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0 引言
1982 年，日本旭硝子公司开发出氟烯烃- 乙烯基醚共聚物（FEVE），开创了常温下能溶解于芳烃、酯类、酮类溶剂的常温固化氟碳树脂，克服了聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）等系列产品溶解性差、需要高温烘烤成膜、光泽低等缺点，极大地方便了氟碳涂料的施工应用。FEVE 氟碳树脂是氟烯烃和烷基乙烯基醚或氟烯烃和烷基乙烯基酯交替排列的共聚物。在该共聚物分子结构中，氟烯烃单元提供了耐候性和耐腐蚀性；乙烯基单元提供了树脂的可溶性、透明度、光泽、硬度；羧基提供了颜料润湿性、附着性［1］。
FEVE 氟碳涂料具有优良的性能，在许多领域被广泛应用，如在建筑物、文物保护方面可以抵挡风雨的侵蚀；在电子领域，用作电子部件的钝化层和封装材料；在钢结构防腐领域，赋予高保光性和超长耐候性。近年来，FEVE 氟碳涂料在我国许多重大工程上，如鸟巢奥体中心、武汉天兴洲大桥、杭州湾跨海大桥等获得应用。
1 FEVE 氟碳涂料的性能
由于氟原子的电负性大，氟原子上带有较多的负电荷，相邻氟原子相互排斥，含氟烃链上的氟原子沿着锯齿状的C-C 链呈螺旋状分布，C-C 主链四周被一系列带负电的氟原子包围，形成高度立体屏蔽。FEVE 氟碳树脂分子主链上连接的氟原子彼此相邻的范式半径之和为0.278 nm，能完全填满分子主链上容易被进攻的C1 和C3 之间的空隙，因此绝大部分破坏性的进攻基团都难以进入。通过电子能谱研究发现：在涂膜的固化过程中，氟原子发生迁移而富集到涂膜表面，并且氟原子保护C-C 键免受紫外线和化学品的侵蚀，同时含氟链包围主链的螺旋状分子结构，起到屏蔽作用，极大地提高了漆膜的耐候性、化学稳定性［2］。研究表明［3］：FEVE 树脂中的含氟量越高，性能越优；含氟量小于15% 时，性能大幅度下降。从微观结构可知：FEVE 氟碳涂料主要性能为超耐候性、耐酸碱性和良好的热稳定性。
实验表明［4］：FEVE 氟碳涂料具有超强的耐候性，经过5 000 h 人工加速老化，保光率仍在80% 以上；室外应用15 a 以上，涂层不粉化，不起泡，不起皱，不脱落。通过天然老化试验和环境扫描电镜（ESEM）研究表明：FEVE 氟碳涂料的耐候性远远优于丙烯酸聚氨酯涂料。各种FEVE 氟碳涂料的耐10%H2SO4 性能优异（四氟乙烯- 醋酸乙烯酯类型稍差）；乙烯基醚或大单体共聚类型的FEVE 氟碳涂料具有优异的耐10%NaOH 性能，而醋酸乙烯酯共聚型FEVE 氟碳涂料经过60 d 浸泡试验后出现严重失光和变色；FEVE 氟碳涂料的耐溶剂性也很强，三氟氯乙烯- 乙烯基酯共聚型FEVE 氟碳涂料几乎不溶于非极性溶剂［5］。在-40~140℃范围内，FEVE 氟碳涂料均可使用，特别是三氟乙烯- 乙烯基醚共聚物、四氟乙烯共聚物长期使用温度上限可达160℃［6］。
2 FEVE 氟碳涂料的类型
2.1 “ 4F”型FEVE氟碳涂料和“3F”型FEVE氟碳涂料
按照共聚氟烯烃单体，FEVE 氟碳涂料可分为四氟乙烯型（4F 型）和三氟氯乙烯型（3F 型）。“4F”型FEVE 氟碳树脂和“3F”型FEVE 氟碳树脂的不同点就在于以四氟乙烯代替了三氟氯乙烯。从理论上分析，两者的分子结构有三大变化：（1）氟含量由原来的25% 提高到了35%~40% ；（2）以键能为486.15 kJ的C-F 键代替了键能为326.15 kJ 的C-Cl 键；（3）围绕在C-C 键周围的高键能C-F 键更多，使键能较低的C-C 键得到更进一步的保护。上述3 点结构变化从理论上讲都有利于共聚树脂的耐候性、耐盐雾性、耐化学品性、耐污染性的提高［7］。
2.2 溶剂型和弱溶剂型FEVE氟碳涂料
溶剂型FEVE 氟碳涂料是我国氟碳涂料的主流产品，主要选用芳烃、酮类、酯类等作为溶剂，但是基于安全环保因素，我国近年对芳香烃、脂肪烃和酮类等高毒性溶剂的使用与排放限制越来越严格，已转向低毒性溶剂型氟碳涂料的研究，如采用碳酸二甲酯（DMC）等低毒性高效溶剂替代原有溶剂［8］。石油溶剂是一种不含芳烃，毒性小且价廉的弱溶剂。在FEVE 树脂共聚中引入一定量的长链脂肪烃支链，使其能溶解于弱溶剂中，从而开发出对环境污染较小、具有防止产生光化学氧化与大气酸性化效果的新型弱溶剂型FEVE 氟碳涂料［9］。
2.3 水性FEVE氟碳涂料
随着人们环保意识的增强，各国对VOC（挥发性有机化合物）含量的限制日益严格，溶剂型氟碳涂料的应用受到了一定的限制。通过调整FEVE 分子中的烷基乙烯基醚单元上的基团类别，可以改善FEVE 树脂对颜料润湿性差的突出问题，并改善共聚物的极性、交联性、颜填料相容性等性能，研制出可常温交联或低温交联的高性能水性氟碳涂料［10］。
2.4 粉末型FEVE氟碳涂料
粉末涂料属于环保型涂料，具有良好的贮存稳定性、高温耐黄变性和易加工性，其缺点是必须高温烘干，使得粉末型FEVE 氟碳涂料在外观装饰性上不如溶剂型FEVE 氟碳涂料。旭硝子公司借鉴溶剂型FEVE 氟树脂的化学组成和交联机理，开发出用于粉末涂料的FEVE 氟树脂［11］，以封闭异氰酸酯为交联剂，制备出烘烤温度与常规粉末涂料一样的氟树脂粉末涂料。该树脂能够于100℃熔融，170~180℃烘烤固化，可采用挤出机分散颜料，制备出流平性好、光泽高的粉末涂料。粉末型FEVE 涂料具有低污染、高环保、高利用率、高装饰性等特点，广泛用于桥梁、门窗、内外墙等建筑材料，以及汽车车体、家电产品等领域。
3 FEVE 氟碳涂料的改性研究
近年来，FEVE 氟碳涂料用于条件更为苛刻的环境中，如石油化工或者冶金化工设备防腐、船舶防腐领域等，要求进一步提高其耐腐蚀性和耐沾污性。对FEVE 氟碳涂料的改性主要集中在混拼其他具有优异性能的树脂，以及引入纳米粒子和稀土元素。刘长亮［12］研究了在FEVE 氟碳涂料中拼用一定量含羟基丙烯酸树脂，丙烯酸树脂中的软硬单体配比、羟基含量，以及丙烯酸树脂与氟树脂的配比对涂层性能的影响，所得涂料可有效提高涂层的耐溶剂性和耐沸水附着力。杨保平等人［13］通过环氧树脂对FEVE 氟碳树脂进行改性，环氧树脂和氟碳树脂的质量比为2~1∶1，所得氟碳涂料具有良好的物理机械性和防腐性，价格适中，拓展了氟碳涂料在重防腐、建筑和电绝缘等领域的应用。
纳米（TiO2、SiO2 等）FEVE 氟碳涂料在光照过程中产生的羟基与生物大分子（如脂类、蛋白质、酶以及核酸），通过一系列氧化链式反应对生物细胞结构引起损伤性破坏，攻击有机物的不饱和键或夺取氢原子，使细菌蛋白质变异或脂类分解（多肽链断裂和糖类解聚），破坏细胞质中的原生质活酶，以此杀灭细菌使之分解，赋予涂料很强的杀菌抑菌功能［14］。卢翔等人［15］的研究表明：纳米SiO2 粒子的有效添加，提高了漆膜的抗紫外老化性，纳米SiO2/ 氟碳树脂复合涂层的各种机械性能较纯氟碳涂料有不同程度的提高，适用于现代超音速飞机。王博赟［16］制备了Fe-
Ag 双元素掺杂的纳米TiO2 改性FEVE 氟碳涂料，超疏水的纳米氟碳涂层具有极强的耐水性和耐沾污性，自清洁功能良好。
稀土元素由于原子结构特殊，具有许多优异的光、电、磁、核等特性。高彤等人［17］采用稀土二氧化铈对水性FEVE 氟碳涂料进行改性，纳米二氧化铈在研磨阶段加入效果更好，可以提高水性FEVE 氟碳涂料的耐老化性、防霉性、抗菌性等。当纳米二氧化铈用量为1% 时，耐人工老化时间可达500 h 以上。随着对FEVE 氟碳树脂的研究开发发现：氟碳树脂具有较强的太阳光反射能力［18］，并且氟碳树脂具有光、热稳定性和超强的耐候性，所以FEVE 氟碳树脂也慢慢用于隔热涂料。刘成楼［19］以氟碳乳液和自交联纯丙乳液为基料，以金红石型钛白粉为颜料，以中空微珠和红外辐射粉为填料，配用纳米SiO2 和助剂，制备出水性FEVE 氟碳涂料。该涂膜具有超群的耐候性，优异的耐沾污性，突出的耐化学品性，优异的柔韧性，极佳的隔热降温性能，光热反射率达到86%，适用于夏热冬暖、夏热冬冷地区建筑物外墙面的涂装。冀志江等人［20］以FEVE 氟碳树脂为成膜物，中空玻璃微珠和钛白粉为填料，制得具有发射太阳光和绝热双重功能的氟碳隔热涂料。经测试，该涂层导热系数小于0.05 W/（m·K），太阳反射率大于89％。
4 结语
FEVE 氟碳涂料具有优异的耐候性、耐腐蚀性、大气环境抗酸雨性、抗盐雾性、高装饰性，在建筑、钢材、汽车等许多领域都得到广泛的应用。随着科学技术的进步和施工应用技术的完善，FEVE 氟碳涂料优异的性能将使它在各个领域越来越具有竞争力。
