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4.氟树脂涂料的性能比较
信息发布：靖江华通锅炉 http://www.jjshtgl.com/ 发布时间：2015/5/22
氟树脂涂料 自 1963 年聚偏氟乙烯(PVDF) 涂料成功地应用在建筑业,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 上形成了三种不同用途的氟树脂与氟涂料行业, 第一种是以美国阿托—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]。
2 氟树脂涂料发展的几个阶段
氟树脂涂料的品种发展主要经历了熔融型、溶剂可溶型、可交联固化型及水性氟树脂涂料等阶段。
2.1 熔融型氟树脂涂料 熔融型氟树脂涂料又称高温烘烤型氟树脂涂料,是最早的氟树脂涂料品种。PTFE、PVF、
PVDF 等均可制成熔融型氟树脂涂料,这些氟树脂都有很好的耐候性、耐溶剂性及耐高温性。但由于这些氟树脂涂料须 在高温下烘烤使其熔融成膜,只适合于工厂涂装,不适合现场施工。因而应用范围主要局限在电饭 锅、耐高温铝板或钢板上,从而限制了自身的发展。
2.2 溶剂可溶型氟树脂涂料
为扩大氟树脂涂料的应用范围,首先必须降低氟树脂的结晶度,提高其在有机溶剂中的溶解 度。因此,研究者们就将各种含氟单体与带侧基的乙烯单体进行共聚改性,制得了溶解性较高的氟 树脂涂料。如 VDF/ TFE/ HFP 三元共聚物、VF2/ HFP 二元共聚物涂料等。这种涂料可在较低 温度下成膜,因而拓展了氟树脂涂料的使用范围。
2.3 可交联固化型氟树脂涂料
可交联固化型氟树脂涂料是指在氟树脂中引入—OH 及—COOH 等官能团,使之可与异氰 酸酯、三聚氰胺和氨基树脂等进行交联固化。典型的可交联固化型氟树脂涂料有羟基乙烯基醚 共聚物( PFEVE) 涂料等。
2.4 水性氟树脂涂料
随着人们环保意识的加强,水性涂料将成为 21 世纪的主流产品之一,因此,水性氟树脂涂料已 成为当今涂料研究的热点。水性氟树脂涂料一般是由含氟烯烃、乙烯基醚、含羧基化合物和水 溶性氨基树脂共聚而制得。研究较多的有三氟氯乙烯共聚物涂料、四氟氯乙烯共聚物涂料及偏 氟乙烯共聚物涂料等。降低水性氟树脂涂料的成膜温度是研究的热点。目前,日本旭硝子公司的 PFEVE 乳胶成膜温度为 35~50 °C。国内水性氟树脂涂料也在积极研究之中,研究焦点也集中在 如何降低成膜温度上。
3 氟涂料的分类 氟涂料可按成膜物质、成膜机理、涂料形态和用途分类,列于表 2[4]。
表 2 氟涂料的分类
4 有机氟树脂的结构特点和性能 4.1 有机氟树脂的结构特点
氟是元素周期表中电负性****的元素, 具有最强的电负性、最低的极化率, 而原子半径仅次 于氢。氟原子取代C —H 键上的H , 形成的C —F 键极短, 而键能高达460 kJ / mol (C —H 键 能为 413kJ / mol , C —C 键能为 347 kJ / mol) [2 ] , 一般聚烯烃分子的碳链呈锯齿形, 若氟原子 替换氢原子, 由于氟原子上负电荷比较集中, 电负性大, 电子云密布, 相邻氟原子的相互排斥, 使氟原子不在同一平面内, 主链中C —C —C 键角由112°变为107°, 沿碳链作螺旋分布, 故 碳链四周被一系列性质稳定的氟原子所包围。由于 C —F 键的键能比 C —H 键的大, 氟原子 的电子云对 C —C 键的屏蔽作用较 H 原子强, 因此, C —F 键很难被热、光以及化学物品等破 坏。而氟原子的共价半径非常小, 2 个氟原子的范德华半径之和是 217 ×10 - 10 m , 2 个氟原子 正好把 2 个碳原子之间的空隙(2 个碳原子之间距离为 2154 ×10 - 10 m) 填满, 使任何反应试 剂难以插入, 保护了碳碳主链; 又因氟原子核对其核外电子及成键电子云的束缚作用较强, 氟 原子极化率低,在分子中对称分布, 整个分子是非极性的, 碳氟化合物的介电常数和损耗因子均 很小, 所以其聚合物是高度绝缘的, 化学上突出的表现是高温稳定性和化学惰性。氟化合物的分 子间凝聚力低, 空气和聚合物界面间的分子作用力小, 表面自由能低, 因此难于被液体或固体 浸润或粘着, 表面摩擦系数小, 所以赋予氟树脂优异的性能。
2 氟树脂涂料发展的几个阶段
氟树脂涂料的品种发展主要经历了熔融型、溶剂可溶型、可交联固化型及水性氟树脂涂料等阶段。
2.1 熔融型氟树脂涂料 熔融型氟树脂涂料又称高温烘烤型氟树脂涂料,是最早的氟树脂涂料品种。PTFE、PVF、
PVDF 等均可制成熔融型氟树脂涂料,这些氟树脂都有很好的耐候性、耐溶剂性及耐高温性。但由于这些氟树脂涂料须 在高温下烘烤使其熔融成膜,只适合于工厂涂装,不适合现场施工。因而应用范围主要局限在电饭 锅、耐高温铝板或钢板上,从而限制了自身的发展。
2.2 溶剂可溶型氟树脂涂料
为扩大氟树脂涂料的应用范围,首先必须降低氟树脂的结晶度,提高其在有机溶剂中的溶解 度。因此,研究者们就将各种含氟单体与带侧基的乙烯单体进行共聚改性,制得了溶解性较高的氟 树脂涂料。如 VDF/ TFE/ HFP 三元共聚物、VF2/ HFP 二元共聚物涂料等。这种涂料可在较低 温度下成膜,因而拓展了氟树脂涂料的使用范围。
2.3 可交联固化型氟树脂涂料
可交联固化型氟树脂涂料是指在氟树脂中引入—OH 及—COOH 等官能团,使之可与异氰 酸酯、三聚氰胺和氨基树脂等进行交联固化。典型的可交联固化型氟树脂涂料有羟基乙烯基醚 共聚物( PFEVE) 涂料等。
2.4 水性氟树脂涂料
随着人们环保意识的加强,水性涂料将成为 21 世纪的主流产品之一,因此,水性氟树脂涂料已 成为当今涂料研究的热点。水性氟树脂涂料一般是由含氟烯烃、乙烯基醚、含羧基化合物和水 溶性氨基树脂共聚而制得。研究较多的有三氟氯乙烯共聚物涂料、四氟氯乙烯共聚物涂料及偏 氟乙烯共聚物涂料等。降低水性氟树脂涂料的成膜温度是研究的热点。目前,日本旭硝子公司的 PFEVE 乳胶成膜温度为 35~50 °C。国内水性氟树脂涂料也在积极研究之中,研究焦点也集中在 如何降低成膜温度上。
3 氟涂料的分类 氟涂料可按成膜物质、成膜机理、涂料形态和用途分类,列于表 2[4]。
表 2 氟涂料的分类
4 有机氟树脂的结构特点和性能 4.1 有机氟树脂的结构特点
氟是元素周期表中电负性****的元素, 具有最强的电负性、最低的极化率, 而原子半径仅次 于氢。氟原子取代C —H 键上的H , 形成的C —F 键极短, 而键能高达460 kJ / mol (C —H 键 能为 413kJ / mol , C —C 键能为 347 kJ / mol) [2 ] , 一般聚烯烃分子的碳链呈锯齿形, 若氟原子 替换氢原子, 由于氟原子上负电荷比较集中, 电负性大, 电子云密布, 相邻氟原子的相互排斥, 使氟原子不在同一平面内, 主链中C —C —C 键角由112°变为107°, 沿碳链作螺旋分布, 故 碳链四周被一系列性质稳定的氟原子所包围。由于 C —F 键的键能比 C —H 键的大, 氟原子 的电子云对 C —C 键的屏蔽作用较 H 原子强, 因此, C —F 键很难被热、光以及化学物品等破 坏。而氟原子的共价半径非常小, 2 个氟原子的范德华半径之和是 217 ×10 - 10 m , 2 个氟原子 正好把 2 个碳原子之间的空隙(2 个碳原子之间距离为 2154 ×10 - 10 m) 填满, 使任何反应试 剂难以插入, 保护了碳碳主链; 又因氟原子核对其核外电子及成键电子云的束缚作用较强, 氟 原子极化率低,在分子中对称分布, 整个分子是非极性的, 碳氟化合物的介电常数和损耗因子均 很小, 所以其聚合物是高度绝缘的, 化学上突出的表现是高温稳定性和化学惰性。氟化合物的分 子间凝聚力低, 空气和聚合物界面间的分子作用力小, 表面自由能低, 因此难于被液体或固体 浸润或粘着, 表面摩擦系数小, 所以赋予氟树脂优异的性能。
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