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0 前 言
氟碳树脂结构中的C—F键，键能大，不易断裂，使 氟碳树脂具有良好的耐候性、耐水性、耐油性、耐沾污 性、耐化学品性、耐溶剂性以及极低的摩擦系数等性能。 氟碳涂料广泛应用于化工、建筑、机械、汽车等领域。 近年来，国内水性FEVE氟碳涂料在工业领域的应 用研究，已经从最初实验室内的理论研究发展到实际 的工业防腐工程应用领域[3]。水性FEVE常温固化氟碳 涂料，已经成功应用在国内一些标志性城市的道桥混 凝以及和钢结构防腐防护工程中。水性FEVE氟碳烘漆已经在铝单板、卷铝聚偏氟乙烯(PVDF)涂料罩面清 漆、保温一体化板、太阳能光伏背板等工业领域开始 应用。 本文选用水性双组分FEVE乳液，实验了多种助 剂，在研究各种助剂对涂料成膜及常规性能影响的基 础上，制备了一种性能优异的水性氟碳面漆。
1 实验部分
1.1 主要原材料
FEVE型氟乳液，长兴材料； BR3，高泰；BASF1620，巴斯夫；醇酯-12，武汉远城；BYK346、BYK1770、 BYK333、 BYK425，毕克化学；XP2655，科思创；钛白 粉R930，日本石原； BK883B，杭州精益化工；硫酸钡， 岳阳中远；氨水，烟台三合。
1.2 实验仪器
电子天平BS2000S，北京赛多利斯仪器；砂磨分 散多用机JSF-4000，上海现代环境工程技术研究所； 加速老化仪QUV/Spay，美国Q-Panel；盐雾腐蚀试验 仪Q-FOG-CCT1100，美国Q-Panel；电子拉力机WDW20，上海华龙测试仪器厂；测厚仪MINITEST600，德国 EPK；附着力测定仪(划圈法)QFZ，天津建筑仪器试验 机厂；光泽度测定仪，天津信光科技开发；电热鼓风干 燥箱，天津泰斯特。
1.3 制漆工艺
按照配方表1，除氟乳液、流平剂、增稠剂和底材 润湿剂外，将各种原料分散混合均匀后，用砂磨机研磨 2～3道，至细度达到40 μm以下，补加氟乳液、流平剂,增稠剂和底材润湿剂，检测调整，合格后过滤包装。
1.4 涂料和涂膜性能基本测试(见表2)
2 实验结果与讨论
2.1 成膜物对涂层性能的影响
成膜物是涂料中最关键的组成部分，对涂膜性能 起主导作用。FEVE氟碳树脂中稳定的交替共聚树脂 结构能够确保涂膜的高耐腐蚀性、高耐候性。
2.1.1 水性FEVE氟乳液分子结构对涂层技能的影响 水性醚类FEVE氟碳乳液与溶剂型FEVE氟碳树 脂在分子结构上有相似之处。本文所制水性面漆选用 的水性FEVE氟乳液主要结构分为3部分：CTFE-乙烯 基醚交替共聚结构，FEVE-丙烯酸酯核壳聚合结构， TFE/FEVE-丙烯酸互穿网络结构。
图1所示为CTFE-乙烯基醚交替共聚结构，由三氟氯乙烯(CTFE)与乙烯基醚以A-B-A-B的模式组成。 侧链上的长分子链醚类，既可以提高交联官能团的含 量和黏结力，又可以改善乳液的稳定性。该乳液制备 的水性涂料可中低温烘烤，也可常温固化。
图2所示为水性FEVE氟乳液分子结构中的FEVE丙烯酸酯核壳聚合结构，是FEVE与丙烯酸单体热拼 合形成的结构。具有该结构的共聚物干燥后可以形 成透明的均相涂层。FEVE乳液中含有该核壳结构可 以提升涂层的硬度、保光性以及耐高温黄变性能。 图3所示为TFE/FEVE-丙烯酸酯互穿网络结构。 TFE/FEVE-丙烯酸酯互穿网络结构使涂层具有更好 的涂膜致密性以及涂层柔韧性。
2.1.2 水性氟乳液中氟含量对涂层性能的影响
水性工业防腐涂料的氟含量标准均沿袭于溶剂 型工业防腐涂料的相关标准。一般要求涂料中可溶物 氟含量≥18%(质量分数，后同)。 水性氟碳涂料通常使用助剂种类比溶剂型氟碳涂 料更多，因此水性氟碳涂料所含组分相比溶剂型氟碳 涂料更复杂。氟乳液中的乳化剂一般为改性环氧乙 烷，分子中碳、氢含量少，乳液烘干后，在氧瓶燃烧中易 出现燃烧不充分的现象，可能会出现影响氟含量测定 的问题。为此，在配方相对简单合理的基础上，选用的 FEVE氟乳液的氟含量在22%以上，才能更好地满足标准要求。如表3和表4所示，本文中所制水性面漆中 选用的水性醚类双组分FEVE可以满足标准要求。
2.2 助剂对涂层性能的影响
水性涂料中添加的助剂通常比溶剂型涂料多，每 种助剂均能影响水性涂层的性能。本文主要讨论成膜 剂和消泡剂对涂层性能的影响。
2.2.1 成膜助剂对涂层性能的影响
水性涂料的成膜助剂是一种聚合物溶剂，可使 乳液粒子在干燥过程中溶解并融合形成连续的膜。成 膜助剂也是种可挥发的暂时性增塑剂，可改善涂层聚 结性，可以增大涂料的施工范围。加入成膜助剂不会 改变乳液的玻璃化转变温度，所以不会改变涂层的机 械性能、耐候性和耐沾污性能。本文中所用成膜助剂 为醇酯-12，属于醇酯类成膜助剂。加入涂料后，位于 乳液聚合物和水的界面。 如图4所示，当不加成膜助剂时，水性氟涂料涂膜 崩裂，无法正常成膜；当成膜助剂加入量不足时，涂膜 也会出现崩裂，成膜状态较差；当成膜助剂用量适当 时，涂层才会正常成膜。 出现这种现象与水性涂料的成膜机理有关。水性 涂料成膜过程为：氟乳液中的球状颗粒随着涂料中的 水分挥发逐渐靠拢，在靠拢过程中，颗粒表面吸附的 保护层被破坏，裸露的颗粒相互接触，涂膜体积收缩。 当水挥发将尽时，在毛细管效能作用下，颗粒最终破 坏变形，凝集融合形成连续的涂膜。 在成膜过程中，因FEVE乳液的玻璃化转变温度较高，常温下，乳液颗粒不易变形，导致融合受阻，涂 膜崩裂，不能正常成膜。加入成膜助剂可以使乳液颗 粒溶胀变软，使其可以融合成膜。但若用量不足，则会 减弱乳液颗粒溶胀程度，影响涂膜的状态。
2.2.2 消泡剂对涂层性能的影响
水性FEVE涂料在加工使用过程中的两个阶段会 产生大量气泡：涂料生产过程中的搅拌调和阶段和加 入固化剂搅拌阶段。 生产过程中的搅拌调和阶段，产生的大量气泡会 引起涂料体积膨胀，降低了搅拌设备的利用率。气泡 降低了搅拌速度，延长了混合时间，还使颜料与填料 间无法充分润湿；包装时，泡沫逐渐破碎使每桶涂料 质量不均。加入固化剂搅拌阶段产生的气泡，在涂装 时，往往到涂层成膜时才会破灭，导致涂层表面出现 被称为“鱼眼”的小孔缺陷。 经过多次实验，选用了BASF1620和BYK1770这2 款有机硅消泡剂，比较其对水性FEVE面漆的消泡。在 生产过程中的搅拌混合阶段， 2款消泡剂均能有效地 消除气泡。但加入固化剂搅拌，制板时， 2款消泡剂的 表现明显不同。 如图5所示，单独使用BASF1620时，涂层干燥后， 表面会出现鱼眼和气泡未破灭引起的球状凸起。这说 明， BASF1620用于水性FEVE乳液时，消泡能力偏弱， 单独使用BASF1620不能完全消除固化剂与乳液反应 生成的微泡。当单独使用BYK1770时，涂层干燥后，涂 膜未出现鱼眼等表面缺陷，但涂层出现明显的缩孔。 这说明， BYK1770用于水性FEVE乳液时，消泡能力 很强，能完全消除固化反应时产生的微泡；但消泡剂 越强，其表面张力越小，越易形成缩孔。将BASF1620 和BYK1770复配使用时，涂层表面无缺陷，也无缩 孔。这表明，消泡性能偏弱的BASF1620可以降低消泡 能力强的BYK1770的缩孔趋势，同时不会大幅降低BYK1770的消泡性能，使涂料可以形成完整无缺陷的 涂膜。
2.3 固化剂对涂层性能的影响
如图6所示，当固化剂用量不足时，涂层呈现未完 全固化状态，涂膜会出现龟裂。当固化剂用量适当时， 涂层会完全固化，涂膜完整无异状。出现此种状况与水 性FEVE乳液的固化机理有关。水性氟涂料的固化是以 固化剂为中心， 向氟乳液微粒内部扩散的过程。固化 剂分子先与氟乳液分散相的粒子表面接触发生交联固 化反应，随着固化进行，粒子表面的氟树脂相对分子质 量和玻璃化转变温度均会提高，固化剂分子向氟乳液 粒子内部扩散的速度会逐渐变慢，内部的交联反应少 于表面，导致涂层内部交联密度低于表面交联密度， 最 终不是所有的氟乳液基团都能与固化剂的活性基团反 应。当固化剂用量不足时，随水分挥发，由于涂层表面 交联反应比内部快，涂膜表干；同时，涂层内部由于固 化剂用量不足，固化进程缓慢，不断反应产生气体；气 体挥发过程中，导致了涂层出现了龟裂。
3 结 语
本水性FEVE氟碳面漆减少了有机溶剂使用量， 减轻了对环境的污染。涂料配方考虑了各种助剂对涂 料性能的影响，使用了合理的使用比例，使涂料的乳 化状态极其稳定，可在常温下固化。制备的涂层具有 良好的耐水性、耐污染性、耐候性等特点，可以用于各 种铝合金底材的涂装施工，效果显著。
