环境友好型氟碳树脂涂料
边蕴静
弱溶剂可溶型涂料
    PFEVE（氟乙烯和烃基乙烯基醚共聚物）的代表产品为日本旭硝
子公司Lumiflon系列产品，由氟乙烯与烃基乙烯基醚通过溶液聚合
制得的嵌段型共聚物涂料，具有极优异的耐久性，可保持初始外观达
20年之久；具有高光泽性，可用适当的交联剂交联固化，室温或低
温烘烤成膜。可用于金属基材，也可用于水泥、塑料等对温度较为敏
感的材料。
    氟乙烯结构单元提供树脂所需的耐候性、耐久性，烃基乙烯基醚
类结构单元则赋予树脂在有机溶剂中的溶解性、与颜料和交联剂的相
容性、光泽、柔韧性、硬度以及与基底材料的附着力等；严格交替排
列结构使化学性能稳定的氟乙烯链节形成空间屏蔽，保护稳定性较差
的乙烯基醚类结构单元免受化学介质的侵袭。
    PFEVE是1种氟含量为27%～29%的羟基化聚合物，设计涂料配方
时，可以借用氨基醇酸（聚酯）树脂涂料、聚酯聚氨酯树脂涂料中的
羟基化树脂的配方设计原则，固化剂可为氨基树脂和聚氨酯树脂或多
异氰酸酯及封闭型多异氰酸酯。
    这类涂料的缺点在于：由于聚合物的分子量较大，难以配制高固
体分涂料；且难溶于弱溶剂，对环境造成了一定危害。为此，研究人
员在分子中引入长支链（如环己基和支链化烷基等），共聚单体采用
环己基乙烯基醚、羟丁基乙烯基醚或其他长链烃基乙烯基醚等，开发
出可溶于脂肪族烃类溶剂的PFEVE树脂。改性后聚合物不仅具有足够
的交联固化用羟基基团，且能溶解于异构烷烃等溶剂，不需使用二甲
苯等强溶剂，施工条件和对环境的危害大为改善。
高固体分涂料
　　端羟基全氟聚醚树脂涂料是1种低粘度的齐聚物，可制成具有自
清洁功能的建筑面漆及金属卷材涂料，能够溶于常规溶剂，与固化剂
相容性好，可高温或常温固化；而且可以通过形成低分子量的预聚物
配制出高固体分涂料，从而减少有机溶剂的用量，满足环保要求。
　　该类涂料典型代表产品为美国AUSIMONT公司的Fomblin ZDOL，
其工业生产过程为：以四氟乙烯与氧的光共聚作用为基础，随后生成
中间体二甲基酯，后还原制得PFPE（全氟聚醚）。ZDOL齐聚物为1种
室温黏度低、密度高的液体，分子量范围为1000～3500；其中较高
分子量的齐聚物多用于制备热塑性或热固性弹性体，分子量较低的齐
聚物（Mn在1000左右）则多用于制备涂料用多官能团树脂，如全氟
聚醚聚氨酯（F-PU）、全氟聚醚聚酯（F-PE），选择适当的交联剂，可
获综合性能优异的涂料，是高固体分涂料很有前途的选择。
    基于该类树脂，清漆的固含量可达到79%，色漆固含量可达83%。
用作卷材涂料时，该类涂料机械及光学性能良好，户外耐久性、耐化
学药品性、防腐性能及耐污染性优异。与其他氟碳树脂涂料及传统卷
材涂料相比，该类涂料不仅具有良好的耐沾污性，且具有很好的可清
洗性和自清洁功能。X-射线光电子光谱研究发现，涂料表面氟的浓度
高于涂料本体的氟浓度，这不仅赋予涂料较高的流动性能，且使涂膜
具有独特的表面特性、高的疏水性、低的表面能。
水性涂料
    聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷基醚
共聚物等传统水分散涂料已在防粘和耐腐蚀等领域获得广泛的应用，
但因成膜温度高，需高温烘烤，施工工艺较为复杂，仅用于特种场合。
    人们已经发现了VDF（偏氟乙烯）共聚物与PMMA复配共混涂料
的水性化途径，如大金公司ZEFFLE SE即为该类水性氟树脂涂料。首
先VDF、TFE（四氟乙烯）和CTFE（三氟氯乙烯）在特定条件下乳液
聚合，制得VDF/TFE/CTFE三元共聚物水分散体系，然后将该分散体
与MMA单体的乳化液进行种子乳液聚合，PMMA分子中相对较弱的酯
键被PVDF所保护，综合性能与相应的溶剂型涂料不相上下，耐候性
优良，涂膜有弹性、耐溶剂，抗污染，适用于制备室外高档水性建筑
涂料。
    旭硝子公司基于三氟氯乙烯与不同乙烯基醚的共聚种子，然后引
入丙烯酸（酯）进行聚合得到改良聚合物，并基于此开发出可常温成
膜的水分散型涂料和可溶于弱溶剂的环境友好型涂料。
    此外，使用含氟基团的丙烯酸单体与甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯
酸丁酯等进行乳液聚合，可获得氟化丙烯酸和甲基丙烯酸胶乳，制备
性能优异的建筑、皮革用涂料。
    离子型表面活性剂与带相反电荷的聚电解质可自发形成结构明确
的络合物，这是水性化氟碳涂料的另一途径。Lochhaas等人以聚二
烯丙基二甲基氯化铵为聚电解质，与4种商品化的氟表面活性剂制备
出络合物，对其性能进行研究发现，该络合物热稳定性和机械稳定性
良好，容易成膜，且反应在水相进行，符合环保要求。美国陶氏化学
的Schmidt等人开发出的1种防污涂料也是该类型的水性涂料，采用
聚(2-异丙烯基-2-　唑啉)交联聚全氟烷基表面活性剂制得。含氟表
面活性剂在水介质中气-液介面上自动组装，除去溶剂及/或加热条件
下，聚(2-异丙烯基-2-　唑啉)与表面活性剂聚合形成共价交联，失
去离子电荷，CF3端基在表面紧密排列并取向。由于涂料交联密度高，
取向含氟端基严格固定在表面，这种涂料可以抵抗污损生物粘附分子
的渗透，同时由于表面能低，涂层与粘附物之间的粘附界面不牢，粘
附界面分明，易脱离，可用高压水冲洗除去。资料表明，这种自组装
型的防污涂膜适用于在各种基材上涂装。
粉末涂料
    涂料粉末化是适应环保法规的另一个发展方向。聚四氟乙烯是最
先问世的氟碳树脂粉末涂料，但由于其熔点高（327℃），成膜温度高
（380℃），应用范围受到限制。后来，人们开发了PFA、ETFE、FEP、
PVDF等热塑性氟碳树脂粉末涂料。PVDF与热塑性丙烯酸树脂共混烘
烤温度可降至230℃，但PVDF粉末涂料由于颜料分散性、涂膜光泽
等问题应用范围仍受到限制。3M公司开发出1种熔点为115℃的VDF、
HFP和TFE的三元共聚物涂料，应用领域得以拓宽。
　　新型氟碳粉末涂料随着氟碳树脂技术的改进而发展，性能不断提
高。国外报道了用全氟醚聚氨酯和全氟醚聚酯制备的一系列氟碳树脂
粉末涂料。旭硝子公司借鉴溶剂型PFEVE的化学组成和交联机理，以
CTFE和乙烯基醚为主要单体制成带羟基官能团的氟树脂，能够在100
℃熔融，具有出色的耐候性和耐久性，并且可以在一般粉末涂料生产
线上进行生产。这些热固性粉末涂料适用于建筑铝型材、钢结构、公
路设施、化工防腐管道、汽车工业领部件等领域。
表1   氟碳涂料的主要特性和相关应用
  特  性                     应        用
耐候性        大型建筑外墙涂料，使用寿命可达20～30年
耐腐蚀        飞机蒙皮、油箱，桥梁、汽车及工业装备防腐，文物
保护等
高绝缘性和   高压绝缘子涂料、电线电缆涂料等
  热稳定性
表面张力低   防污涂料、汽车外壳保护涂层、飞机防冰雪涂层等

超　链　接
氟碳树脂涂料的特点
　　氟碳树脂是含氟单体自聚或共聚（与含氟单体或非氟单体）制得
的含较多氟碳化学键的树脂。由于分子结构中含有较多的C-F键，氟
碳树脂表现出一系列独特的性质，如高度绝缘性、高度热稳定性、化
学惰性、低表面张力、低摩擦性、不粘附性、斥水斥油性、低污染性、
超耐候耐久性、耐化学品和溶剂性、低透气性、低折射率等。因此，
氟碳树脂也成为超高性能产品的象征和材料行业争相占领的高地。
　　氟碳涂料是以氟碳树脂为基础（或经改性）的涂料，吸取了氟碳
树脂的优点，性能卓越，对其研发倍受关注，应用研究也进一步深入。
氟碳涂料继承了氟碳树脂的多种特性，在许多领域有着广泛的应用，
见表1。
发展趋势
    热熔型涂料
　　以PVF（聚氟乙烯）、PVDF、PTFE为基础的涂料属热熔型氟碳涂
料，需高温烘烤，热熔融流平成膜。如DuPont的特氟隆涂料，主要
应用于电饭锅及烹饪用具及高温反应釜的内壁等。由于施工过程复
杂，应用受到限制，仅用于可耐受高温的铝板或钢板表面。
　　对这类涂料的改性，一方面提高其在溶剂中的溶解度，一方面降
低烘烤成膜温度。可采用多种含氟单体与带侧基乙烯单体共聚方式进
行改性，减少结晶性，提高可溶性，如Elf Atochem（北美）的
VDF/TFE/HFP三元共聚物（Kynar ADS）及VF2/HFP二元共聚物涂料。
　　共混型涂料
　　PVF和PVDF与丙烯酸酯类聚合物共混的超耐候性建筑涂料是氟
碳涂料的第二大类。将VDF共聚物与PMMA溶于溶剂，辊涂法施工后，
在200～230℃下烘烤成膜。目前，随着研究的进展，这类型涂料已
水性化。
　　共聚型涂料
　　含氟单体与非含氟单体共聚制得的溶剂型或水性涂料是氟碳涂料
发展的又一品种。首先，含氟单体与丙烯酸酯类（或烷基乙烯基醚类）
单体进行溶液或乳液共聚制得有机氟聚合物，然后经复配制的可交联
的高性能涂料。典型代表是日本旭硝子公司的Lumiflon系列产品。
这类氟碳涂料具有优异的耐候性、耐水性和耐油性，已在金属和非金
属建材涂装、纺织品、纸张和皮革涂饰等领域获得了广泛应用。
　　含氟丙烯酸酯涂料
　　含（全）氟基团的丙烯酸酯类聚合物的应用开创了氟碳涂料的崭
新领域，可通过乳液聚合制得水性涂料，也可制得高固体分涂料，应
用范围极广，主要分为全氟丙烯酸酯类均聚物、全氟丙烯酸无规共聚
物和全氟嵌段丙烯酸酯类共聚物等三类。