摘要：本文針對純氟碳粉末涂料在附著力，顏料潤濕差的缺陷，從降低成本和推廣應用的角度出發，采用氟碳樹脂體系和聚酯樹脂體系的復合方式，優選無極陶瓷顏料，研制出一種性價比高的氟碳-聚酯復合型超耐候粉末涂料。

引言 

20世紀末，日本大金開發出氟烯烴-乙烯基醚為基體的熱固性粉末氟涂料，并建成了工業化裝置。

1991年，新西蘭ORICA粉末涂料公司首次開發出PVF3氟烯烴-乙烯基醚為基體的熱固性氟樹脂粉末涂料，其顏料分散性優，且100℃左右熔融，可用一般粉末涂裝方法施工，是第二代氟碳粉末涂料涂料在線coatingol.com。

熱固性氟碳粉末涂料和其他普通粉末涂料（如環氧、聚酯等）相比，熔融溫度、烘烤溫度、涂裝工藝相似，但是性能（如耐化學、耐候性）卻是普通環氧、聚酯樹脂粉末涂料的數倍。

據資料介紹，其加速耐候性試驗300h，光澤保持率為82%~90%，幾乎沒有發生老化；鹽霧試驗4000h不變，耐久性可望達30a以上，遠超現有耐候性粉末涂料。

然而純氟碳體系粉末涂料在附著力、顏填料潤濕性等方面的先天不足，加上其高昂的材料成本，使得純氟碳體系的粉末涂料在市場應用推廣上進展緩慢。

本文針對純氟碳體系的弊端、以及從降低成本的角度出發，采取氟碳體系和聚酯體系復合的方式來研究一種性價比更高的超耐候粉末涂料。

1、試驗部分

1.1 配方原材料    

氟碳-聚酯復合型超耐候粉末涂料基礎配方如表1所示。

1.2 試驗設備

試驗設備：電子天平、擠出機、磨粉機、靜電噴槍、烘箱、鹽霧試驗箱、測厚儀、人工加工老化試驗箱、沖擊儀等。

1.3 試驗方法

配方稱量原材料，混合均勻，用雙螺桿擠出機擠出，破碎后，用高速粉碎機粉碎，過180目標準篩，所得的粉末涂料采用靜電噴涂，固化時間為200℃/15min，然后進行各項測試。

2、結果與討論
    

氟碳涂料具有超耐候性能主要有以下2個原因：對于在戶外使用的有機高分子聚合物，當其吸收了一個能量大于其化學鍵鍵能的光子時，便可以造成斷鍵，從而使化合物遭到破壞。

C-F鍵鍵長為0.135nm，相應的共價鍵能為543.6KJ/mol，該鍵能已接近紫外光中能量最大的光波（200nm），相當于220nm光子的能量，而大于220nm的光在全部紫外光中所占比例又很小。

在可見光到紫外光范圍內能造成C-F鍵破壞的可能性極小，亦即難以降解氟碳高聚物；除了上述的是將氟原子引入到聚合物中之外，高鍵能的C-F鍵則把低鍵能的C-C鍵完全保護起來，這就使得FEVE氟碳樹脂高耐候性和高耐化學藥品性。

從原理上來看，氟碳樹脂和聚酯樹脂復合的比例是影響其耐候性能的關鍵，選擇合適的復合比例，使氟碳體系和聚酯體系的互補互優，既能改善氟碳體系的潤濕性能，提高附著力，改善其機械性能，又能彌補純聚酯體系的耐候性能。

2.1 氟碳樹脂的選擇

作為本文重點的研究內容氟碳-聚酯復合體系耐候性的主要有氟碳樹脂、異氰酸酯固化體系以及顏填料的種類及配比所決定。

但是考慮到研發開發周期較短，而對于氟碳的耐老化及鹽霧性能的測試周期非常的長，一次完整的鹽霧試驗需要5-6個月的時間。

因此，通過測試涂膜的長期性能然后根據測試結果反饋到配方設計上的研究方法是不現實的。

與其它涂料相比，氟碳涂料除了耐候性能十分優異之外，其耐化學性使常規涂料無法比擬的；而且氟碳樹脂具備以上兩個方面優秀性能的原因都是來源于氟碳鍵高健能和屏蔽效應，從而我們認為氟碳耐候性能與耐化學性是互相對應的。

因此，通過對不同種類氟碳樹脂與異氰酸酯固化涂膜的耐堿性能作對比，以此篩選出預期耐候性能較佳的成膜體系。

2#與5#實驗對比了兩種氟碳樹脂的性能，兩種樹脂的技術參數十分接近相當，得到的結果卻有一定差別。

原因可能在氟碳樹脂的分子結構中主鏈上F原子與其他基團原子不是呈ABAB規整排列或者但F原子不是連接在C-C主鏈上，F原子在分子中不能對C-C鏈起“屏蔽作用”，使得所配置的涂料耐堿性能也有所下降。

通過以上對比，選定了耐堿性能更好的氟碳樹脂1。

試驗1#-4#主要比較了三種類型的異氰酸酯固化劑，配方1#選用了六亞甲基異氰酸酯（HDI）。

試驗結果顯示其沖擊性能較為優異，但耐堿性能在4組配方中最差。配方2#使用了己內酰胺封端的二聚體異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI），其無論沖擊性能還是耐堿性能都是對比試驗中最優的。

配方3#、4#都采用了三聚體IPDI，考慮到其自封閉結構，配方4#中加入了有機錫類催化劑（DBTL），兩個配方得到了相仿的性能，總體性能一般。

與外封閉型IPDI相比，內封閉型的IPDI由于是三聚體，軟化點較高，并與氟碳樹脂有較大差距。

前面已討論了解決氟碳體系相容性的重要性，兩者軟化點差別較大必然導致相容性減弱，從而影響涂層性能。這也可以理解，加入催化劑后，涂層性能并無提高的現象。

綜合所述，選取了相容性及耐化學性較好的外封閉型IPDI為氟碳體系的固化劑。

2.2 氟碳樹脂與聚酯的不同比例的選擇    

氟碳樹脂的潤濕性能極差，樣板成膜效果不好，一般來說，認為這是樹脂的黏度太大導致的。

然而，以旋轉黏度計測量得到的氟碳樹脂的黏度值較小，僅為常用聚酯樹脂黏度的一半。究其原因，氟碳樹脂的潤濕性能差是其本身結構所決定的。

由于氟碳樹脂的弱極性，對于其他組分的潤濕性較差。這樣，一方面樹脂不能與固化劑很好地結合，另一方面成膜物質不能對顏填料很好地包裹，從而導致涂膜機械及耐候性能大幅下降。

雖然，樹脂合成時一般引入羧基，以提高樹脂對顏料的潤濕性，但過量的羧基會降低涂膜的交聯程度。

因此，通過氟碳樹脂體系和聚酯樹脂體系的復合，來改善純氟碳體系存在的潤濕性差的問題成為一個優選的思路。而氟碳樹脂體系和聚酯樹脂體系的配比是復合成功與否的關鍵。

下面探討不同的氟碳樹脂和聚酯樹脂的復合配比情況下，涂層的各種機械性能的情況，以及不同配比對涂層人工加速老化的影響，從而篩選出合適的氟碳樹脂和聚酯樹脂的復合比例，制備氟碳-聚酯復合型超耐候粉末涂料。

從表3實驗數據不難看出，聚酯樹脂的加入顯著的改善了純氟碳體系在附著力上的缺陷以及其機械性能。同時氟碳樹脂的加入，顯著的提高了聚酯體系的耐候性能以及耐堿性能。

在氟碳-聚酯復合體系中，隨著氟碳/聚酯的比例的變化，其耐候性能在一定的范圍內和氟碳的占比呈正比，當氟碳的占比增加到一定的限度時，其耐候性能的不再提高。在復合體系中，氟碳/聚酯的復合比例在1:1時，其耐候性能是較佳。

2.3 顏料的影響

由于氟碳體系潤濕性能差，對于顏料的選擇顯得十分苛刻，首要條件是吸油量不能太大，其次對顏料粒徑也有一定要求。

同時在粉末涂料領域里，通常深色系列的涂層其耐老化性能和淺色系列相差較大，這與顏料的選擇有很大的關系。故研究超耐候的粉末涂料，顏料的影響是必須考慮在內。

表4的實驗結果表明，在同等的條件下，無機陶瓷顏料的保光和保色明顯優于普通的無機顏料和有機顏料以及鋁顏料。無機陶瓷顏料不會因日光、化學物質和熱侵襲而受到影響。

他們與氟碳-聚酯復合體系的相容性也比較好，他們極大的惰性防止其從涂層中發生遷移。因此，在氟碳-聚酯復合體系中，顏料的選擇首選無機陶瓷顏料。

2.4 涂裝條件的影響

氟碳-聚酯復合型粉末涂料對于板材前處理的要求較高，一般用于鋁材噴涂。施工前必須確保鋁板清洗干凈并作鈍化處理。

氟碳粉末涂料噴涂工藝與一般粉末涂料類似，可采用靜電噴涂的方式，噴涂厚度控制在50-70um，在200℃/15min烘烤固化即可。

3、結語

與其他涂料相比，氟碳涂料除了耐候性能十分優異之外，其耐化學性也是常規涂料無法比擬的；而且氟碳樹脂具備以上兩個方面優秀性能的原因都是源于氟碳鍵高健能和屏蔽效應，從而我們認為氟碳耐候性能與耐化學性是互相對應的。

同時，聚酯樹脂體系的引入，解決了純氟碳體系存在的潤濕性缺陷，提高涂層的機械性能。

通過上述研究發現：采氟碳樹脂體系和聚酯樹脂體系復合的方式，既能克服純氟碳體系在附著力和顏料潤濕的先天不足，又能提高純聚酯體系的耐候性能，制備出一種性價比高的超耐候粉末涂料。

同時通過顏料的篩選研究，優化配方，選用無機陶瓷顏料為氟碳-聚酯復合體系的顏料，提高其耐候性能。