881系列高性能氟碳涂料的研制

　　項目完成人/李運德

　　李運德作為編寫組組長主編了橋梁防腐系列JT/T722《公路橋梁鋼結構防腐涂裝技術條件》、JT/T695《混凝土橋梁結構防腐涂裝技術條件》、JT/T694《懸索橋主纜系統防腐涂裝技術條件》標準，還主編、參編了其他十余項防腐涂料及涂裝標準，為規范我國防腐涂裝市場做出突出貢獻。

　　氟碳樹脂是以含氟烯烴，如四氟乙烯（TFE）、三氟氯乙烯（CTFE）、偏二氟乙烯（VDF）、氟乙烯（VF）等為基本單元進行均聚或共聚，或以此為基礎與其他單體進行共聚，以及側鏈上含有氟碳化學鍵的單體自聚或共聚而得到的分子結構中含有較多氟碳鍵（F-C）的聚合物，以它為基礎制成的涂料稱為氟碳樹脂涂料（Fluorocarbons resin Coatings）。在歐美等西方國家稱之為“氟碳涂料”（Fluorocarbon Coating），日本稱為氟樹脂涂料，在我國習慣上稱為“氟碳涂料”或“氟涂料”。

　　早期的氟碳涂料主要有以美國阿托一菲納公司為代表，生產的PVDF樹脂為主要成分的外墻耐候性氟樹脂涂料，該類涂料具有超強耐候性，具體表現壽命長、不褪色、無污染和耐老化等；以美國杜邦公司為代表的PTFE特氟龍不沾涂料，主要用于不沾鍋、餐具以及模具等方面，具體表現為不沾、低污染和宜清洗等。

　　PTFE、PVDF、PVF系列產品雖然性能優異，但是存在溶解性差、需要高溫烘烤成膜、光澤低等缺點，使其應用范圍受到限制。為了彌補氟碳涂料這些不足，主要研究方向是將氟碳樹脂優異性能和某些涂料樹脂優良的成膜性能及適應性結合起來。使氟碳涂料做到常溫下施工，其代表是日本旭硝子公司的室外常溫固化氟碳涂料--氟乙烯和羥基乙烯基醚共聚物（FEVE型氟碳涂料）Lumiflon系列產品。其產品已經可以在建筑及野外露天大型物件上現場進行施工操作，從而最大限度的拓展了氟碳涂料可應用的范圍，主要應用于如：難以經常施工的塔架防腐，需要超耐候性及防腐性能的橋梁等專業領域中都可見氟碳涂料的位置。目前我國大部分氟碳產品都是FEVE氟碳涂料。而08年北京奧運會的主會場--鳥巢的鋼結構所用的氟碳涂料也屬于這一類型。

　　氟碳涂料的發展，其實就是其施工方法由繁到簡、應用領域由窄到寬的過程，從需要高溫烘烤，再到實現現場施工，從不沾鍋、型材，到橋梁、汽車等各行各業這一過程，記錄了氟碳涂料發展的幾十年歷史。

　　項目研究意義

　　我國的FEVE氟樹脂涂料的發展經歷了20世紀90年代市場引進期，1999年~2005年的市場拓展期，現在正步入市場發展期。在2005年《881系列高性能氟碳涂料的研究》項目立項之初，國內的氟碳涂料生產技術比較落后，只能生產低檔產品，其不能滿足國內消費需求。而氟碳涂料2005年需求量已超過1.2萬噸。隨著我國涂料行業的產業升級和產品更新換代，FEVE巨氟碳涂料獲得了較快發展。FEVE氟碳漆的快速發展主要有以下幾方面推動因素：（1）一大批國內氟樹脂涂料廠家和氟涂料研究機構的崛起，為氟碳漆的市場競爭奠定了企業基礎和技術基礎；（2）國家行業主管部門的認可和氟樹脂涂料行業標準的制定，為氟碳漆的發展奠定了行業基礎和良好的市場發展環境；（3）國內一大批工程及各行業相繼應用氟碳漆，為氟涂料的進一步發展奠定了良好的市場基礎；（4）氟碳漆品種的多元化和氟碳漆市場應用的多元化及應用配套技術的完善，使氟碳漆替代具他涂料品種，實現涂料的升級換代成為現實，極大拓展了氟碳漆的市場發展空間。

　　項目應用領域與技術原理

　　該項目屬于高分子材料和防腐技術領域，目的是研制一種可應用于鋼鐵基材、混凝土等建筑物結構，并具有高耐候性、自潔性好、防腐效果優異、環境友好的FEVE氟碳涂料面漆。

　　其簡要技術原理如下：

　　（1）高耐候性

　　通過多種檢測手段系統地研究不同類型FEVE氟碳涂料的耐候性、熱穩定性、力學性能、耐酸堿性能和耐溶劑性能以及耐鹽水性能，找出結構與性能之間的關系，為提高氟樹脂和氟碳涂料的性能提供研究基礎。通過優選綜合性能優異、性價比突出的四氟乙烯-乙烯基醚型FEVE氟碳樹脂為成膜物，通過優化固化體系、溶劑體系及助劑體系制備出了具有優良的環保特性、低MR值、優異的耐候性能和耐鹽霧性能的氟碳涂料。

　　（2）自潔性

　　比較了各種方法對涂層耐沾污性和涂層耐久性的綜合影響效果，重點研究了通過漆膜表面的特殊分子構造形成的親水性而賦予涂膜表面自潔性。通過添加氟化硅氧烷親水化劑使FEVE氟碳漆膜表面產生親水性，從而提高涂膜的自潔性和耐粘污性。采用光電子能譜（XPS）、接觸角測定儀對漆膜表面元素和與水接觸角進行表征，研究了漆膜表面親水性的形成機制。

　　（3）FEVE/CNTs納米導靜電涂膜

　　考察不同類型潤濕分散助劑對碳納米管在FEVE氟碳涂料中的分散性的影響，優選最佳潤濕分散助劑，獲得碳納米管單根級的分散效果，并對制備的CNTs/FEVE納米復合涂膜的力學性能、熱穩定性和導靜電性能進行了研究。

　　（4）長效太陽熱反射功能

　　氟碳涂料優異的耐候性和耐沾污性，使其特別適用于制備長效太陽熱反射涂料。本課題通過對紅外反射顏料的篩選和復配，制備出高耐候、自潔型長效太陽熱反射氟碳涂料。

　　項目創新點

　　項目系統比較研究了不同類型的FEVE氟碳涂料結構與性能的關系，找出了結構與性能之間的依賴關系，提煉出了-些富有研究指導性的規律，并選用四氟乙烯-乙烯基醚型FEVE氟碳樹脂為成膜物，通過固化劑、溶劑及助劑的選擇制備了漆膜外觀優異，耐候性能和防腐性能突出的節能環保型氟碳面漆，并且性價比優勢突出。

　　從檢測結果看，具有如下性能優勢：

　　（1）具有優異的耐候性。人工加速老化5000h，或海南暴曬2年，失光1級，變色0級；國內同類產品在同樣老化條件下，失光3-4級，變色1-3級；

　　（2）具有優異的自潔性。通過加入氟化硅烷自清潔助劑，使得漆膜表面與水接觸角≤35度，產生優異的自潔性；

　　（3）具有優異的防腐性能。耐鹽霧10000h，漆膜無異常；耐10%H₂SO₄、耐10%NaOH 1000h，漆膜不變色、不失光。遠高于相關標準的要求；

　　（4）具有環境友好性。VOC含量低，在大氣中的溶劑釋放量低；不含甲苯、二甲苯芳烴溶劑，毒性低；較低的MIR值，對環境損害小；

　　（5）具有長效太陽熱反射功能。具有明顯的太陽熱反射功能，節約能源。白色漆膜太陽熱反射率>85%，并且經過4年的戶外暴曬后，太陽熱反射仍能保持在80%以上。而市場上傳統的太陽熱反射涂料雖然初期太陽熱反射性能可達到80%以上，但經過3-4年的暴曬后，太陽熱發射率下降到不足50%。此外，還通過補色原理制備了具有較高太陽熱反射率的灰色系涂料。

　　主要創新點如下：

　　（1）首次系統比較研究了不同類型的FEVE氟碳涂料結構與性能的關系，找出了結構與性能之間的依賴關系，歸納出一些創新性的規律；

　　（2）采用氟化硅氧烷技術，并通過配方和工藝優化，制備出快速表面親水化的涂膜，賦予涂膜優異的自潔性；

　　（3）采用與基體樹脂混溶性好、含有與CNTs能夠形成錨定基團的高分子量潤濕分散助劑，首次成功制備出CNTS單根分散效果的FEVE/CNTS復合涂膜；

　　（4）通過基體樹脂、固化體系、溶劑體系以及助劑體系的選擇，制備出了具有優異耐候性、防腐性能以及節能環保的高性能常溫固化FEVE氟碳涂料。