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1 引言
目前，国内铝单板喷涂氟碳涂料普遍采用230 ℃高温下烘烤才可熔融成膜的PVDF 氟碳涂料，不仅浪费了较多的电能，而且PVDF 氟碳涂料无法获得满足客户要求的各种色彩，其光泽较低，不能重涂实现修补，应用范围受到限制。热固性溶液氟碳树脂（FEVE）涂料通过引入三聚氰胺树脂或封闭型异氰酸酯树脂作交联剂，在加热的条件下经化学反应固化成膜，因而可以制成可中温烘烤（180 ℃）固化的单组分涂料，为用户节省了大量的电能；由于FEVE 氟碳树脂聚合物严格交替排列的结构，使其耐候性与传统的PVDF 氟树脂同样好；由于FEVE 氟碳树脂是透明的，故可制得由
无光到高光范围内的涂料；涂膜的色彩更加明快鲜艳；溶液氟碳基料可以100%采用氟碳树脂，能消除由于引入外来树脂可能造成的性能损失；涂膜具有重涂性，可降低成本；溶剂的选择方便灵活，因而施工性能也得到提高，因此该产品的市场前景广阔。
2 试验部分
2.1 主要原料和配方
氟碳树脂：JF-2X，常熟三爱富中昊化工新材料有限公司；三聚氰胺树脂：Cymel 303，美国氰特；封闭型异氰酸酯：BL3175，德国拜耳；钛白粉：R960，美国杜邦；分散剂：BYK-110；流平剂：BYK-388，德国毕克；混合溶剂：由二甲苯、含氧溶剂、高沸点芳烃类溶剂组成。涂料参考配方见表1。
表1 FEVE 氟碳烤漆参考配方
2.2 涂料制备
⑴在一部分氟碳树脂中加入分散剂BYK-110，搅拌均匀后，加入R-960 钛白粉，用溶剂调整黏度，以2800 r/min 高速分散30 min；
⑵用砂磨机研磨至细度在20 μm 以下；
⑶加入剩余的氟碳树脂、三聚氰胺树脂、封闭型异氰酸酯、流平剂，用溶剂调整黏度，搅拌15 min；
⑷用120 目尼龙网过滤后包装。
2.3 性能测试
将用上述方法制得的涂料喷涂在规定尺寸并已预涂过底漆的铝板上，在180 ℃下烘烤20 min。样板取出后，在18 ～ 27 ℃下放置1 h 以上，然后进行相应的涂膜性能测试，检测结果见表2。
从表2 可以看出，研制的FEVE 氟碳烤漆的各项性能指标均达到了HG/T 3793—2005 要求。
3 结果与讨论
3.1 固化体系的选择
对于烤漆来说，固化体系的选择非常重要，它直接关系到所研制涂料的贮存稳定性和涂膜的性能。在一定的温度条件下，全甲醚化的氨基树脂中—CH2OCH3 和部分甲醚化的氨基树脂中—CH2OCH3 及—CH2OC4H9 可以与含有—OH、—COOH 的FEVE 氟碳树脂反应而交联成膜。因此，上述氨基树脂可以与FEVE 氟碳树脂制成单组分烘烤固化涂料。
反应过程示意如下：
全甲醚化氨基树脂（HMMM）和部分甲醚化氨基树脂相比，前者与氟碳树脂的相容性好，但反应活性较低，需强酸性催化剂的作用；后者反应活性较高，不需或加少量酸催化剂，但与氟碳树脂的相容性较差。从与FEVE 氟碳树脂的相容性和制成涂料的贮存稳定性方面考虑，本试验选用的氨基树脂交联剂为六甲氧基甲基三聚氰胺（HMMM）。封闭型异氰酸酯作为异氰酸酯的一种衍生物，与
常温固化双组分氟碳涂料所用HDI（六亚甲基二异氰酸酯）缩二脲和HDI 三聚体的不同在于，其多异氰酸酯已被含有活泼氢的化学物质封闭起来，在室温下不与含羟基的树脂组分反应，当被加热到一定温度后，封闭剂解封，生成异氰酸酯，生成的异氰酸酯可以与含羟基的树脂组分（如FEVE 氟碳树脂）反应而交联成膜。因此，封闭型异氰酸酯可以与FEVE 氟碳树脂制成贮存稳定的单组分烘烤固化涂料。
反应过程示意如下：
反应中脱出的封闭剂（BH），视其品种不同，或是作为挥发物挥发掉，或是作为惰性物质填充在涂膜中。封闭型异氰酸酯中最常用的封闭剂主要有己内酰胺（ECAP）、甲乙酮肟（MEKO）、3，5-二甲基吡唑（DMP）、丙二酸二乙酯（DEM）等，其解封温度各不相同。从封闭剂的解封温度和制成涂料的贮存稳定性方面考虑，本试验选用的封闭型异氰酸酯为甲乙酮肟（MEKO）封端的异氰酸酯。热固性FEVE 氟碳涂料交联剂可选全甲醚化氨基树脂和封闭型异氰酸酯，但从实际情况来说，通常以前者为主。由于在很短的烘烤时间里，封闭型异氰酸酯难以完全解封，耐丁酮擦拭性以及耐久性均差，所以只作为辅助交联剂引入配方，用来改善涂膜的柔韧性[1]。
3.1.1 烘烤温度
烘烤温度对涂膜性能的影响见表3。
从表3 可以看出，体系烘烤温度的选择非常重要，温度太低，交联反应不充分，涂膜性能非常差；温度太高（200 ℃以上），体系会出现过度交联反应，使涂膜发脆，性能下降；另外在200 ℃以上烘烤时，体系中的树脂分子开始部分分解，产生活性基团，在热和氧的作用下产生发色基团，导致涂膜颜色变黄。一般适宜的烘烤温度范围为（180 ± 5）℃。
3.1.2 树脂的配比
配方中氟碳树脂（固体）和氨基树脂（固体）的质量比对涂膜性能的影响见表4。
表4 氟碳树脂和氨基树脂质量比对涂膜性能的影响
从表4 可以看出，氟碳树脂（固体）和氨基树脂（固体）的质量比非常重要，由于氨基树脂过量会发生自交联反应，涂膜发脆，机械性能下降。从平衡各方面的性能考虑，两者质量比控制在（3 ～ 5）∶ 1 比较好，另外氨基树脂的加入量太大，对涂膜的耐候性也不利。
3.1.3 催化剂的用量
催化剂的用量对涂膜性能的影响见表5。
表5 酸催化剂用量对涂膜性能的影响
从表5 可以看出，配方中酸催化剂的加入量不宜太多，否则会导致涂膜的附着力和耐冲击性能下降，涂料贮存稳定期缩短，适宜的加入量为0.1％～ 0.3%。
3.2 溶剂体系的选择
热固性FEVE 氟碳涂料同其它涂料一样包含树脂、颜料、溶剂等组分。其中溶剂组分的作用是降低涂料黏度，增加流动性，便于喷涂或辊涂，确保获得平滑、均匀、连续的涂膜。对于常温挥发干燥型涂料而言，一般只要求溶剂的溶解力、挥发率适宜，而对热固型涂料而言，由于需要高温烘烤，故对其有较高的要求，尤其是沸点，必须选择与树脂体系相适应的高沸点溶剂（150 ～ 200 ℃），以满足涂膜的流平。
热固型涂料用溶剂的选择原则：
⑴注意混合溶剂各组分间的相容性，并且各种溶剂混合后的溶解度参数的有关平均值尽量接近所属连结体系（树脂）的相关参数，愈接近愈好，这样就能使整个涂料体系相似相容，从而使其各项性能达到令人满意的效果。
⑵尽量选用低毒性的溶剂，这一方面是从安全考虑，另一方面也是顺应未来发展的趋势。
⑶根据产品应用的范围，适当地调整混合溶剂中各成分之间的比例，既能满足产品更新换代的要求，又能注意经济合理。
根据有关选择原则，结合具体条件进一步通过多次试验验证，就能够找到一个令人满意的混合溶剂的配比[2]。混合溶剂对涂膜外观的影响见表6。
从表6 可以看出，混合溶剂中各组分的挥发速率、溶解力、沸点等应尽量配合完善，这样才可能得到性能良好的涂膜，考虑到酮类溶剂的气味较难闻，选择S-150/XYL/PMA/BCS 的搭配比较合适。
总之，对热固性涂料而言，虽然高沸点溶剂在高温烘烤下是逐步挥发的, 但不同种类的溶剂在不同温度阶段的挥发速率有很大区别。由于涂膜在低温阶段的流平需要一个时间过程，为了达到理想的表面流平效果，所选的溶剂应该是在低温阶段的挥发速率稍慢，而在高温阶段的挥发速率尽量快些。
3.3 助剂的选用
由于热固性氟碳涂料需经中温烘烤固化成膜，所以配方体系中所选用的助剂应在要求的烘烤条件下不分解、不变色。有机硅类助剂的选择要慎重，需试验其与氟涂料的相容性，另外，可能影响涂膜的重涂性。流平剂可以是丙烯酸酯型如BYK-354（兼有消泡和脱泡作用）、BYK-358N；也可以是氟碳改性丙烯酸酯型如Ciba EFKA 3777（兼有消泡和脱泡作用）、BYK-388，加入量为总漆量的0.1%~ 1.0%。热固性FEVE 氟碳色漆可采用大部分常规的分散剂与氟碳树脂共同研磨，如Ciba EFKA 4060、BYK-163、BYK-110、BYK-180 等，不过需考虑它们本身的酸值以及与体系中酸催化剂之间的相互作用。消光粉可以选用OK-412、ED-30 等。
3.4 颜填料的选用
热固性FEVE 氟碳烤漆的制备与聚酯或丙烯酸烤漆的制备方法差别不大，选用的颜料的耐温性应在要求的烘烤条件下不变色，而且与氟碳树脂的耐久性相适应，这样整个涂层体系的耐候性才能得以保证，因此配制色漆时通常选用无机颜料[3]。金属颜料的选择主要考虑颜料的耐碱性，罩清漆是最好的解决办法，另外配方中还要加紫外线吸收剂和自由基清除剂。为了使片状铝粉能在涂膜上规则地定向排列，体系中添加防沉剂和定向助剂是必要和有效的方法。
4 结语
以FEVE 氟碳树脂为成膜物，通过固化体系、溶剂体系及助剂等的选择制备出性能优异的中温烘烤型氟碳涂料。该涂料具有优异的力学性能、耐盐雾性能和耐候性，各项指标达到了HG/T 3793—2005 的要求。铝单板喷涂FEVE 氟碳烤漆的成功研制，为国内铝单板喷涂氟碳涂料市场指明了新的发展方向，在其各项性能并不亚于PVDF 氟碳涂料的前提下，它更进一步降低了用户的使用成本，且单位涂装成本要低许多，该涂料性价比优势明显，具有广阔的发展前景。
