生活中的碳氟涂料

1、论文题目：生活中的氟碳涂料学生姓名：齐大卫学生学号：1313060091专业班级：化工一班学院名称：化学与环境工程学院目录一、什么是氟碳涂料3.二、防腐原理分析3三、氟碳涂料的其他特性3四、氟碳涂料在国内外的发展史.4五、氟碳涂料在生活中应用的领域.5(1)钢材领域5.（2）氟碳涂料用于混凝土.5（3）氟碳涂料用于有机材料.6.（4）氟碳涂料用于其他领域.6.六、氟碳涂料的配方及其影响因素6七、氟碳涂料在我国的市场状况8参考资料9.氟碳涂料的介绍一、什么是氟碳涂料 氟碳树脂是以含氟烯烃，如四氟乙烯（TFE）、三氟氯乙烯（CTFE）、偏二氟乙烯（VDF）氟乙烯（VF）等为基本单体进行均聚或共聚，

2、或以此为基础与其他单体进行共聚以及侧链含有氟碳化学键的单体自聚或共聚而得到的分子结构中含有较多C-F化学键的一类树脂。氟碳涂料基本上可以分为两大类，一类为高温烘烤氟碳漆；另一类为常温干燥氟碳漆氟碳涂料是以氟碳树脂为主成膜物，辅以各种改性树脂、颜料、填料，经分散、研磨、调色等加工而成的涂料。又称氟碳漆、氟涂料、氟树脂涂料等。涂料的主要成分为：（1）氟碳树脂：包括天然树脂和人造树脂，也是主要成膜物质的一部分。 （2）氟碳油料：包括干性油和半干性油，是主要成膜物质之一。 （3）颜料：包括着色颜料、体质颜料和防锈颜料，具体品种相当繁多，为次要成膜物质。 （4）辅料：包括催干剂、固化剂、增塑剂、防潮剂。

3、也属于辅助成膜物质。 （5）氟碳稀料：包括溶剂和稀释剂，用来溶解上述物质和调剂稠度，为辅助成膜物质。二、防腐原理分析：氟碳树脂由于含有大量的CF键, 其键能为485KJ/mol，在所有化学键中堪称第一,以及电负性很大的氟原子，氟原子的特征结构使其具有小的原子半径、大的电负性和小的极化率，与碳原子组成共价键时，CF,键长很小、键能很大；再加上氟的电负性大，氟原子上带有较多的负电荷，相邻氟原子之间相斥，使含氟烃链的氟原子沿着锯齿状的碳键作螺线形分布，氟原子紧密地排列在碳主链的周围，中间的一条碳链四周被一系列带负电的氟原子所包围，形成高度屏蔽，起到优良的保护作用；同时由于分布对称，整个分子是非极性的

4、，又由于氟的极化率小，所以氟碳聚合物高度绝缘，在化学性能上表现为突出的热稳定性和化学惰性。因此以氟碳树脂为基料的涂料或经改性的涂料具有非常优异的耐候性、耐久性、拒水拒油性、耐低温性、耐化学药品性、防腐蚀性、绝缘性、非黏附性、耐污染性和极低的摩擦系数等。正是因为这些优良的特性，使其在超耐候性建筑涂料、防腐蚀及重防腐蚀涂料和功能涂料等领域得到使用FC-S200系列氟碳涂料是以大金公司的四氟乙烯烃基乙烯基醚共聚物（FEVE）GK-570为主要成膜基料的氟碳涂料，它具有氟碳涂料所共有的优异性能，其户外耐候性可与PVDF涂料相媲美，甚至更佳。它侧链上的羟基使它克服了其它氟碳涂料必须高温烘烤的缺点，可以制

5、成常温固化型涂料。FC-S200系列氟碳涂料具有良好的光泽，突出的耐候、耐酸碱、耐污染性，高装饰性，以及在混凝土、瓷砖、金属、塑料等表面的良好附着性，使FC-S200氟碳涂料成为可广泛应用三、氟碳涂料的其他特性（1）超耐候性涂层经长期的户外使用，涂层颜色可能改变，光泽会劣化，表面发生剥蚀、粉化，而氟碳涂料中氟树脂分子链上的氟碳键能够抵抗紫外线的降解作用，能在户外长期使用外观不变。一般的涂料户外寿命很短，只1-3年，就是丙烯酸树脂和有机硅改性树脂等所谓高档涂料在户外也只能保持数年的美观和对底材的保护作用，而氟碳涂料经户外长期使用和人工加速老化试验表明，可在户外使用二十年以上，外观仍完美如初。目前

6、衡峰的常温氟碳涂料已经通过6000小时的人工加速老化实验，色差1.04；大金公司的超级人工老化实验2000小时后（相当于普通人工老化QUV8000小时），采用GK-570四氟氟碳树脂的白色涂料，光泽保持率80以上，色差小于3。（2）耐腐蚀和耐化学品性 实验表明氟碳涂料的耐酸、耐碱、耐化学品腐蚀性是其他涂层所无法相比的。树脂中含氟原子数比例最高的聚四氟乙烯涂料，其耐化学品腐蚀性能在所有的涂料中是最优异的，它耐所有的强酸、强碱、强氧化剂，仅与熔融的碱金属、高温下的F2等少数物质起反应。建筑用的氟碳涂层也可通过3000小时以上中性盐雾试验。氟碳涂层和其他涂层配合使用，通过多层次涂装，利用各涂层的装饰

7、作用、隔热作用、屏蔽作用、缓蚀作用和阴极保护作用，达到对底材数十年以上的防腐装饰目的。（3）耐污染性采用大金GK-570树脂的氟碳涂层，具有亲水表面性能，具有自我润滑的表面，表面光滑，粘附性小，不易被污染，即使被污染也非常容易清洗。图2 不同涂料与衡峰氟涂料耐污性的比较（四年时间，左边一般涂料，右边衡峰公司氟碳涂料）（4）优异的施工性能 氟碳涂料可以喷涂、辊涂、刷涂，具有优异的附着力和硬度，新型的氟碳涂料还克服了以前氟碳涂料不能常温固化的技术难题，实现了在施工现场涂装氟碳涂层的理想。能在几乎所有的材质上良好紧密的附着。氟碳涂料的长寿命，使涂一次可以维持许多年，维修工程简单，省去大量维修费和脚手

8、架搭拆费。（5）高装饰性 氟碳涂料可调配出实体色、金属色、珠光色、特殊色等各种色彩和低、中、高等各种光泽，为设计师和业主提供了丰富的想象空间和奇异的装饰效果。（6）耐温性氟碳涂层的耐温性很好。聚四氟乙烯涂层，能长期在-250C+250下使用，瞬间能耐300。其他氟碳涂层的耐温范围也极宽，能在-50-150下使用。四、氟碳涂料在国内外的发展史1938年美国杜邦公司合成聚四氟乙烯树脂，开发出“特氟龙”不粘涂料，它是将聚四氟乙烯（PTFE）以微小颗粒状态分散在溶剂中，然后以360-380oC的高温烧结成膜，该涂层可长期在-195-250oC下使用，其耐化学品性超过所有聚合物，主要应用于不粘涂层；如：

9、不粘锅内涂膜、聚合反应釜内衬。 20世纪60年代，Elf Ato 公司开发出“Kynar500”为商标的聚偏二氟乙烯（PVDF）氟碳树脂，随后，被应用于氟碳涂料之中。它具有优良的耐候性、耐水性、耐污染性、耐化学品性，尤其用于建筑物的外部装饰有其他涂料无法相比的优点。但由于PVDF树脂不溶欲普通溶剂，涂膜的形成需要230-250oC的高温烧结成膜，所以只能应用在有固定加工场所的、有烘烤设备的铝幕墙板、铝型材、彩钢板等耐高温的外墙装饰材料的基材上，限制了它的使用。 1982年，日本旭硝子公司开发出了氟烯烃-乙烯基醚共聚物（FEVE）树脂，该树脂在氟烯烃的基础上引进了溶解性官能团、附着性官能团、交联

10、固化性官能团、促进流变性官能团，不仅秉承了氟树脂的所有优良品质，而且还具有在常温下溶解于芳烃、脂类、酮类等常规溶剂、常温下交联固化等性能。该树脂应用到氟碳涂料中，使得氟碳涂料的应用领域扩大到了不耐高温的PVC型材、塑钢型材、玻璃钢、有机玻璃等有机材质；无法进入烘箱的大型钢板、钢结构；需要现场施工的道路桥梁结构、建筑外墙；以及有色金属、玻璃材质、陶瓷制品、石头木器材质等等。 20世纪90年代中后期，水性氟碳乳液树脂又被成功应用于氟碳涂料之中。它的高耐候性、耐水性、耐污染性、耐化学品性与溶剂型氟碳涂料相比毫不逊色；它的环保性使它轻易突破了一些欧美国家的环保壁垒；它的易施工性使它的工、料费用甚至低于

11、同样高品质的溶剂型氟碳涂料。水性氟碳涂料已经成为建筑涂料发展的主要方向。 人类在进步、科技在发展，氟碳涂料也不断在前进，目前刚刚问世以及还在研究阶段的科技成果有：亲水性自清洁抗污染氟碳涂料、阻燃防火型氟碳涂料、耐磨润滑型氟碳涂料、荧光型氟碳涂料、电热氟碳涂料等功能性氟碳涂料；粉末氟碳涂料；水性木器氟碳涂料；纳米氟碳涂料等等。 目前全球氟树脂生产厂家20多家，遍布世界十几个国家。2000年世界氟树脂生产能力约为10万吨，2005年生产能力稳步上升到12万-14万吨。目前世界氟树脂主要生产厂家有美国杜邦公司、英国ICI公司、美国阿托-菲纳公司、日本旭硝子和大金公司等，它们的年生产能力为3000吨至

12、2万吨不等。国内生产氟树脂的企业主要有：上海三爱富、常熟中昊等，生产规模都在壮大之中。 从国内外的比较看，国外在氟碳涂料行业的起步较早、产品工艺较成熟、市场运作较规范、应用经验较丰富、实验数据较健全。其中的典型代表有：PPG、大金、旭硝子等等 国内的氟碳涂料行业起步较晚，但发展很快，在短短十几年的时间里，不仅开发出了国外已经应用很久的“特氟龙”不粘涂料、高温烘烤型PVDF涂料，而且还成功推广了FEVE型可常温固化氟碳涂料。同时还紧紧抓住了目前世界上最潮流的水性环保氟碳涂料、各种功能性氟碳涂料。其中的典型代表有：上海衡峰氟碳材料有限公司的FC-S系列溶剂型氟碳涂料和FC-W系列水性氟碳涂料。 五

13、、氟碳涂料在生活中应用的领域 氟碳涂料在钢材领域的应用最早出现在彩钢板上，安装在厂房和仓库的顶部，由于它经久耐用，安装方便，色彩绚丽，很快在全球流行开来。全球钢结构建筑及产品领域的巨头巴特勒，她所承接的彩钢板业务和建筑桥梁钢结构业务几乎都采用氟碳涂料涂层。上海浦东国际机场屋顶就采用氟碳涂料涂装的彩钢板。 在道路桥梁建设领域，对所有钢材的防腐要求都很高。据世界一些国家的统计，每年总腐蚀损失可占国民经济总产值（GDP）的2%-4%，美国与钢筋锈蚀有关的损失可占总腐蚀损失的40%，仅桥梁腐蚀破坏就占总腐蚀损失的20%。因此，2000年以后设计或改造的重点桥梁90%都指定用氟碳涂料进行涂装保护。例1：

14、重庆嘉陵江大桥的钢梁，由于受酸雨影响，每年必须除锈和油漆一次，每次花费几十万元，从1993年使用氟碳涂料至1999年的6年时间里，涂膜完好，只有轻微的失光；例2：上海的卢浦大桥，造型美观，设计独特，一度曾是上海人民的骄傲，但是由于没使用氟碳涂料，正式使用还不到一年，桥面已大面积出现雨垢，严重影响了桥梁的整体美观。例3：采用上海衡峰FUVIT-B氟碳涂装系统的重庆大佛寺长江大桥，已使用2年多，钢梁和桥面都完好如初。 在建筑领域，尤其是高档建筑和厂房建筑，钢结构开始大量使用。为了保持长期的使用安全和美观，减少清洁和维护的费用，大部分设计师在设计时在外墙面和钢结构表面都指定使用氟碳涂料。成功案例有：

15、采用上海衡峰FUVIT-ST系统的上海科技城、浦东国际机场、虹口体育场、上海虹桥机场，至今仍颜色绚丽、熠熠生辉。 在高架天线和电视塔的钢结构领域，氟碳涂料仍不可缺少。我国每年花在钢塔桅更新上的直接费用在千万以上，中央直属电台年平均金属防护费用约占总维护费用的10%，个别工程采用了氟碳涂料的耐候钢，其涂层费用约占钢结构造价的10%-25%，每年节约维修费用约10%。10年节约的费用可再建一座同样高塔。 氟碳涂料用于混凝土氟碳涂料在混凝土上的应用主要体现在建筑外墙上。美国、欧洲、日本等发达国家的建筑外墙已经逐步摒弃了瓷砖、马赛克等装饰材料，80%以上使用涂料进行装饰。其中氟碳涂料优异的综合性能和性

16、能价格比，使它在超高建筑、标志性建筑、重点工程等方面具有无以伦比的竞争优势，随着水性氟碳涂料的开发和应用，它可喷涂，也可混涂，又使它在施工方面的成本大大降低。这也是目前氟碳涂料市场的主要增长点。我国在建筑外墙领域，涂料的使用率很低，只有10%，氟碳涂料的使用就更少了。随着国家法规对瓷砖、马赛克、玻璃幕墙等建材的限制，涂料在建筑市场的份额将大幅攀升，预计，到2015年将达到60%以上。其中，氟碳涂料在大型建筑，超高建筑，标志性建筑方面具有得天独厚的优势，国内已使用氟碳涂料外墙的建筑有：上海边防检查站、东方艺术中心、正大广场、深圳蛇口科技大厦、常德卷烟厂等等 氟碳涂料用于有机材料在20世纪90年代

17、，氟碳涂料应用在塑钢型材、玻璃钢、有机玻璃等有机材料上是根本不可能的。因为有机材质不能承受230-250的烘烤温度，直到近本世纪开始，随着可常温固化氟碳涂料的问世，氟碳涂料才开始在有机材质上使用。 氟碳涂料用于铝合金过去，国内铝合金、铝塑板的涂装都依赖国外进口的PVDF氟碳涂料，随着国内科技的进步，国产PVDF、中低温、常温氟碳涂料已逐渐替代进口涂料。 氟碳涂料用于塑钢上海衡峰氟碳材料有限公司在多年生产PVDF（聚偏二氟乙烯）氟碳涂料和FEVE氟碳涂料基础上，采用高科技含氟烯烃多元共聚树脂为主成膜物和具有耐候性、耐酸碱、耐温的陶瓷无机颜料或珠光颜料加工改性而成的一种新型塑钢专用氟碳涂料。 氟碳

18、涂料用于其他领域氟碳涂料具有优异的耐候性、耐摩擦、耐擦拭、耐沾污、耐酸、耐碱、憎油、憎水等性能。 氟碳涂料分水性和油性；其中还分为民用和工业。氟碳涂料是可以做在汽车上的，但是现在氟碳涂料的硬度还不够高，只有4-6H。 汽车零部件、户外家电外壳、五金配件等方面，也在大量使用着氟碳涂料，用来增加零件本身的耐磨性、润滑性、缓冲性和使用寿命。船舶制造则被认为是氟碳涂料进军的另一个巨大市场。 目前，氟碳涂料在国外的应用已经相当普遍，这和他们的经济实力、涂料普及率、使用经验、质量观念等因素有关。国内氟碳涂料的应用面及销售量还处于一个相对较低的水平。人们对它的性能和使用还不够了解。随着氟碳涂料技术的进步和施

19、工应用技术的完善，氟碳涂料优异的性能价格比将使它在各个领域越来越具有竞争力。六、氟碳涂料的配方及其影响因素  氟碳涂料的应用从不粘锅开始，其发展走过了“热熔型溶剂可溶型可交联型”几个阶段。产品多元化、应用领域广泛化已成为氟涂料发展的趋势。由于最初的氟涂料在溶剂中的不溶性，造成使用上的不方便，施工后均需在高温下烘烤成膜。而溶剂可溶型采用多种含氟单体与乙烯类单体共聚而成，减少了结晶性，增加了溶剂可溶性，但仍属于热塑性涂料。可交联型氟碳涂料（即常温固化氟碳涂料）的分子链上带有官能团（特别是OH及COOH），不仅具有氟碳树脂的优良性能，而且由于官能团的引入，增加了在有机溶剂中的溶解

20、性，提高了与颜料、交联固化剂、助剂的相容性，改善了光泽、柔韧性与施工性能，可在室温至高温范围内固化，大大拓宽了应用范围。金属氟碳涂料的配方原材料百分比原材料百分比氟碳树脂55.0-70.0铝粉定向剂0.3-1.0分散剂0.3-0.5流平剂0.3-1.0CBA(20)15.0-20.0流变防沉剂1.0-2.0铝粉6.0-9.0混合溶剂10.0-15.0白色氟碳涂料的配方：原材料百分比原材料百分比氟碳树脂60.0-70.0流变防沉剂1.0-2.0钛白粉25.0-30.0消泡剂0.2-0.5分散剂0.5-1.5混合溶剂5.0-10.0流平剂0.3-1.01氟树脂的氟含量对涂料性能的影响  

21、   常温固化交联型氟树脂是通过三氟氯乙烯单元与其它乙烯基醚或乙烯基酯类单元共聚形成的一种非晶态多元共聚物，由氟烯烃单元、乙烯基醚或酯、OH和COOH组成。沿着聚合物链，乙烯基单元和氟烯烃单元交替连接，氟乙烯单元提供耐候性和耐久性，乙烯基醚或乙烯基酯类单元提供涂料的常规性能B如溶解度、透明性、光泽、硬度和柔韧性G。氟乙烯单元与乙烯基醚（酯）单元之间呈交替性排列得越好，氟单体才能有效地保护非氟单体，使整体的耐候性和耐久性更佳。对于采用乙烯基醚类单体的氟树脂，由于竞聚率小，更易获得交替性。乙烯基酯类的共聚虽不如醚类单体容易，但若控制反应条件得当，也可以达到HIJ以上的

22、交替性。通过提高反应的转化率，可以有效地提高交替性，虽然不易直接分析测试这种交替排列的程度，但可通过测试树脂的氟含量，以及检测涂膜的性能而得到验证7。除了可采用文献7中所述的简便快捷的检验耐候性的方法外，还可以采用检测涂膜的耐碱性、耐酸性、耐沸水性的方法。夏范武等8通过采用检测涂膜的耐碱性、耐酸性、耐沸水性得出，乙烯基酯类FEVE树脂的耐酸性比耐碱性好，只有当转化率高于85%上、最好在90%以上时，耐碱性5%NaOH(V/V),24h和耐沸水性(2h)才可以都通过。     2 润湿分散剂的选择     氟碳树脂对

23、颜料的润湿分散性较差，尽管常温固化官能性氟碳树脂经过改性引人了一定的极性基团，但对炭黑的润湿包裹效果依然较差，在制备浅灰、海灰等灰色漆时易发花，为此需加入润湿分散剂。润湿分散剂的作用是将颜填料的三四级颗粒经表面润湿并经机械力分散成一二级颗粒，并使其稳定存在，同时保持产品具有优异的展色性E使其在调制及涂刷时无浮色发花等不良现象。但任何一种润湿分散剂不可能对所有的颜填料都具有很好的润湿分散效果，它对基料和颜填料有很强的选择性。每一种润湿分散剂都有其不同的HLB,一般来说，无机氧化物、硫酸盐、碳酸盐类颜填料所需润湿分散剂的AHI为3JK01；酞菁蓝、酞菁绿、汉沙黄等有机颜料所需的润湿分散剂的AHI为

24、3F左右；炭黑、苯胺红类的则需要AHI为31K3J的润湿分散剂。同时，新的超耐候性的有机颜料不断出现，加上氟碳涂料本身的润湿能力特弱，所以要求润湿分散剂的搭配除尽量使整个润湿分散体系的AHI范围大一些以外，还需要对某种颜料有更好的润湿分散能力的专用润湿分散剂（这一点主要体现在色浆中），以使其对各种颜填料均有很好的润湿分散效果。根据实践，在氟碳涂料体系中，有机硅类助剂影响层间附着力；一般的丙烯酸酯类助剂会影响耐候性，但它对无机颜料有很好的润湿分散能力。所以，一般选用高分子丙烯酸酯润湿助剂与氟改性的高分子分散助剂搭配使用较为理想。    3 流变防沉增稠剂的选择 &#

25、160;   溶剂涂料中常用的防沉流变增稠剂有：有机膨润土、气相二氧化硅、触变性丙烯酸树脂、纤维素酯、聚酰胺蜡等。4固化剂的选择     在常规脂肪族异氰酸酯固化涂料中，HDI缩二脲（N75）是应用最为广泛的脂肪族多异氰酸酯交联剂。对于氟碳涂料这样高品位的涂料，需要选择更好的交联剂。所以选用拜耳公司生产的耐候性和机械强度比N75更好的N3390固化剂（性能比较见表6）。N3390分子结构（见图1）与N75的分子结构（见图2）相比，由于N3390分子结构中N原子上没有H，所以分子间不会产生氢键。而N75分子结构中的N原子上有1

26、个H原子，较容易在分子间形成氢键，互相吸引使黏度增高。另外，N3390的NCO的摩尔质量（216）比N75的NCO摩尔质量（255）低，也就是相对分子质量小，因此N3390较N75黏度低很多，有利于施工时少用溶剂，制得高固体分涂料，使涂料的施工固体含量较高，一次成膜性好，光泽及丰满度更好，并且降低了涂料中的VOC含量，有利于环境保护。5溶剂的选配     氟碳涂料体系是一个特殊的溶剂体系，所以其溶剂的选配也非常重要，一般要注意：挥发速率越低漆膜流平性越好，但干燥时间也越长；由于它是双组分异氰酸酯固化的，所有溶剂均要严格控制含水量，最好采用无水级或经除水处

27、理的，否则，会严重影响产品的贮存稳定性和施工性；调节混合溶剂对树脂的溶解度，使涂料体系的性能得以良好的展示。可选二甲苯、丙二醇甲醚乙酸酯、二乙二醇乙醚乙酸酯、醋酸丁酯的混合溶剂。七、氟碳涂料在我国的市场状况目前国内氟树脂主要生产企业有：浙江巨圣氟化学有限公司，产能5kt/a；上海天原（集团）有限公司氟化学品厂，产能1.2kt/a；上海三爱富，产能1kt/a；江苏梅兰集团，产能1kt/a；济南化工厂，1kt/a；化工部晨光化工研究院，产能1kt/a；阜新市氟化学总厂，产能0.6kt/a。氟碳涂料广泛应用于建筑、防腐、高速公路、铁路桥梁、交通车辆、船舶及海洋工程设施等领域，具有极大的应用价值。建筑

28、业是涂料应用最大的领域，也是氟碳涂料最大的市场。建筑涂料在外墙装饰中应用占到60以上。国内许多城市对瓷砖、马赛克、烧结面砖等建筑材料的限制使用，给具有超长耐候性、抗环境污染性、使用寿命长的氟树脂涂料提供了极好的市场机遇。中国氟碳涂料在建筑领域的需求量可达1000KT/a，在铁路、桥梁领域用的需求可达300kt/a以上；防腐涂料市场需求量将达220kt/a，目前中国民用船舶和海洋工程设施上使用的表面涂料需求量高达50kt/a以上。可见，氟树脂涂料有较大的潜在市场)。钢结构工程是氟碳漆第二大应用领域。高层建筑、国家重点工程建设项目，采用钢结构主体越来越多，这些工程都需要高耐候性、耐腐蚀、装饰性好的高档涂料，目前，唯氟碳涂料莫属。北京奥运工程最大的建设项目国家体育场工程，设计采用外形似巨大的鸟巢样式的交错、复杂的钢结构主体，共需400kt钢材，钢结构总面积约300m2，需要防腐涂料0.3kt左右。设计要求采用氟碳金属漆，涂层耐久性要求)"年。氟碳漆在钢结构领域中应用显示出良好的发展态势。随着钢铁工业的发展，近10年我国的卷钢彩板生产能力发展迅速，现国内已建成上百条彩涂生产线。彩涂生产线兼具节能、高效、环保3大优点，在建筑业、家电业、汽车工业具有极大的发展空间。由于成本、价格因素，当前市场用的彩板涂料