溶解量。 7.2.2 基本原理 氟树脂在有机溶剂中的溶解度很低，这使得溶解工作变的十分困难，为了使 溶解工作有章可循，我们先解决溶剂的溶解力这个问题，按照溶解力的大小理出 实验次序。 一般来说聚合物的结构和溶剂的结构越接近， 相互溶解的能力就越大， 这被称为“相似相溶”原理。但这一规律有很大的局限性。这里介绍一种溶解度 参数这一概念。物质分子间的吸引力可用内聚力来衡量。所谓内聚能（E）使 1/2 物质分子相
43、互接近而成为液体或固体的能量。溶解度参数 =（E/ Vm） （Vm 表示物质的摩尔体积） 由于 E=Ed+Ep+Eh Ed 色散能； Ep 偶极力； Eh 氢键力. 可以得到：2 = Ed/ Vm+Eh/ Vm+Ep/ Vm= 2d + 2h + 2p 可见 可以用来衡量溶剂的溶解力。下表列出了常用溶剂的溶解度。 氟树脂涂料的相关研究 18 物质 丙酮 丁酮 三氯甲烷 苯 甲苯 乙酸乙酯 乙酸丁酯 7.2.3 实验结果 d 7.58 7.77 8.65 8.95 8.82 15.8 15.8 p 5.1 4.4 1.1 1.5 0 3.7 5.3 h 3.4 2.5 2.8 2.8 1.0 6
44、.3 7.2 9.77 9.27 9.21 9.21 8.91 17.4 18.2 依据溶解度参数依次对单一溶剂进行实验 溶剂（体积 ml/氟 树脂质量 g） 丁酮（50/1） 甲苯（50/1） 乙酸乙酯(50/1) 乙酸丁酯(50/5) 二甲苯(50/1) 丙酮(50/1) 溶解时间 min 165 300 75 90 300 210 共沸温度 78 110 76 126 139 56 现象与结果 可完全溶解，但溶解时间稍 长 部分溶解，时间太长 溶解较好，速度快 溶解较好，速度快，溶液变 粘稠，但稍有变黄 溶解太慢，且未完全溶 可完全溶解，溶解时间稍长 氟树脂涂料的相关研究 19 依据上述
45、实验确定以下实验方案 溶剂（体积 ml/氟树脂质量 g） 乙酸乙酯与二甲苯（体积比 3： 1）(50/1) 丁酮与二甲苯 （体积比 3： 1） (50/1) 乙酸丁酯、甲苯与丙酮（2：1： 1）(50/5) 溶解时 间 1 小时 共沸温度 现象与结果 74 溶解很好，且速度快 3 小时 79 溶解性一般 溶解最好，速度快， 1 小时 55 溶液变粘稠，合乎要 求 7.2.4 结果分析与讨论 由上表可以看出，单一溶剂的溶解效果不如复合溶剂的溶解效果好，而沸点 高的溶剂的溶解效果比沸点低的溶剂的溶解效果好。 其原因可能是沸点高的溶剂 在溶解时的温度高使得聚合物的振动剧烈，从而易于分散。复合溶剂种的
46、各种溶 剂有着不同的三维溶解度参数，这样在溶解过程中它们可以优势。补充作为溶解 氟树脂最好的溶剂是乙酸丁酯、甲苯与丙酮的混合液，其原因是氟树脂本身分子 中含有极性和非极性结构部分，我们选用的溶液恰好既有极性溶液，又有非极性 溶液，并且它们也都能混溶，故氟树脂溶解量明显上升。从实验中我们得出氟树 脂溶液变粘稠主要是乙酸丁酯的作用，但温度过高，乙酸丁酯容易变黄，混合液 中其它低沸点的组分保证了共沸温度降低，使这一现象得以缓解。 通过蒸馏成品得出其所选用的溶剂共沸点在 130左右。我发现丙烯酸丁酯 的沸点是 132便想用丙烯酸丁酯溶解 F2-314，结果在溶液沸腾的条件下，四小 时后丙烯酸树脂聚合。
47、通过上面实验我便产生了边聚合边溶解的想法。第三章对 氟树脂改性的实验方法就是和这种方法紧密相连的。 7.3 F2-314 的改性 7.3.1 目的 虽然 F2-314 有着非常优良的耐候性，但是由于氟树脂溶解后的流动性大固 氟树脂涂料的相关研究 20 化困难、附着力、柔韧性、伸缩性、透明性等方面存在问题，要利用其有点，克 服其缺点就必须对 F2-314 进行改性。通过查阅资料比较后，最终选择了丙烯酸 树脂和环氧树脂。 7.3.2 理论依据 7.3.2.1 丙烯酸树脂的聚合机理 合成丙烯酸树脂的基本反应为自由基反应，它分为：链引发、链增长、链终 止三个基本反应，聚合的方法有本体发法、溶液法、悬浮法根据实验室条件和实 际需要，选择溶液法较好。虽然 BPO 的引