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4.氟樹(shù)脂涂料的性能比較
信息發(fā)布：靖江華通鍋爐 http://www.jjshtgl.com/ 發(fā)布時(shí)間：2015/5/22
氟樹(shù)脂涂料 自 1963 年聚偏氟乙烯(PVDF) 涂料成功地應(yīng)用在建筑業(yè),涂覆于裝飾板材上以來(lái),氟樹(shù)脂涂 料已經(jīng)走過(guò)了近 40 年的發(fā)展歷程,氟樹(shù)脂涂料以其獨(dú)特的性能經(jīng)受住了歷史的考驗(yàn)。目前國(guó)際 上形成了三種不同用途的氟樹(shù)脂與氟涂料行業(yè), 第一種是以美國(guó)阿托—菲納公司生產(chǎn)的PVDF 樹(shù)脂為主要成分的外墻高耐候性氟樹(shù)脂涂料, 具有超強(qiáng)耐候性;第二種是以美國(guó)杜邦公司為代表 的特氟龍不粘涂料, 主要用于不粘鍋、不粘餐具及不粘模具等方面; 第三種是以日本旭硝子為代 表的室外常溫固化氟樹(shù)脂涂料, 主要應(yīng)用于橋梁、電視塔等難以經(jīng)常施工的塔架防腐等[1]。
2 氟樹(shù)脂涂料發(fā)展的幾個(gè)階段
氟樹(shù)脂涂料的品種發(fā)展主要經(jīng)歷了熔融型、溶劑可溶型、可交聯(lián)固化型及水性氟樹(shù)脂涂料等階段。
2.1 熔融型氟樹(shù)脂涂料 熔融型氟樹(shù)脂涂料又稱高溫烘烤型氟樹(shù)脂涂料,是最早的氟樹(shù)脂涂料品種。PTFE、PVF、
PVDF 等均可制成熔融型氟樹(shù)脂涂料,這些氟樹(shù)脂都有很好的耐候性、耐溶劑性及耐高溫性。但由于這些氟樹(shù)脂涂料須 在高溫下烘烤使其熔融成膜,只適合于工廠涂裝,不適合現(xiàn)場(chǎng)施工。因而應(yīng)用范圍主要局限在電飯 鍋、耐高溫鋁板或鋼板上,從而限制了自身的發(fā)展。
2.2 溶劑可溶型氟樹(shù)脂涂料
為擴(kuò)大氟樹(shù)脂涂料的應(yīng)用范圍,首先必須降低氟樹(shù)脂的結(jié)晶度,提高其在有機(jī)溶劑中的溶解 度。因此,研究者們就將各種含氟單體與帶側(cè)基的乙烯單體進(jìn)行共聚改性,制得了溶解性較高的氟 樹(shù)脂涂料。如 VDF/ TFE/ HFP 三元共聚物、VF2/ HFP 二元共聚物涂料等。這種涂料可在較低 溫度下成膜,因而拓展了氟樹(shù)脂涂料的使用范圍。
2.3 可交聯(lián)固化型氟樹(shù)脂涂料
可交聯(lián)固化型氟樹(shù)脂涂料是指在氟樹(shù)脂中引入—OH 及—COOH 等官能團(tuán),使之可與異氰 酸酯、三聚氰胺和氨基樹(shù)脂等進(jìn)行交聯(lián)固化。典型的可交聯(lián)固化型氟樹(shù)脂涂料有羥基乙烯基醚 共聚物( PFEVE) 涂料等。
2.4 水性氟樹(shù)脂涂料
隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),水性涂料將成為 21 世紀(jì)的主流產(chǎn)品之一,因此,水性氟樹(shù)脂涂料已 成為當(dāng)今涂料研究的熱點(diǎn)。水性氟樹(shù)脂涂料一般是由含氟烯烴、乙烯基醚、含羧基化合物和水 溶性氨基樹(shù)脂共聚而制得。研究較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。降低水性氟樹(shù)脂涂料的成膜溫度是研究的熱點(diǎn)。目前,日本旭硝子公司的 PFEVE 乳膠成膜溫度為 35~50 °C。國(guó)內(nèi)水性氟樹(shù)脂涂料也在積極研究之中,研究焦點(diǎn)也集中在 如何降低成膜溫度上。
3 氟涂料的分類 氟涂料可按成膜物質(zhì)、成膜機(jī)理、涂料形態(tài)和用途分類,列于表 2[4]。
表 2 氟涂料的分類
4 有機(jī)氟樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能 4.1 有機(jī)氟樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
氟是元素周期表中電負(fù)性****的元素, 具有最強(qiáng)的電負(fù)性、最低的極化率, 而原子半徑僅次 于氫。氟原子取代C —H 鍵上的H , 形成的C —F 鍵極短, 而鍵能高達(dá)460 kJ / mol (C —H 鍵 能為 413kJ / mol , C —C 鍵能為 347 kJ / mol) [2 ] , 一般聚烯烴分子的碳鏈呈鋸齒形, 若氟原子 替換氫原子, 由于氟原子上負(fù)電荷比較集中, 電負(fù)性大, 電子云密布, 相鄰氟原子的相互排斥, 使氟原子不在同一平面內(nèi), 主鏈中C —C —C 鍵角由112°變?yōu)?07°, 沿碳鏈作螺旋分布, 故 碳鏈四周被一系列性質(zhì)穩(wěn)定的氟原子所包圍。由于 C —F 鍵的鍵能比 C —H 鍵的大, 氟原子 的電子云對(duì) C —C 鍵的屏蔽作用較 H 原子強(qiáng), 因此, C —F 鍵很難被熱、光以及化學(xué)物品等破 壞。而氟原子的共價(jià)半徑非常小, 2 個(gè)氟原子的范德華半徑之和是 217 ×10 - 10 m , 2 個(gè)氟原子 正好把 2 個(gè)碳原子之間的空隙(2 個(gè)碳原子之間距離為 2154 ×10 - 10 m) 填滿, 使任何反應(yīng)試 劑難以插入, 保護(hù)了碳碳主鏈; 又因氟原子核對(duì)其核外電子及成鍵電子云的束縛作用較強(qiáng), 氟 原子極化率低,在分子中對(duì)稱分布, 整個(gè)分子是非極性的, 碳氟化合物的介電常數(shù)和損耗因子均 很小, 所以其聚合物是高度絕緣的, 化學(xué)上突出的表現(xiàn)是高溫穩(wěn)定性和化學(xué)惰性。氟化合物的分 子間凝聚力低, 空氣和聚合物界面間的分子作用力小, 表面自由能低, 因此難于被液體或固體 浸潤(rùn)或粘著, 表面摩擦系數(shù)小, 所以賦予氟樹(shù)脂優(yōu)異的性能。
2 氟樹(shù)脂涂料發(fā)展的幾個(gè)階段
氟樹(shù)脂涂料的品種發(fā)展主要經(jīng)歷了熔融型、溶劑可溶型、可交聯(lián)固化型及水性氟樹(shù)脂涂料等階段。
2.1 熔融型氟樹(shù)脂涂料 熔融型氟樹(shù)脂涂料又稱高溫烘烤型氟樹(shù)脂涂料,是最早的氟樹(shù)脂涂料品種。PTFE、PVF、
PVDF 等均可制成熔融型氟樹(shù)脂涂料,這些氟樹(shù)脂都有很好的耐候性、耐溶劑性及耐高溫性。但由于這些氟樹(shù)脂涂料須 在高溫下烘烤使其熔融成膜,只適合于工廠涂裝,不適合現(xiàn)場(chǎng)施工。因而應(yīng)用范圍主要局限在電飯 鍋、耐高溫鋁板或鋼板上,從而限制了自身的發(fā)展。
2.2 溶劑可溶型氟樹(shù)脂涂料
為擴(kuò)大氟樹(shù)脂涂料的應(yīng)用范圍,首先必須降低氟樹(shù)脂的結(jié)晶度,提高其在有機(jī)溶劑中的溶解 度。因此,研究者們就將各種含氟單體與帶側(cè)基的乙烯單體進(jìn)行共聚改性,制得了溶解性較高的氟 樹(shù)脂涂料。如 VDF/ TFE/ HFP 三元共聚物、VF2/ HFP 二元共聚物涂料等。這種涂料可在較低 溫度下成膜,因而拓展了氟樹(shù)脂涂料的使用范圍。
2.3 可交聯(lián)固化型氟樹(shù)脂涂料
可交聯(lián)固化型氟樹(shù)脂涂料是指在氟樹(shù)脂中引入—OH 及—COOH 等官能團(tuán),使之可與異氰 酸酯、三聚氰胺和氨基樹(shù)脂等進(jìn)行交聯(lián)固化。典型的可交聯(lián)固化型氟樹(shù)脂涂料有羥基乙烯基醚 共聚物( PFEVE) 涂料等。
2.4 水性氟樹(shù)脂涂料
隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),水性涂料將成為 21 世紀(jì)的主流產(chǎn)品之一,因此,水性氟樹(shù)脂涂料已 成為當(dāng)今涂料研究的熱點(diǎn)。水性氟樹(shù)脂涂料一般是由含氟烯烴、乙烯基醚、含羧基化合物和水 溶性氨基樹(shù)脂共聚而制得。研究較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。降低水性氟樹(shù)脂涂料的成膜溫度是研究的熱點(diǎn)。目前,日本旭硝子公司的 PFEVE 乳膠成膜溫度為 35~50 °C。國(guó)內(nèi)水性氟樹(shù)脂涂料也在積極研究之中,研究焦點(diǎn)也集中在 如何降低成膜溫度上。
3 氟涂料的分類 氟涂料可按成膜物質(zhì)、成膜機(jī)理、涂料形態(tài)和用途分類,列于表 2[4]。
表 2 氟涂料的分類
4 有機(jī)氟樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能 4.1 有機(jī)氟樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
氟是元素周期表中電負(fù)性****的元素, 具有最強(qiáng)的電負(fù)性、最低的極化率, 而原子半徑僅次 于氫。氟原子取代C —H 鍵上的H , 形成的C —F 鍵極短, 而鍵能高達(dá)460 kJ / mol (C —H 鍵 能為 413kJ / mol , C —C 鍵能為 347 kJ / mol) [2 ] , 一般聚烯烴分子的碳鏈呈鋸齒形, 若氟原子 替換氫原子, 由于氟原子上負(fù)電荷比較集中, 電負(fù)性大, 電子云密布, 相鄰氟原子的相互排斥, 使氟原子不在同一平面內(nèi), 主鏈中C —C —C 鍵角由112°變?yōu)?07°, 沿碳鏈作螺旋分布, 故 碳鏈四周被一系列性質(zhì)穩(wěn)定的氟原子所包圍。由于 C —F 鍵的鍵能比 C —H 鍵的大, 氟原子 的電子云對(duì) C —C 鍵的屏蔽作用較 H 原子強(qiáng), 因此, C —F 鍵很難被熱、光以及化學(xué)物品等破 壞。而氟原子的共價(jià)半徑非常小, 2 個(gè)氟原子的范德華半徑之和是 217 ×10 - 10 m , 2 個(gè)氟原子 正好把 2 個(gè)碳原子之間的空隙(2 個(gè)碳原子之間距離為 2154 ×10 - 10 m) 填滿, 使任何反應(yīng)試 劑難以插入, 保護(hù)了碳碳主鏈; 又因氟原子核對(duì)其核外電子及成鍵電子云的束縛作用較強(qiáng), 氟 原子極化率低,在分子中對(duì)稱分布, 整個(gè)分子是非極性的, 碳氟化合物的介電常數(shù)和損耗因子均 很小, 所以其聚合物是高度絕緣的, 化學(xué)上突出的表現(xiàn)是高溫穩(wěn)定性和化學(xué)惰性。氟化合物的分 子間凝聚力低, 空氣和聚合物界面間的分子作用力小, 表面自由能低, 因此難于被液體或固體 浸潤(rùn)或粘著, 表面摩擦系數(shù)小, 所以賦予氟樹(shù)脂優(yōu)異的性能。
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