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技术交流丨水性氟碳涂料的合成方法

2019年03月03日 点击:

氟碳高分子中含有的 C-F 键,具有高键能(486 KJ/ mol),且氟原子半径小、电负度(4。0)大与极化率很低,因此赋予氟碳树脂许多优异的性能。得益于此,氟碳涂料作为高性能涂料具有超耐气候老化性、耐化学腐蚀性、极强的稳定性等特征,比市面上流行的聚氨酯、有机硅、丙烯酸树脂涂料性能更优越,被广泛应用于建筑领域、大型构筑物、交通运输领域和户外标志等。

近年来,基于环境保护法规,世界各地对VOC(volatile organic compounds,挥发性有机化合物)的排放开始严格控制,氟碳涂料的水性化成为发展的趋势。小编经常收到读者在后台发来信息,希望了解更多关于水性氟碳的信息。本文节选自2018年1月《涂层与防护》中的文章——《水性氟碳应用介绍》,主要介绍了水性氟碳乳液的制备方法。值得注意的是:本文作者是来自台湾长兴材料工业股份江南娱乐登陆的吴建成工程师,该公司有多年研制溶剂型FEVE氟碳涂料的经验。

===合成单体===

水性氟碳树脂的制备中,所使用的单体可分为含氟与非含氟单体,常用的含氟单体有四氟乙烯、三氟氯乙烯、偏二氟乙烯、氟乙烯、六氟丙烯、含氟烷基乙烯基(丙烯基)酯或醚等。这些氟烯烃单体的均聚物或共聚物虽然具有耐高温、耐候性、耐化学药品稳定性的优点,但同时具有加工不易,必须在高温下才能成膜的缺点。 因此需要和非含氟单体共聚,以降低其结晶性,才能获得在常温或中温下可以固化的氟碳树脂。

水性氟碳树脂常导入的非含氟单体则有乙烯基醚、羧酸乙烯酯和丙烯酸酯等。 乙烯基醚有环己基乙烯基醚、羟丁基乙烯基醚、乙基乙烯基醚等;羧酸乙烯酯包括乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯等;丙烯酸酯有丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸环己酯和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯。 

===合成方法===

氟碳乳液的制备与一般乳液的制备相似,常见的方法有以下 4 种:

1.溶液聚合

溶液聚合是将氟烯烃和其他共聚单体溶于溶剂中,在油性引发剂存在下进行溶液聚合,然后在乳化剂保护下靠机械力高速搅拌使树脂分散在水中形成水性氟碳树脂,属于油转水型的树脂。这类产品通常都会含有少量的溶剂,技术门坎较低,通常为了符合 VOC 法规还需要将溶剂抽除。

2。乳液聚合

乳液聚合是将氟烯烃单体和其他共聚单体与乳化剂、调节剂等混合后,在引发剂的存在下,于水中直接进行乳液聚合的方法,目前主流的FEVE乳液所使用的就是这种方法制备,即以三氟氯乙烯基单体与不含氟的乙烯基醚单体进行自由基乳液聚合。 

3.核壳型乳液聚合

核壳乳液聚合是为了达到某些特殊需求所使用的工艺,藉由选择不同性能的单体,调节所需的配比来达到乳液粒子的特殊性能要求。可以解决乳液用于涂料时发软、发黏和耐污性差等缺点,也可解决氟碳聚合物的高结晶性与高玻璃转移温度使涂料化后难以加工的问题,也可以制备低温能成膜的氟碳树脂,使其应用性更加广泛。 

4.无皂聚合

无皂聚合是可以减少使用或不用一般乳化聚合所用的乳化剂而实现乳液聚合的一种合成方法,此方法可提高树脂的耐水性、耐沾污性等。在制备水性氟碳树脂中使用可以提升其物化性,尤其是大幅提升耐候性及耐水性。无皂聚合的产品一般以分散体的型式为主,先在溶剂中聚合树脂,藉由高分子主链上的修饰,使其带有酸基能够分散于水中,亦属于油转水型的树脂,仍需要将溶剂抽除。

===后话===

近年来建筑市场快速发展,建筑外墙对高标准涂料的需要也在猛增。例如,北京对建筑外墙涂料明确规定:耐老化性能必须在15年以上,材料要求低毒性,这就给水性氟碳涂料的开发带来了巨大的商机。水性氟碳涂料中氟乳液的合成、配套助剂的研发、配套体系的优化、施工工艺的改进都将是研发热点。希望这篇文章能激发大家学习交流的热情,也希望大家有好的信息可以在后台留言告诉小编。

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