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FEVE氟碳涂料质量及其特性探讨和应用,通过对国内市场上FEVE 氟碳涂料质量状况及其特性的分析
2019年09月16日    阅读量:2494     新闻来源:中网行业信息网    |  投稿

1 FEVE树脂的质量现状


1.1 客观评价FEVE涂料的质量


由于氟碳涂料在国内市场上为时尚短,因此对其的认知尚需一个时间过程,同时也存在两种片面的认识。其一,FEVE 不能等同于PTFE。由于聚四氟乙烯(PTFE)塑料(俗称塑料王)化学稳定性及耐温性确实是其他合成(树脂)塑料望尘莫及,但是喷涂后必须经(280~300)℃烘烤才能成膜使用中国机械网okmao.com




而FEVE 树脂是三氟(四氟)乙烯与乙烯基(酯)醚等共聚后,需与异氰酸酯配合才能成为交联型常温固化双组分涂料,其耐温性、化学稳定性不如PTFE,尤其耐有机溶剂性更差。经笔者试验,如在冰醋酸、丙烯酸酯类、MIBK 等强有机溶剂中,在常温下即溶胀破坏。另外,其硬度比不上氨基涂料,配套性及附着力比不上环氧涂料,施工性不如醇酸涂料,耐候性不及PVDF。




至于认为“无可挑剔的氟碳材料,几乎涵盖并超越了各种传统涂料所有的优良性能”的说法,确实有点言过其实,过高的评价导致“凡是当使用环境在选涂层无法解决时,唯有氟碳”的说法,也是不完整的。其二,氟树脂改性其他树脂的产品不能替代FEVE 树脂。




含氟单体改性丙烯酸、环氧等树脂或用冷拼或热拼法,在丙烯酸、环氧树脂中掺加一定比例的FEVE 树脂,以提高、改善性能,这些工作有益于提高涂料性能,降低成本,解决市场和工程合理性价比的需求,有助于社会经济发展和涂料产品多样化,但是在性能上不能完全取代FEVE 涂料。更有甚者,以次充好,以假乱真,质量低劣,不但扰乱市场,而且使FEVE 蒙受不白之冤,失去了应有市场。




1.2 国内FEVE树脂质量状况


众所周知,涂料的性能主要取决于成膜物质树脂的质量,FEVE 涂料也不例外。近几年,如武汉材料保护所、铁道部铁科院、宁波市科技园区东升科技发展有限公司、南京水电部水利科学研究院结构研究所、青岛海洋化工研究院等相继对国内外FEVE树脂的耐候性、化学稳定性进行了对比试验,得出的共同结论:①进口FEVE 树脂配制的涂料综合性能指标优于国产树脂配制成的涂料;②国产FEVE树脂配制的涂料质量良莠不齐,详见图1、图2、图3。上述单位采用QOV漆膜加速老化试验机,用60°光泽计测定漆膜光泽,试验表明图1 中D 树脂,图2中A 及图3 中配方5 三种FEVE 氟碳树脂,当加速老化时间超过2 000h,其光泽保持率< 40%,与丙烯酸树脂相当。而进口树脂(E、B、C、D、1、2),光泽保持率8 0 % 以上。因此,对当前国内市场上的FEVE 涂料可以划分为三档:第一档采用进口旭硝子、大金(DAIKIN)、大日本油墨(DIC)、杜邦(DUPON)等公司树脂配制的涂料,性能优、耐候性好,价位也高达(12~15)万元/t;第二档质量指标达标,与进口树脂有一定差距,国产FEVE 树脂配制的涂料,价位(8~10)万元/t;第三档氟单体改性丙烯酸等树脂,以及质量低劣的所谓FEVE 树脂配制而成的涂料,价位(3~5)万元/t,有竞争力。严格讲,只能称含氟改性涂料。另外,以假乱真的“氟涂料”不到3万元/t,是假冒伪劣产品,属于违法行为。

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各种FEVE树脂保光率与老化时间的关系


各种FEVE涂料与丙烯酸涂料的人工老化试验结果曲线


各种FEVE涂料老化时间与光泽保持率的关系


注:1、2 进口FEVE 涂料,其余国产


图3 各种FEVE涂料老化时间与光泽保持率的关系




2 FEVE 涂料的性能特征


由于氟原子的高电负性、原子半径小,仅次于氢原子,与碳原子形成的氟碳键(C -F)是有机化合物共价键中键能最大的,达485kJ/mol,键长最短(0.1317nm),当氟原子结合在FEVE 树脂分子中的碳碳主链上,并且与连接在主链上其他分子基团( -C O R 、- O R 2 、- R 3O H 、-R4COOH)成AB 相间排列时,氟原子包围碳碳(-C-C-)主链,形成螺旋状的分子结构,利用电子能谱研究发现,在涂膜的固化过程中,氟原子发生迁移而富集到涂膜表面,含氟链可以向空气中伸展,占据了聚合物与空气的界面,降低了聚合物的表面能,并且氟原子保护C-C 键免受紫外线和化学品侵蚀,同时含氟链包围主链的螺旋状分子结构,起到了“屏蔽作用”,极大地提高了漆膜的耐候性和耐久性、化学稳定性。研究表明FEVE 树脂中,含氟量越高,性能越优,当含氟量小于15% 时,性能大幅度下降。

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从以上微观研究可知FEVE 涂料与其他合成树脂涂料性能不一的特征如下:


(1)超耐候性。FEVE 氟碳涂料具有超长耐候性,经5 000h人工加速老化试验,保光率80% 以上,室外可应用15a以上。涂层不粉化,不起泡,不起皱,不脱落。


(2)氟材料的低表面能憎水。与纯水的接触角大于其他材料,而且氟含量增多,接触角也逐渐增大,当氟在整个膜中达到8%(质量分数)左右时接触角接近100°。山东聊城大学材料科学与工程学院测试结果见图4,武汉材保所测得的各种FEVE 涂膜接触角见表1,由此可知,氟树脂涂料的典型特征是涂膜与纯水的接触角大于90°。由试验数据可知,大多数国产氟树脂涂料的表面性能并没有比丙烯酸涂料的表面性能有大的优势。


图层含氟量与水接触角关系


各种涂膜接触角数据


(3)耐温适应性广。FEVE涂料可在(-40~160)℃内正常使用,能抵御酷暑和干湿交替的复杂环境,是其他合成树脂所望尘莫及的。


(4)耐酸碱性。若树脂以三氟乙烯与乙烯基醚单体反应而成的,其配制的FEVE 涂料耐候性优,化学稳定性很好,尤其耐碱性,是以往市场上流通的大多数合成树脂涂料不可比拟的。因为凡是含有(植物、动物)合成油脂的酚醛、醇酸、氨基、聚氨酯、改性环氧、多功能醇酸丙烯酸等,由于在碱液中发生皂化反应而侵蚀破坏。环氧树脂涂料耐碱性可以,但在25%NaOH60℃条件下不及FEVE 涂料。而当FEVE树脂含氟量较低(小于15%)时,或者FEVE 树脂的分子结构中主链上F 原子与其他基团原子不是呈ABAB 规整排列,以及尽管氟含量超过15%,但F 原子不是连接在C-C 主链上,F 原子在分子中不能对C-C 链起“屏蔽作用”,所配制的涂料耐碱性能也大幅度下降。东升公司将国内外FEVE 涂料在60℃和室温时,25%NaOH 条件下,进行了耐碱性对比试验,结果如表2。但施工性却不如三氟氯乙烯与含酯基团共聚反应而成的树脂配制的涂料,由此可知耐候性、耐碱性与树脂质量是相匹配的。

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FEVE 涂料耐苛性碱(25%)试验


(5)FEVE 树脂的含氟量。应该讲FEVE 树脂中,氟含量是最本质的特性,但是含氟量控制多少为宜?尽管国内外公认大于15%,实际上,因参加反应的单体品种不一(F3、F4、乙烯醚、酯),树脂生产工艺不一,反应转化率不一,形成的分子结构差异较大;再就是游离单体净化率不一,引发剂残留量净化程度不一,导致国产FEVE 树脂的氟含量超过23% 甚至25%~30%,但是


其耐久性与世界著名品牌还是有差距。另一方面,武汉材料保护所钟萍等研制的高性价FEVE 涂料,含氟量14%~16% 时,与水接触角94°,大于国产含氟量高达23% 试样接触角。由此可知《交联型氟树脂涂料行业标准》规定的氟含量15%,也有其局限性。




3 快速鉴别FEVE 涂料质量方法的探索


3.1 必要性和可行性


当前FEVE涂料市场以假乱真,以次充好的现象屡见不鲜,虽有较快鉴别真伪的方法提出,但一时难以履行。由FEVE树脂有别于其他合成树脂的性能特征,可以供用户选用来作为试金石。但耐候性时间太长,而且检测机构出具的检测报告“仅对来样负责”,难以鉴定供应的材料是否货真价实。如果生产单位亦“仅对来样负责”,后果可想而知。含氟量目前仅在上海、广州、北京等市的大学、科研单位可检测。且含氟量达标,其耐久性性能不一定符合高标准。同理,涂膜与纯水接触角的测定,一般施工和生产单位也要委托试验。故采用的耐碱性和耐温性指标来鉴别FEVE涂料的质量简捷而实用。


3.2 FEVE涂料耐碱性试验


3.2.1 仪器设备:1000mL 烧杯、恒温烘箱。


3.2.2 试件制作:按GB/T1727 漆膜一般制备法要求,选用60 × 120 × 0.5mm 钢板、4 块1 组,正反面喷砂达Sa2.5 级,喷(40 ± 10)μm 环氧富锌1 道、24h 后喷2 道氟碳涂料试样(60 ± 10)μm,用优质氟碳涂料(刷、浸)封边24h 后,60℃烘12h(加速固化),选择涂膜厚度均匀的3 块试板,供试验用。3.2.3 试液:25%NaOH 液(W),然后将试件3 块浸泡在碱液中(2/3 试件在液中),放置在(60 ± 2)℃恒温条件下24h、48h、72h、96h分别观察漆膜变化。


3.2.4 试件经浸泡后,漆膜无变化(不变色、不失光、不起泡、不起皱)为优;微变色、失光为合格;漆膜变化大,为不合格。


3.3 FEVE涂料耐温性试验


按3.2.2制板2块,竖插在方木缝上,在(160±5)℃烘箱中12h或24h不变软、不流淌,不变色即合格。




4 结 论


FEVE 氟碳涂料以其高品位、高性能受到市场关注,随着国民经济发展,应用领域的拓展,前景看好。而其高价位以及社会上对FEVE涂料认知不全,又给唯利是图者提供了制假、混水摸鱼的机会,严重扰乱了氟碳涂料市场和氟碳涂料健康发展。通过对FEVE树脂特征分析,利用其特有耐碱性、耐温性作为较快鉴别氟碳涂料质量的优劣,在尚无更科学、先进的方法情况下,仅仅探索性提出,供读者参考。


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