氟碳涂料的最新研究进展

于国玲 赵万赛 王学克

(1.南阳农业职业学院，河南 南阳 473000； 2.宣城市宣州区生态环境分局， 安徽 宣城 242000；3.南阳市水性环保涂料工程技术研究中心，河南 南阳 473000； 4.南阳卧龙漆业有限公司，河南 南阳 473000)

0 前言

氟碳树脂具有优异的抗紫外线、耐化学品性和耐候性能[1-2]。常见的有聚四氟乙烯(PTFE)树脂、含氟乙烯和乙烯基醚的共聚物(FEVE)、聚氟乙烯(PVF)和聚偏氟乙烯(PVDF)树脂。用于涂料的氟碳树脂主要是PVDF和FEVE。PVDF属于热塑性树脂，可高温烘烤固化成膜。FEVE属于多羟基树脂，可与异氰酸酯反应形成氨酯键交联固化，形成综合性能更高的涂膜，耐候性可保持30年以上[3-5]。从使用寿命来看，氟碳涂料是一种经济型环保涂料。在桥梁、海上平台、轨道交通、飞机、高档幕墙、风电和光伏背板等领域有广阔的应用前景。氟碳涂料的研究及应用一直以来都是涂料工业的研究热点，近年来取得了较大的进展[6-8]。重点介绍近年来氟碳涂料的最新研究。

1 溶剂型氟碳涂料

1.1 含氟硅烷脲醛微胶囊多刺激触发疏水自修复氟碳涂料

Paul等[9]以聚三氟氯乙烯/乙烯基醚树脂(PEVE)和填充有氟硅烷的脲醛微胶囊为主要原料，通过界面聚合工艺制备出一种多刺激性润湿响应自修复氟碳涂层。对涂膜的性能测试结果表明，涂层具有良好的粘合强度，氟硅烷脲醛微胶囊具有优异的热稳定性，在暴露于大气条件下可触发释放其氟硅烷成分，从而使涂层的水接触角从97°增大至151°。在经溶剂擦拭、刮擦和UV加速老化后测试，涂层的疏水性能还有适当的提高。在经过碱液浸泡和氧等离子浸蚀产生初始损失后，还具有优良的疏水性和自修复功能。在疏水自清洁和腐蚀防护领域有广阔的应用前景。

1.2 常温固化高固体分FEVE氟碳涂料

潘云飞等[10]以氟丙烯乙烯基醚氟树脂(FPVE) C-100为基体树脂,以N3390和Z4470复配为固化剂, BYK-306为流平剂，AFCONA-2722为消泡剂，选用改性聚氨酯分散剂，制备出一种常温固化的高固体分FPVE氟碳涂料。对涂膜的性能测试与表征结果显示，当w(N3390) ∶w(Z4470)=9 ∶1，w(AFCONA-2722)=0.7%，w(BYK-306)=0.3%，w(气相二氧化硅)=w(催干剂)=0.5%时，涂膜的光泽度为80，附着力为0级，柔韧性为1级，硬度为2H，耐冲击性为50 cm，重涂性好，防腐蚀与耐候性优异。可广泛应用于建筑、桥梁、船舶、车辆和化工等领域。

1.3 Bi2WO6/TiO2复合材料改性的高效环保杀菌FEVE涂料

Chai等[11]先用一步水热法制备出钨酸铋(Bi2WO6)/TiO2复合光催化剂，然后以此为改性填料，以氟碳树脂为基体树脂，制备出一种Bi2WO6/TiO2复合材料改性PEVE杀菌涂料。对涂膜的性能测试与表征结果显示，当m(TiO2) ∶m(Bi2WO6)=7.5 ∶100.0时，在可见光下，改性PEVE涂层具有优异的杀菌性能。在强可见光下暴露1 h后，涂层表面附着的细菌80%以上失去活性。电镜扫描显示， TiO2纳米微球粘附在Bi2WO6纳米片表面，Bi2WO6的比表面积和电子传输效率显著提高。灭菌试验表明，Bi2WO6/TiO2复合光催化剂对FEVE涂层的杀菌性能有显著增强作用。这种光催化杀菌涂料在海洋环境中有广阔的应用前景。

1.4 g-C3N4/Ag2WO4氟碳抗菌涂料

海洋生物对船体和海洋基础设施的附着一直是一个非常重要的问题。Ag2WO4是一种有效的光催化材料和抑菌剂，但是其光学稳定性差，因此限制了它的应用，对Ag2WO4改性后可用于制备抗菌涂层。Zhu等[12]以PEVE氟碳树脂为基体树脂，并通过g-C3N4/Ag2WO4复合催化剂改性，制备出一种g-C3N4/Ag2WO4抗菌氟碳涂层。对涂膜的性能测试与表征结果显示，g-C3N4的存在对形成β(β)-Ag2WO4亚稳相有促进作用，光催化剂中光生电子-空穴对的复合受到了Ag2WO4与g-C3N4之间的阶梯式异质结的抑制，稳定性和光催化活性得到了增强，改性涂层在可见光下具有优异的稳定性和抗菌性能。

1.5 太阳能背板粘结层用氟碳涂料

顾丽争等[13]以三氟氯乙烯和乙烯基醚氟碳树脂为基体树脂，HDI(六亚甲基二异氰酸酯)三聚体为固化剂，选用合适的助剂，制备出一种太阳能背板粘结层用氟碳涂料。对涂膜的性能测试与表征结果显示，当选用中等羟值氟碳树脂，即n(-NCO) ∶n(-OH)= 1 ∶1时，紫外辐射120 kWh/m2后的黄变为0.68，压力锅蒸煮48 h后涂膜的附着力为0级，与橡塑发泡材料(EVA)的粘结力为96 N/cm，湿热老化10 d后与橡塑发泡材料的粘结力为60 N/cm。

1.6 NFTO/FEVE无机-有机杂化涂料

Zhang等[14]以氟乙烯乙烯基醚(FEVE)树脂为基体树脂，以纵横比不同的钛酸铁钠晶须(NFTO)为增强填料，采用液相共混法制备出一种NFTO/FEVE无机-有机杂化涂料。研究了NFTO晶须的长宽比和钛酸铁钠晶须含量对NFTO/FEVE无机-有机杂化涂层的形貌、摩擦学性能和力学性能的影响。 NFTO晶须的加入可以明显提高复合涂层的力学性能和耐磨性能，降低摩擦因数。电镜扫描(SEM)结果显示，NFTO硬晶须可以承受施加在滑动表面上的载荷，同时减少了对聚合物基体的粘合磨损。长径比中等的NFTO晶须为聚合物基质提供了最佳的机械支撑，而且不易从基质中拔出，显示出最佳的增强效果。当w(NFTO晶须)=10%时，复合涂层的耐磨性能最佳。

1.7 不锈钢用耐低温透明氟碳涂料

蒋科若等[15]以氟碳树脂CF312(FEVE)为基体树脂，以异氰酸酯HT-100为固化剂，添加硅烷偶联剂和紫外线吸收剂，制备出一种不锈钢用耐低温透明氟碳涂料。对涂膜的性能测试与表征结果显示，当m(主漆) ∶m(固化剂)=8 ∶1，w(紫外线吸收剂)=1.0%时，涂膜柔韧性2 mm，耐冲击50 kg/cm，在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中浸泡28 d后，腐蚀电流密度为0.892 0 μA/cm2，耐中性盐雾1 500 h，耐-200 ℃低温48 h，人工老化1 200 h后失光率为15.1%，在钻井、石化和液氮不锈钢管道防护领域有很好的应用前景。

2 水性氟碳涂料

2.1 耐沾污自清洁氟碳弹性涂料

梁光容等[16]以氟碳弹性乳液为成膜物质,以钛白粉和碳酸钙为主要颜填料，选用合适的助剂, 制备出一种透气性好、耐沾污自清洁氟碳弹性涂料。对涂膜的性能测试与表征结果显示，m(氟碳弹性乳液)=60%、m(气相二氧化硅)=1%、m(遮盖聚合物)=3%、m(硅藻土)=4%时,涂层的耐沾污性、自清洁、耐洗刷性、拉伸强度和断裂延伸率等性能符合弹性建筑涂料标准JG/T 172—2014的要求。

2.2 混凝土防腐水性氟碳涂料

陈彤丹等[17]以甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸为硬单体，丙烯酸丁酯为软单体，甲基丙烯酸十二氟庚酯为含氟单体，以过硫酸铵(APS)为引发剂，以十二烷基硫酸钠(SDS)和聚氧乙烯辛基苯酚醚-10(OP-10)为乳化剂，用半连续乳液聚合法，合成出一种水性含氟丙烯酸乳液。对乳液及涂膜的性能测试与表征结果显示：当w(甲基丙烯酸十二氟庚酯)=8.4%、w[SDS+(OP-10)]=2.1%、w(APS)=0.4%时，单体转化率为97.6%，得到的含氟水性丙烯酸乳液平均粒径为136.2 nm，固含量为48.2%，配制出的水性氟碳涂料对混凝土试块的防腐性能优异。

3 丙烯酸改性氟碳粉末涂料

魏育福等[18]以丙烯酸树脂和氟树脂复配，以自封闭异氰酸酯BF-1540为固化剂，制备出一种建筑铝型材用氟碳粉末涂料。对涂膜的性能测试与表征结果显示，当w(FEVE)=w(丙烯酸树脂)=28.4% 、w(BF-1540)=w(十二碳二元酸DDDA)=7.1%、w(颜填料)=22.5%、w(流平剂)=1%时,固化涂膜的光泽度为60，附着力(干/湿)为0级，耐人工老化4 800 h后保光率为90%。该涂料在建筑铝型材领域有广阔的应用前景。

4 结语

当前氟碳涂料依然是使用寿命最长的涂料品种[19-20]。氟碳涂料的研究及应用一直以来都是涂料工业的研究热点[21-24]。未来的研究方向[25-31]是：氟树脂的改性；氟碳涂料的水性化；氟碳粉末涂料的研究；功能性氟碳涂料的研究；高固体分氟碳涂料的研究；氟碳涂料的杂化改性；氟碳涂料用原材料及助剂的研究等。