881系列高性能氟碳涂料的研制

　　项目完成人/李运德

　　李运德作为编写组组长主编了桥梁防腐系列JT/T722《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》、JT/T695《混凝土桥梁结构防腐涂装技术条件》、JT/T694《悬索桥主缆系统防腐涂装技术条件》标准，还主编、参编了其他十余项防腐涂料及涂装标准，为规范我国防腐涂装市场做出突出贡献。

　　氟碳树脂是以含氟烯烃，如四氟乙烯（TFE）、三氟氯乙烯（CTFE）、偏二氟乙烯（VDF）、氟乙烯（VF）等为基本单元进行均聚或共聚，或以此为基础与其他单体进行共聚，以及侧链上含有氟碳化学键的单体自聚或共聚而得到的分子结构中含有较多氟碳键（F-C）的聚合物，以它为基础制成的涂料称为氟碳树脂涂料（Fluorocarbons resin Coatings）。在欧美等西方国家称之为“氟碳涂料”（Fluorocarbon Coating），日本称为氟树脂涂料，在我国习惯上称为“氟碳涂料”或“氟涂料”。

　　早期的氟碳涂料主要有以美国阿托一菲纳公司为代表，生产的PVDF树脂为主要成分的外墙耐候性氟树脂涂料，该类涂料具有超强耐候性，具体表现寿命长、不褪色、无污染和耐老化等；以美国杜邦公司为代表的PTFE特氟龙不沾涂料，主要用于不沾锅、餐具以及模具等方面，具体表现为不沾、低污染和宜清洗等。

　　PTFE、PVDF、PVF系列产品虽然性能优异，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。为了弥补氟碳涂料这些不足，主要研究方向是将氟碳树脂优异性能和某些涂料树脂优良的成膜性能及适应性结合起来。使氟碳涂料做到常温下施工，其代表是日本旭硝子公司的室外常温固化氟碳涂料--氟乙烯和羟基乙烯基醚共聚物（FEVE型氟碳涂料）Lumiflon系列产品。其产品已经可以在建筑及野外露天大型物件上现场进行施工操作，从而最大限度的拓展了氟碳涂料可应用的范围，主要应用于如：难以经常施工的塔架防腐，需要超耐候性及防腐性能的桥梁等专业领域中都可见氟碳涂料的位置。目前我国大部分氟碳产品都是FEVE氟碳涂料。而08年北京奥运会的主会场--鸟巢的钢结构所用的氟碳涂料也属于这一类型。

　　氟碳涂料的发展，其实就是其施工方法由繁到简、应用领域由窄到宽的过程，从需要高温烘烤，再到实现现场施工，从不沾锅、型材，到桥梁、汽车等各行各业这一过程，记录了氟碳涂料发展的几十年历史。

　　项目研究意义

　　我国的FEVE氟树脂涂料的发展经历了20世纪90年代市场引进期，1999年~2005年的市场拓展期，现在正步入市场发展期。在2005年《881系列高性能氟碳涂料的研究》项目立项之初，国内的氟碳涂料生产技术比较落后，只能生产低档产品，其不能满足国内消费需求。而氟碳涂料2005年需求量已超过1.2万吨。随着我国涂料行业的产业升级和产品更新换代，FEVE巨氟碳涂料获得了较快发展。FEVE氟碳漆的快速发展主要有以下几方面推动因素：（1）一大批国内氟树脂涂料厂家和氟涂料研究机构的崛起，为氟碳漆的市场竞争奠定了企业基础和技术基础；（2）国家行业主管部门的认可和氟树脂涂料行业标准的制定，为氟碳漆的发展奠定了行业基础和良好的市场发展环境；（3）国内一大批工程及各行业相继应用氟碳漆，为氟涂料的进一步发展奠定了良好的市场基础；（4）氟碳漆品种的多元化和氟碳漆市场应用的多元化及应用配套技术的完善，使氟碳漆替代具他涂料品种，实现涂料的升级换代成为现实，极大拓展了氟碳漆的市场发展空间。

　　项目应用领域与技术原理

　　该项目属于高分子材料和防腐技术领域，目的是研制一种可应用于钢铁基材、混凝土等建筑物结构，并具有高耐候性、自洁性好、防腐效果优异、环境友好的FEVE氟碳涂料面漆。

　　其简要技术原理如下：

　　（1）高耐候性

　　通过多种检测手段系统地研究不同类型FEVE氟碳涂料的耐候性、热稳定性、力学性能、耐酸碱性能和耐溶剂性能以及耐盐水性能，找出结构与性能之间的关系，为提高氟树脂和氟碳涂料的性能提供研究基础。通过优选综合性能优异、性价比突出的四氟乙烯-乙烯基醚型FEVE氟碳树脂为成膜物，通过优化固化体系、溶剂体系及助剂体系制备出了具有优良的环保特性、低MR值、优异的耐候性能和耐盐雾性能的氟碳涂料。

　　（2）自洁性

　　比较了各种方法对涂层耐沾污性和涂层耐久性的综合影响效果，重点研究了通过漆膜表面的特殊分子构造形成的亲水性而赋予涂膜表面自洁性。通过添加氟化硅氧烷亲水化剂使FEVE氟碳漆膜表面产生亲水性，从而提高涂膜的自洁性和耐粘污性。采用光电子能谱（XPS）、接触角测定仪对漆膜表面元素和与水接触角进行表征，研究了漆膜表面亲水性的形成机制。

　　（3）FEVE/CNTs纳米导静电涂膜

　　考察不同类型润湿分散助剂对碳纳米管在FEVE氟碳涂料中的分散性的影响，优选最佳润湿分散助剂，获得碳纳米管单根级的分散效果，并对制备的CNTs/FEVE纳米复合涂膜的力学性能、热稳定性和导静电性能进行了研究。

　　（4）长效太阳热反射功能

　　氟碳涂料优异的耐候性和耐沾污性，使其特别适用于制备长效太阳热反射涂料。本课题通过对红外反射颜料的筛选和复配，制备出高耐候、自洁型长效太阳热反射氟碳涂料。

　　项目创新点

　　项目系统比较研究了不同类型的FEVE氟碳涂料结构与性能的关系，找出了结构与性能之间的依赖关系，提炼出了-些富有研究指导性的规律，并选用四氟乙烯-乙烯基醚型FEVE氟碳树脂为成膜物，通过固化剂、溶剂及助剂的选择制备了漆膜外观优异，耐候性能和防腐性能突出的节能环保型氟碳面漆，并且性价比优势突出。

　　从检测结果看，具有如下性能优势：

　　（1）具有优异的耐候性。人工加速老化5000h，或海南暴晒2年，失光1级，变色0级；国内同类产品在同样老化条件下，失光3-4级，变色1-3级；

　　（2）具有优异的自洁性。通过加入氟化硅烷自清洁助剂，使得漆膜表面与水接触角≤35度，产生优异的自洁性；

　　（3）具有优异的防腐性能。耐盐雾10000h，漆膜无异常；耐10%H₂SO₄、耐10%NaOH 1000h，漆膜不变色、不失光。远高于相关标准的要求；

　　（4）具有环境友好性。VOC含量低，在大气中的溶剂释放量低；不含甲苯、二甲苯芳烃溶剂，毒性低；较低的MIR值，对环境损害小；

　　（5）具有长效太阳热反射功能。具有明显的太阳热反射功能，节约能源。白色漆膜太阳热反射率>85%，并且经过4年的户外暴晒后，太阳热反射仍能保持在80%以上。而市场上传统的太阳热反射涂料虽然初期太阳热反射性能可达到80%以上，但经过3-4年的暴晒后，太阳热发射率下降到不足50%。此外，还通过补色原理制备了具有较高太阳热反射率的灰色系涂料。

　　主要创新点如下：

　　（1）首次系统比较研究了不同类型的FEVE氟碳涂料结构与性能的关系，找出了结构与性能之间的依赖关系，归纳出一些创新性的规律；

　　（2）采用氟化硅氧烷技术，并通过配方和工艺优化，制备出快速表面亲水化的涂膜，赋予涂膜优异的自洁性；

　　（3）采用与基体树脂混溶性好、含有与CNTs能够形成锚定基团的高分子量润湿分散助剂，首次成功制备出CNTS单根分散效果的FEVE/CNTS复合涂膜；

　　（4）通过基体树脂、固化体系、溶剂体系以及助剂体系的选择，制备出了具有优异耐候性、防腐性能以及节能环保的高性能常温固化FEVE氟碳涂料。