氟碳粉末塗料在建材表面的應用進展

    慧聰表面處理網訊：2014年環保風暴席捲了眾多行業，塗料首次被國家相關行政部門認定為汙染行業，在此形勢下，符合低碳環保的粉末和水性塗料將成為今後一段時間內國內塗料行業的優先發展方向。

    氟碳粉末塗料具有優良的耐候性和耐化學藥品性，還具有表面張力低、摩擦力小、疏水性和非粘附性等特性，在粉末塗料行業成為一個不可或缺的品種。從產品生命周期看，發展高耐候性氟碳粉末塗料在各個領域應用，既可以減少因重塗所產生的費用，也可以響應現代社會零VOC排放要求，在保護塗裝基材同時對低碳社會有所貢獻。

    1氟碳粉末塗料發展

    目前，國內氟碳塗料的應用形式主要以溶劑型塗料為主，溶劑型氟碳塗料生產和施工工藝成熟，塗層在眾多建築上已得到很好體現，市場認可度高。隨著國家對環保的日益重視，溶劑型氟碳塗料使用日益受到限制，塗料在初次塗裝時儘量減少VOC排放量非常重要。粉末塗料VOC排放量非常低，更適合在高溫烘烤型場合使用。表１中給出以一般溶劑型塗料初次塗裝VOC排放量設定指數為100的情況下，其他形態塗料的相對VOC排放量。

    表1塗料種類及初期VOC排出量

    氟碳粉末樹脂品種很多，但是適用於粉末塗料的品種很少。從實際應用角度考慮，作為建材表面用氟碳粉末樹脂按成膜物質可分為熱塑性和熱固性２種。熱塑性氟碳粉末塗料以PVDF樹脂為基料；熱固性氟碳粉末塗料以三氟氯乙烯－乙烯基醚／酯樹脂為基料。

    PVDF氟碳粉末塗料在20世紀70年代出現，FEVE氟碳粉末塗料從20世紀90年代末開始在市場上應用，目前市場佔有率還是很低。近年來，國內粉末塗料行業對氟碳粉末塗料需求越來越旺盛；國外中東地區很多建築物要求塗料不含溶劑而且耐候性要達到AAMA2605-2005標準，對氟碳粉末塗料需求正在增長；亞洲及大洋洲地區對氟碳粉末塗料需求有同樣傾向，這些市場發展方向給氟碳粉末塗料在建材領域快速發展提供了強勁動力。表2給出了氟碳塗料種類及溶劑含量。

    表2氟碳塗料種類及溶劑含量

    2氟碳粉末塗料性能

    樹脂是粉末塗料主要成膜物質，是決定粉末塗料性質和塗膜性能最主要成分。粉末塗料用樹脂性質和性能決定粉末塗料配方組成和用途。氟碳粉末樹脂中C-F化學鍵能為485kJ/mol，大於自然光中紫外線的鍵能411kJ/mol，製備的氟碳粉末塗料耐候性遠遠高於聚酯粉末塗料，具有長效保光保色性。

    作為氟碳粉末塗料兩大類產品，PVDF和FEVE氟碳粉末樹脂種類、成膜機理不同，生產工藝過程也有很大區別，實踐應用結果表明：兩類氟碳粉末塗料具有良好的耐候、耐酸、耐鹼等綜合理化性能。表3給出PVDF氟碳粉末塗料與FEVE氟碳粉末塗料主要性能對比。

    表3PVDF氟碳粉末塗料與FEVE氟碳粉末塗料性能比較

    2.1PVDF氟碳粉末塗料組成及生產工藝

    2.1.1PVDF氟碳粉末塗料組成

    PVDF是偏氟乙烯均聚物，是一種韌性熱塑性加工塑料。PVDF氟碳粉末塗料配方中，PVDF含量為70%，配以優質高耐候顏料，通過加入約30%熱塑性丙烯酸樹脂以提高塗料與基材粘結性，並改善填料分散性。經過高溫固化，PVDF氟碳粉末塗層具有與液體氟碳塗料同樣組成和性能。

    在PVDF氟碳粉末塗料開發過程中，配套的丙烯酸樹脂很重要，它需要與氟碳樹脂有很好相容性，才能在成膜過程中形成高分子合金，耐侯性才會有保證。液體PVDF塗料有配套底漆，比較容易解決在金屬基材表面附著力，在PVDF氟碳粉末塗料中，通常不使用底漆，因此選用丙烯酸樹脂提供附著力顯得非常重要。在PVDF氟碳粉末塗料中，液體塗料中使用的傳統熱塑性丙烯酸樹脂不能提供足夠附著力。因此，新型丙烯酸樹脂的開發應用，成為PVDF氟碳粉末塗料快速發展的關鍵技術之一。

    2.1.2PVDF氟碳粉末塗料生產工藝

    據文獻介紹，PVDF氟碳粉末塗料可以採用熔融擠出混合法，其具體工藝過程為：PVDF樹脂、丙烯酸樹脂、顏料、助劑、填料→高速攪拌型混合機預混合→雙螺杆擠出機擠出→冷卻破碎→液氮深冷破碎→分級過篩→PVDF氟碳粉末塗料成品。

    近年來，有公司開發出一種超細氟碳粉末塗料製備方法，其具體工藝過程為：PVDF、丙烯酸樹脂→在有機溶劑（丁酮+甲苯）中溶解→加入顏填料後高速分散→研磨至規定細度→調節黏度→加壓噴霧乾燥→冷卻乾燥→分級過篩→超細PVDF氟碳粉末塗料成品。

    從上述PVDF氟碳粉末塗料生產工藝過程可以看出，熔融擠出混合法存在熔融擠出混煉效果差，擠出機螺杆不易清洗，後期還需要昂貴繁瑣的液氮冷凍粉碎工藝，工業化應用難度較大，目前國內還沒有廠家採用此方法生產PVDF氟碳粉末塗料。

    超細氟碳粉末塗料法需要先製備溶劑型PVDF塗料，後期採用噴霧乾燥工藝製備PVDF氟碳粉末塗料。此方法工藝繁瑣，能耗高，還存在溶劑回收處理等一系列問題。另外，從這些年市場反饋情況分析，終端客戶對這種方法製備PVDF氟碳粉末塗料接受和認可程度不高，產品在應用過程中還存在一些亟待解決的問題。

    2.2FEVE氟碳粉末塗料組成及生產工藝

    2.2.1FEVE氟碳粉末塗料組成

    FEVE氟碳粉末樹脂主要是指主鏈中含羥基官能團的三氟氯乙烯-乙烯基醚或乙烯基酯類共聚物，樹脂軟化點80℃左右，100℃左右熔融，其顏料分散性優異，且可以用一般的粉末塗裝工藝。

    FEVE氟碳粉末塗料由熱固性氟粉末樹脂、聚多異氰酸酯固化劑、顏料、填料、助劑為主要成分組成，具有超長耐候性、優異耐腐蝕性、極佳耐鹽霧性、優異保光保色性，對基材具有優異的保護和裝飾效果，主要技術指標達到QUALICOAT-2009Ⅲ（歐洲建築塗層標準：建築用鋁型材表面噴漆、粉末塗裝的質量控制規範）和AAMA2605-2005要求。

    2.2.2FEVE氟碳粉末塗料生產工藝

    FEVE氟碳粉末樹脂具有和一般環氧、聚酯樹脂相近的熔融溫度，可以用目前通用擠出設備生產熱固性粉末塗料，在一般熱固性粉末塗料烘烤條件下（180～200℃,15～20min）固化成膜，其具體生產工藝過程如下：

    FEVE粉末樹脂、固化劑、顏填料、助劑等→預混合→雙螺杆擠出機熔融擠出→冷卻破碎→細粉碎→分級過篩→FEVE氟碳粉末塗料成品。

    2.3氟碳粉末塗料主要性能對比

    FEVE氟碳粉末塗料可以提供多種顏色及金屬閃光效果的氟碳塗料，在顏料潤溼性、光澤、顏色選擇等方面都要優於PVDF氟碳粉末塗料。化學藥品對其他粉末塗料塗膜以及PVDF氟碳粉末塗料塗膜點腐蝕性很大，對FEVE氟碳粉末塗料相對影響較小。用FEVE氟碳改性聚酯粉末塗料，耐候性及耐腐蝕性比一般聚酯粉末提高一倍以上，具有更廣闊的應用空間。表4給出幾類市場常見氟碳粉末塗料主要性能對比。

    表4氟碳粉末塗料主要性能對比

    3氟碳粉末塗料施工應用工藝

    鋁合金基材是建材領域應用最為廣泛的基材，也是粉末塗料，包括氟碳粉末塗料應用最集中的領域。在不進行預處理前提下，氟碳粉末塗料在鋁合金表面附著力和機械性能非常差。

    鋁合金基材表面處理是粉末塗料施工基礎工序，主要作用有3個方面：一是清除被塗物件表面汙垢；二是去除物件表面存在的缺陷，創造噴塗需要的表面粗糙度；三是對被塗物件表面進行各種化學處理，提高塗層附著力和防腐能力。鋁合金基材表面處理技術在影響塗層耐久性諸多因素中佔比最大。表5給出塗層質量影響因素和所佔比率。

    表5塗層質量影響因素和所佔比率

    FEVE氟碳粉末樹脂含有羥基官能團，樹脂極性較強，對鋁合金基材有較好附著力，一般在應用時不需要塗底漆。20多年的成功應用案例表明，在氟碳粉末塗料施工中，在鋁合金基材表面進行黃鉻化處理後，噴塗FEVE氟碳粉末塗料，是一種成熟的施工配套模式。

    目前階段，無論是QUALICOAT-2009還是AAMA2605-2005，對氟碳粉末塗料塗層，都是針對黃色鉻化鋁材進行測試認證，無鉻化（鋯鈦系/矽烷類）以及三價鉻等處理方式都還沒有成熟案例。歐洲從2016年起禁止在建材表面處理中使用黃色鉻化，所以，這給氟碳粉末塗料今後在鋁型材表面應用提出嚴峻挑戰，需要儘快找到替代解決方案。

    4氟碳粉末塗料市場應用現狀

    氟碳粉末塗料作為粉末塗料中高端產品，主要在鋁幕牆、窗框等建材，空調外機外框、變壓器及儀表燈外裝中使用。

    隨著國民經濟發展和生活水平提高，業主對有機塗層要求越來越高，不僅要有很好的裝飾效果，更要有非常優異的戶外保色性、耐久性。國際上已經制定了這類產品標準，即QUALICOAT-2009III和AAMA2605-2005，並在液體氟碳塗料應用中使用。但在傳統粉末塗料產品中，目前還沒有能達到該標準要求的。

    應用結果表明，FEVE氟碳粉末塗料通過了QUALICOAT-2009III和AAMA2605-2005認證，主要性能遠遠超過國內鋁合金建築型材——粉末噴塗型材標準中耐候性等級Ⅱ類要求（GB/T5327.4-2008），填補了粉末塗料在高端建材領域空白。表6給出了歐洲QUALICOAT-2009技術規格。表7給出了鋁合金建築型材——粉末噴塗型材標準中對耐候性等級的要求。

    表6粉末塗料QUALICOAT-2009規格

    表7鋁合金建築型材—粉末噴塗型材耐候性等級技術指標

 

    備註：耐候性根據氙燈照射人工加速老化試驗時間和試驗結果。

    5結語

    1.PVDF氟碳粉末塗料生產過程需要增加特殊設備和工藝，生產投資較大，生產過程繁雜，難以實現規模工業化生產。

    2.FEVE氟碳粉末樹脂塗料與高耐候性聚酯樹脂粉末塗料相比具有相同生產工藝和實用性，同時具有和其他粉末塗料相當的初期性能，在工廠生產及塗裝中沒有問題。

    3.高端鋁幕牆及窗框等建材可以使用氟碳粉末塗料，在經過終端客戶，塗料廠家等相關方在應用技術開發方面廣範圍評價及驗證後，氟碳粉末塗料能夠在更廣闊的範圍內應用。

責任編輯：葉丹推薦