2.5 粉末型FEVE氟碳樹脂[19-21]
氟碳粉末涂料主要有兩大類:一類以PVDF(偏氟乙烯)、ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)、ECTFE(乙烯-三氟氯乙烯共聚物)樹脂為基料的熱塑性氟碳粉末涂料;另一類是以三氟氯乙烯/四氟乙烯/乙烯基醚及官能單體共聚而成的固體FEVE氟樹脂,用于生產熱固性氟碳粉末涂料。
20世紀末,日本大金公司和旭硝子公司相繼開發出以氟烯烴-乙烯基醚為基體的熱固性粉末氟碳涂料,并建成了工業化裝置,開始推廣應用。國內大連振邦氟涂料有限公司在進行熱固性氟碳涂料的研究工作。
熱固性氟碳粉末涂料特性:顏料分散性優異、烘烤溫度和涂裝工藝與普通粉末涂料相似;優異的耐化學性能、耐候性、高裝飾性。應用領域:橋梁、門窗、圍墻、家用標色材料等建筑材料、汽車車體、家電產品。
3 FEVE氟碳涂料的性能
3.1 FEVE氟碳涂料的耐候性
由于氟原子與碳原子之間形成的F-C 鍵鍵能(486KJ/mol)極大,從而使紫外線難以離解C-F鍵。再由于氟原子電負性極大(4.0) , 原子半徑(1.35 Å) 比氫原子(1.1-1.2 Å)大, 致使未成鍵的原子間排斥力大, 使C-C 主鍵形成一種螺旋結構, 碳鏈上的氟原子可相互緊密接觸,將C-C 鍵覆蓋形成一個完整圓柱體, 對C-C 鍵起著屏蔽性保護作用?;谏鲜鎏攸c, 氟碳涂層具有極為優良的耐熱性、耐候性和耐化學藥品性。
對于FEVE氟碳涂料除了一般氟碳涂料的結構原因外,更重要的原因是氟烯烴單元和乙烯基醚單元的交替共聚結構,結構穩定的氟單元保護了不夠穩定的乙烯基單元,提供了FEVE氟樹脂優異的耐候性。超常的耐候性是FEVE氟碳涂料的最重要特性。
經陽光型人工加速老化試驗,Lumiflon樹脂涂膜經過10000h試驗,保光率維持在80%以上,對應試驗的有機硅改性丙烯酸樹脂在3000h降低到50%,丙烯酸聚氨酯樹脂2000h降低到10%,體現出Lumiflon樹脂涂膜超常的耐候性。FEVE氟碳涂層通過日光型碳弧燈5000h加速老化試驗,漆膜的力學性能、對CO2,O2的滲透率,漆膜的粘彈特性基本維持不變[22]。
日本學者在沖繩等地進行的大氣曝曬試驗結果證明,經10年的大氣曝曬試驗FEVE顯示出和PVDF一樣維持了高的光澤保持率[23]。1994年,美國阿托芬納公司[24]在美國佛羅里達州邁阿密進行了FEVE和PVDF的對照試驗,PVDF涂料在12.5年的后保光率維持在95%左右,而FEVE涂料在曝曬5年后,光澤保持率開始急劇下降。
李運德等[25]通過自然老化試驗和環境掃描電鏡(ESEM)研究并比較了FEVE氟碳涂料和丙烯酸聚氨酯涂料在不同曝曬地區的耐候性差異。結果表明,FEVE氟碳涂料的耐候性遠遠優于丙烯酸聚氨酯涂料;FEVE氟碳涂料對濕熱、鹽霧環境較敏感,而對單純強紫外線照射環境以及工業腐蝕環境不敏感。
杜存山等[26]研究了適用于青藏線補強的JHRF柔性氟碳涂料。該涂料氟含量≥24%,具有非常優異的耐候性能,紫外冷凝加速老化12000h后保光率維持在70%以上。李運德[8]通過自然老化、人工加速老化、ESEM分析研究了不同類型FEVE氟碳涂料的耐候性。結果表明: FEVE氟碳涂料具有非常優異的耐候性;具有更大交替性的醚類單體和位阻型大單體合成的FEVE氟碳樹脂具有更優異的耐候性。
3.2 FEVE氟碳涂料的其它性能
耐候性是FEVE氟碳涂料的最主要特征,而其耐鹽霧性能、耐化學品性能、熱穩定性等防腐耐久性能 也受到廣泛關注。
FEVE氟碳涂料具有優異的耐鹽霧性能[27]。Lumiflon室溫固化氟碳涂料及國產三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚的FEVE氟碳涂料按照ASTM B 117的標準檢測,皆能通過3000 h。1997年天津燈塔涂料股份有限公司研制的飛機蒙皮漆經2500 h耐鹽霧試驗,涂膜基本無變化。三愛富中昊化工新材料有限公司研制的“白氟碳有光瓷漆”,按照GB/T 1771檢測,樣板經5016 h中性鹽霧試驗,漆膜無變化,評為1級。
FEVE氟樹脂也具有良好的耐化學腐蝕性能。潘文艷等[28]制備了三套配套體系,面漆分別采用鐵道部標準推薦的配套面漆,分別為:灰鋁粉石墨醇酸面漆,丙烯酸聚氨酯面漆和FEVE氟碳面漆,通過試驗比較FEVE比其它兩類面漆性能優越。有文獻報到[29],FEVE氟碳涂料在化學介質中浸泡,在臨界溫度和臨界濃度以下時,涂層的耐腐蝕性較好,超過臨界溫度和臨界濃度時耐腐蝕性急劇下降。李運德等[30] 研究表明各種類型FEVE氟碳涂料的耐10%H2SO4性能優異(四氟乙烯-醋酸乙烯酯類型稍差);乙烯基醚或大單體共聚類型的FEVE氟碳涂料具有優異的耐10%NaOH性能,而醋酸乙烯酯共聚型FEVE氟碳涂料經過60d10%NaOH浸泡試驗后出現嚴重失光和變色。
由于化學組成和分子鏈結構的差異,不同FEVE氟碳涂料在耐熱性方面呈現一定的差異性[31]:四氟乙烯單體比三氟氯乙烯單體、醚類單體比酯類單體共聚的氟樹脂具有更好的耐熱性,氟單體含量提高、引發劑殘留量降低、分子量分布較窄均會對提高熱穩定性有利。一般地,三氟氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物長期使用溫度上限在120℃~140℃;三氟乙烯-乙烯基醚共聚物、四氟乙烯共聚物長期使用溫度上限在140℃~160℃。