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摘要
介紹了氟碳涂料的最新研究進(jìn)展，包括含氟硅烷脲醛微膠囊多刺激觸發(fā)疏水自修復(fù)氟碳涂料、常溫固化高固體分FPVE氟碳涂料、Bi2WO6/TiO2復(fù)合材料改性的高效環(huán)保殺菌PEVE涂料、g－C3N4/Ag2WO4氟碳抗菌涂料、太陽(yáng)能背板粘結(jié)層用氟碳涂料、NFTO/FEVE無(wú)機(jī)－有機(jī)雜化涂料、不銹鋼用耐低溫透明氟碳涂料、耐沾污自清潔氟碳彈性涂料、混凝土防腐水性氟碳涂料和丙烯酸改性氟碳粉末涂料等。
前言
氟碳樹(shù)脂具有優(yōu)異的抗紫外線、耐化學(xué)品性和耐候性能。常見(jiàn)的有聚四氟乙烯(PTFE)樹(shù)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)樹(shù)脂。
用于涂料的氟碳樹(shù)脂主要是PVDF和FEVE。PVDF屬于熱塑性樹(shù)脂，可高溫烘烤固化成膜。FEVE屬于多羥基樹(shù)脂，可與異氰酸酯反應(yīng)形成氨酯鍵交聯(lián)固化，形成綜合性能更高的涂膜，耐候性可保持30年以上。
從使用壽命來(lái)看，氟碳涂料是一種經(jīng)濟(jì)型環(huán)保涂料。在橋梁、海上平臺(tái)、軌道交通、飛機(jī)、高檔幕墻、風(fēng)電和光伏背板等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
氟碳涂料的研究及應(yīng)用一直以來(lái)都是涂料工業(yè)的研究熱點(diǎn)，近年來(lái)取得了較大的進(jìn)展。重點(diǎn)介紹近年來(lái)氟碳涂料的最新研究。
1 溶劑型氟碳涂料
1.1 含氟硅烷脲醛微膠囊多刺激觸發(fā)疏水自修復(fù)氟碳涂料
Paul等以聚三氟氯乙烯/乙烯基醚樹(shù)脂(PEVE)和填充有氟硅烷的脲醛微膠囊為主要原料，通過(guò)界面聚合工藝制備出一種多刺激性潤(rùn)濕響應(yīng)自修復(fù)氟碳涂層。
對(duì)涂膜的性能測(cè)試結(jié)果表明，涂層具有良好的粘合強(qiáng)度，氟硅烷脲醛微膠囊具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在暴露于大氣條件下可觸發(fā)釋放其氟硅烷成分，從而使涂層的水接觸角從97°增大至151°。
在經(jīng)溶劑擦拭、刮擦和UV加速老化后測(cè)試，涂層的疏水性能還有適當(dāng)?shù)奶岣摺Ｔ诮?jīng)過(guò)堿液浸泡和氧等離子浸蝕產(chǎn)生初始損失后，還具有優(yōu)良的疏水性和自修復(fù)功能。在疏水自清潔和腐蝕防護(hù)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
1.2 常溫固化高固體分FEVE氟碳涂料
潘云飛等以氟丙烯乙烯基醚氟樹(shù)脂(FPVE)C－100為基體樹(shù)脂，以N3390和Z4470復(fù)配為固化劑，BYK－306為流平劑，AFCONA－2722為消泡劑，選用改性聚氨酯分散劑，制備出一種常溫固化的高固體分FPVE氟碳涂料。
對(duì)涂膜的性能測(cè)試與表征結(jié)果顯示，當(dāng)w(N3390)∶w(Z4470)=9∶1，w(AFCONA－2722)=0.7%，w(BYK－306)=0.3%，w(氣相二氧化硅)=w(催干劑)=0.5%時(shí)，涂膜的光澤度為80，附著力為0級(jí)，柔韌性為1級(jí)，硬度為2H，耐沖擊性為50cm，重涂性好，防腐蝕與耐候性?xún)?yōu)異。
可廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、船舶、車(chē)輛和化工等領(lǐng)域。
1.3 Bi2WO6/TiO2復(fù)合材料改性的高效環(huán)保殺菌
FEVE涂料Chai等先用一步水熱法制備出鎢酸鉍(Bi2WO6)/TiO2復(fù)合光催化劑，然后以此為改性填料，以氟碳樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，制備出一種Bi2WO6/TiO2復(fù)合材料改性PEVE殺菌涂料。
對(duì)涂膜的性能測(cè)試與表征結(jié)果顯示，當(dāng)m(TiO2)∶m(Bi2WO6)=7.5∶100.0時(shí)，在可見(jiàn)光下，改性PEVE涂層具有優(yōu)異的殺菌性能。
在強(qiáng)可見(jiàn)光下暴露1h后，涂層表面附著的細(xì)菌80%以上失去活性。電鏡掃描顯示，TiO2納米微球粘附在Bi2WO6納米片表面，Bi2WO6的比表面積和電子傳輸效率顯著提高。
滅菌試驗(yàn)表明，Bi2WO6/TiO2復(fù)合光催化劑對(duì)FEVE涂層的殺菌性能有顯著增強(qiáng)作用。這種光催化殺菌涂料在海洋環(huán)境中有廣闊的應(yīng)用前景。
1.4 g－C3N4/Ag2WO4氟碳抗菌涂料
海洋生物對(duì)船體和海洋基礎(chǔ)設(shè)施的附著一直是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。Ag2WO4是一種有效的光催化材料和抑菌劑，但是其光學(xué)穩(wěn)定性差，因此限制了它的應(yīng)用，對(duì)Ag2WO4改性后可用于制備抗菌涂層。
Zhu等以PEVE氟碳樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，并通過(guò)g－C3N4/Ag2WO4復(fù)合催化劑改性，制備出一種g－C3N4/Ag2WO4抗菌氟碳涂層。
對(duì)涂膜的性能測(cè)試與表征結(jié)果顯示，g－C3N4的存在對(duì)形成β(β)－Ag2WO4亞穩(wěn)相有促進(jìn)作用；
光催化劑中光生電子－空穴對(duì)的復(fù)合受到了Ag2WO4與g－C3N4之間的階梯式異質(zhì)結(jié)的抑制，穩(wěn)定性和光催化活性得到了增強(qiáng)，改性涂層在可見(jiàn)光下具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和抗菌性能。
1.5 太陽(yáng)能背板粘結(jié)層用氟碳涂料
顧麗爭(zhēng)等以三氟氯乙烯和乙烯基醚氟碳樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，HDI(六亞甲基二異氰酸酯)三聚體為固化劑，選用合適的助劑，制備出一種太陽(yáng)能背板粘結(jié)層用氟碳涂料。
對(duì)涂膜的性能測(cè)試與表征結(jié)果顯示，當(dāng)選用中等羥值氟碳樹(shù)脂，即n(－NCO)∶n(－OH)=1：1時(shí)，紫外輻射120kWh/m2后的黃變?yōu)?.68，壓力鍋蒸煮48h后涂膜的附著力為0級(jí)；
與橡塑發(fā)泡材料(EVA)的粘結(jié)力為96N/cm，濕熱老化10d后與橡塑發(fā)泡材料的粘結(jié)力為60N/cm。
1.6 NFTO/FEVE無(wú)機(jī)－有機(jī)雜化涂料
Zhang等以氟乙烯乙烯基醚(FEVE)樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，以縱橫比不同的鈦酸鐵鈉晶須(NFTO)為增強(qiáng)填料，采用液相共混法制備出一種NFTO/FEVE無(wú)機(jī)－有機(jī)雜化涂料。
研究了NFTO晶須的長(zhǎng)寬比和鈦酸鐵鈉晶須含量對(duì)NFTO/FEVE無(wú)機(jī)－有機(jī)雜化涂層的形貌、摩擦學(xué)性能和力學(xué)性能的影響。
NFTO晶須的加入可以明顯提高復(fù)合涂層的力學(xué)性能和耐磨性能，降低摩擦因數(shù)。電鏡掃描(SEM)結(jié)果顯示，NFTO硬晶須可以承受施加在滑動(dòng)表面上的載荷，同時(shí)減少了對(duì)聚合物基體的粘合磨損。
長(zhǎng)徑比中等的NFTO晶須為聚合物基質(zhì)提供了最佳的機(jī)械支撐，而且不易從基質(zhì)中拔出，顯示出最佳的增強(qiáng)效果。當(dāng)w(NFTO晶須)=10%時(shí)，復(fù)合涂層的耐磨性能最佳。
1.7 不銹鋼用耐低溫透明氟碳涂料
蔣科若等以氟碳樹(shù)脂CF312(FEVE)為基體樹(shù)脂，以異氰酸酯HT－100為固化劑，添加硅烷偶聯(lián)劑和紫外線吸收劑，制備出一種不銹鋼用耐低溫透明氟碳涂料。
對(duì)涂膜的性能測(cè)試與表征結(jié)果顯示，當(dāng)m(主漆)∶m(固化劑)=8∶1，w(紫外線吸收劑)=1.0%時(shí)，涂膜柔韌性2mm，耐沖擊50kg/cm；
在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的氯化鈉溶液中浸泡28d后，腐蝕電流密度為0.8920μA/cm2，耐中性鹽霧1500h，耐－200℃低溫48h，人工老化1200h后失光率為15.1%，在鉆井、石化和液氮不銹鋼管道防護(hù)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
2 水性氟碳涂料
2.1 耐沾污自清潔氟碳彈性涂料
梁光容等以氟碳彈性乳液為成膜物質(zhì)，以鈦白粉和碳酸鈣為主要顏填料，選用合適的助劑，制備出一種透氣性好、耐沾污自清潔氟碳彈性涂料。
對(duì)涂膜的性能測(cè)試與表征結(jié)果顯示，m(氟碳彈性乳液)=60%、m(氣相二氧化硅)=1%、m(遮蓋聚合物)=3%、m(硅藻土)=4%時(shí)，涂層的耐沾污性、自清潔、耐洗刷性、拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率等性能符合彈性建筑涂料標(biāo)準(zhǔn)JG/T172—2014的要求。
2.2 混凝土防腐水性氟碳涂料
陳彤丹等以甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸為硬單體，丙烯酸丁酯為軟單體，甲基丙烯酸十二氟庚酯為含氟單體，以過(guò)硫酸銨(APS)為引發(fā)劑；
以十二烷基硫酸鈉(SDS)和聚氧乙烯辛基苯酚醚－10(OP－10)為乳化劑，用半連續(xù)乳液聚合法，合成出一種水性含氟丙烯酸乳液。
對(duì)乳液及涂膜的性能測(cè)試與表征結(jié)果顯示:當(dāng)w(甲基丙烯酸十二氟庚酯)=8.4%、w［SDS+(OP－10)］=2.1%、w(APS)=0.4%時(shí)，單體轉(zhuǎn)化率為97.6%；
得到的含氟水性丙烯酸乳液平均粒徑為136.2nm，固含量為48.2%，配制出的水性氟碳涂料對(duì)混凝土試塊的防腐性能優(yōu)異。
3 丙烯酸改性氟碳粉末涂料
魏育福等以丙烯酸樹(shù)脂和氟樹(shù)脂復(fù)配，以自封閉異氰酸酯BF－1540為固化劑，制備出一種建筑鋁型材用氟碳粉末涂料。
對(duì)涂膜的性能測(cè)試與表征結(jié)果顯示，當(dāng)w (FEVE)=w (丙烯酸樹(shù)脂)=28.4%、w (BF－1540)=w (十二碳二元酸DDDA)=7.1%、w (顏填料)=22.5%、w (流平劑)=1%時(shí)，固化涂膜的光澤度為60，附著力(干/濕)為0級(jí)，耐人工老化4800h后保光率為90%。
該涂料在建筑鋁型材領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前氟碳涂料依然是使用壽命最長(zhǎng)的涂料品種。氟碳涂料的研究及應(yīng)用一直以來(lái)都是涂料工業(yè)的研究熱點(diǎn)。
未來(lái)的研究方向是:氟樹(shù)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;高固體分氟碳涂料的研究;氟碳涂料的雜化改性;氟碳涂料用原材料及助劑的研究等。
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