PVDF（聚偏氟乙烯）树脂的应用性能

 

PVDF（聚偏氟乙烯）树脂的应用性能 
 
  PVDF涂料以其优异的耐候性、耐化学品性、耐污染性、易维护性等，在户外建筑领域有着广泛的应用市场和前景。


一、 PVDF  氟碳涂料概述 1. 涂料的基本成分树
PVDF 树脂  20-25%
丙烯酸树脂  8-11%
颜料  12-16%
混合溶剂  50-60%
各种助剂  微量

注： 涂料中PVDF 树脂与丙烯酸树脂重量比为70:30，制漆时无需选用真溶剂，只是分散在丙烯酸树脂和混合溶剂组成的分散液中，通过高速分散或研磨达要求细度，即可制成PVDF清漆。
2 ．原料要求及特点
氟原子最大的电负性能使得形成的氟碳键十分牢固，加上其分子独特对称结构，使PVDF具有超常的稳定性，抗紫外光光解性能及优异的绝缘性能和机械性能,万豪PVDFT-1树脂分子结构和高分子排列及粒径分布与国外同类产品极其相近，所有分析数据在 万豪 PVDF 氟碳树脂树脂的结构与性能报告 中有详细阐述。

a. PVDF树脂具有以下特点：
•很高的抗张强度和耐冲击强度，具有优良的耐磨性，刚度和柔韧性；
•很好的热稳定性
•极好的耐紫外线和核辐射
•很好的电性能和阻燃性能
•很好的耐化学性能、耐渗透性极佳
•极高的纯度、耐霉菌性能

b. 丙烯酸树脂
通常选用甲基丙烯酸类的热塑性丙烯酸树脂。主要作用是：
i. 增加颜料分散性
ii. 增加漆膜黏结附着力
iii. 提高涂料各组份的分散稳定性

c. 颜料
PVDF是一种紫外线透过性树脂，因此对颜料和配套要求极高。颜料必须高耐候且能够阻隔紫外线对底漆的破坏。通常选用的是以下几种颜料：
i. 高耐候金红石型钛白粉
ii. 高温煅烧的金属氧化物混合物（陶瓷颜料）
iii. 耐候级珠光颜料
iv. 高耐候的铝银浆且需加罩光清漆以阻止酸碱破坏

d. 溶剂
i. 是固定成份的载体
ii. 调节油漆粘达到施工要求
iii. 烘烤成膜时溶解PVDF树脂，以利于丙烯酸树脂烘烤形成良好的高分子熔融晶体

e. 助剂
微量添加以调整生产、存储、施工、成膜后的相关性能。

3 ．施工和相关标准
国内主要以静电喷涂和辊涂为主，有少量粉末静电喷涂。
喷涂通常为两涂一烘和三涂一烘.

涂装方式和主要工艺参数
条件  辊涂  喷涂  粉末喷涂
板温  232-249℃  221-249℃  221-249℃
烘干时间  40-90 s  10-20 min  10-20 min
底漆  5-8  7-12  20-25（粉末）
面漆厚度  18-22  25-30  35-40
主要采用的标准 ：
喷涂体系：AAMA2605-98 HG/T3793-2005热熔型氟树脂（PVDF）涂料

辊涂体系：AAMA620-02 GB/T17748-1999

二． 制漆性能
1 ．细度
由于PVDF是粉末状树脂而且制漆时是分散在涂料中，所以要求PVDF树脂自身要有很好的分散或研磨性能, 而PVDF树脂往往会由于合成工艺方法、工艺控制、后处理等原因会导致不易分散无法达到涂料要求。因此，细度和分散性是PVDF T-1树脂非常注重的一个最基本的指标。

1．1分散细度
表一 PVDF 分散性考察
PVDF-1树脂  80
40%丙烯酸树脂  85
混合溶剂  135
Total  300 g
注： 分散转速2500转每分钟，温度25-28℃C

表二 PVDF分散细度一览表
细度 时间  PVDF T-1 树脂  国外样品A  国外样品B
 微米  Hegman  u  Hegman  u  Hegman
15min  62.5  3  80  1.5  75  2
30min  55  3.5  62.5  3  70  2.5
45 min  50  4  55  3.5  62.5  3
60 min  50  4  55  3.5  55  3.5
90 min  45  4.5  45  4.5  45  4.5
120 min  45  4.5  37.5  5  37.5  5
1．2研磨细度
相同的参考配方，2500转速/分钟，温度控制在20-25℃，研磨细度见下表
表四PVDF研磨细度一览表
细度 时间  PVDF T-1树脂  国外样品A  国外样品B
 u  Hegman  u  Hegman  u  Hegman
10min  45  4.5  45  4.5  45  4.5
20 min  40  5  37.5  5  35  5
30min  32.5  5.5  32.5  5.5  27.5  6
45 min  27.5  6  27.5  6  25  6
60 min  25  6  25  6  20  6.5
在PVDF涂料的生产工艺中更多的厂家和品种都是基于研磨的工艺进行的，在实际生产中研磨设备必须具有很好的冷却能力，以防温度升高PVDF产生触变对施工造成不好的影响，温度进一步升高还会导致潜溶剂部分溶解PVDF，冷却后PVDF析出，形成弹性颗粒并且细度无法进一步研磨，形成废料。
从以上结果来看万豪的PVDF T-1与国外同类产品A和B，在高速分散在研磨工艺下无太多的差异。在高速分散条件下，由于初级粒子的大小以及次级粒子的粒径分布有细微差异，所以不同分散时间表现出的效果不同，总体来说高速分散性略微比国外样品差点，但完全可以满足涂料生产要求。

2 ．粘度
PVDF的粘度对于涂料的生产，储存，施工以及涂料成本都有很大的影响。粘度过高对于生产施工都会产生不好的影响，尤其是施工中对于流平要求高的场合，譬如卷材涂料就会难以达到要求，粘度过低达到同等出厂粘度指标意味着固含的增加，成本的上升。

表五 粘度一览表
PVDF
（38%）  国外样品A
（38%）  国外样品B
（38%）  PVDF
（40%）
KU  T-4  KU  T-4  KU  T-4  KU  T-4
62.6  44.2s  70.1  72.5s  67.2  63.3s  65.5  62.5
KU为BROOKFIELD KU-2旋转粘度计测量结果，为国外同行常用的控制指标单位。

PVDF T-1粘度相比较偏底，但也是在指标要求范围之内，其相对较低的粘度，较低的触变性在卷材涂料中更容易实现较好的流平性。
同时我们可以通过少量的 增加固含 或加入少量的允许的 助剂 或是调整相关的 溶剂体系 可达到国外相当的粘度指标

三 涂层性能
表六 涂层性能一览表
技术指标 检测项目  PVDF  国外样品A  国外样品B
涂膜外观  正常  正常  正常
耐容积擦拭（丁酮）  ＞300  ＞300  ＞300
光泽（60）  41-44  37-39  38-41
铅笔硬度（中华牌）  2H  2H  2H
耐冲击  正冲  通过  通过  通过
 反冲  通过  通过  通过
耐化学性  耐盐酸（15min）  无变化  无变化  无变化
 耐硝酸（30min） （⊿E）  0.4-0.6  0.3-0.6  0.4-0.6
 耐洗涤剂性（72h）  无异常  无异常  无异常
 耐砂浆性（24h）  无变化  无变化  无变化
 耐窗洗液性（24h）  无异常  无异常  无异常
附着力  干附着力 级  1  1  1
 湿附着力 级  1 实验区域无起泡等漆膜病态现象  1 实验区域无起泡等漆膜病态现象  1 实验区域无起泡等漆膜病态现象
 沸水附着力 级  1 实验区域无起泡等漆膜病态现象  1 实验区域无起泡等漆膜病态现象  1 实验区域无起泡等漆膜病态现象
耐候性能(加速老化)  4000小时  —  —
耐候性能(海南曝晒)  已进行3个月 ***  —  —
采用新鲜预处理的1毫米厚铝板，喷涂，两涂一烘，烘烤工艺：235℃/15 min
底漆厚度 8-12 um 面漆厚度 25-35 um
检测指标及方法参照GB/T3793-2005和AAMA2605

从以上结果来看 ，在常规的物理机械性能，以及耐介质性能PVDF T-1同国外均可达到标准要求无明显的区别，这一点从理论上也可以得到解释和认可。PVDF 在光泽方面稍高于国外两只产品。

四 施工性能
PVDF涂料只能在厂内加工，作为一种流水线用工业漆，良好的施工性能是评价其好坏的非常重要的指标。用PVDF T-1做成的氟碳涂料，在防流挂性，流平性以及涂布率方面都表现出很好的性能，这一点无论是在喷涂还是辊涂，无论是实验室小样板还是流水线都以得到体现和证实。在辊涂体系内对于涂料的流平性要求很高，PVDF T-1粘度和触变相对国外产品小，更容易制的流平性好的涂料。在喷涂体系中，由于烘烤温度高，时间长，且各喷涂厂在炉温控制，基材走速方面波动较大，因此对PVDF在高温烘烤下的耐黄变性能要求很高。这一指标对于评价PVDF的性能也是至关重要的。

1 ．流平、流挂性
流平 ：采用新鲜预处理的0.5毫米厚铝板，刮涂辊涂用配套底漆， 230℃X75S烘干，用80微米的线棒刮涂粘度为70-75S的PVDF辊涂用面漆分别考察湿膜和干膜的线棒纹路。流平性T-1＞国外B＞国外A。

流挂 ：在流水线考察抗流挂性，表七白色面漆，按喷涂工艺两涂一烘，底漆厚度10-15 um，面漆干膜达到50-70微米，漆膜一切正常。 在抗流挂方面PVDF T-1能很好的满足工艺要求，在流平性方面比较国外两只产品效果更佳。

2 ．抗黄变性
为了考察PVDF耐黄变性能，我们选用分析纯的溶剂和高耐侯的钛白粉，配方如下

表七：PVDF白色氟碳涂料配方
PVDFT-1  64
40%丙烯酸树脂  68
钛白粉R960  51
混合溶剂  117
共计  300 g
工艺：
采用新鲜预处理的1毫米厚铝板，喷涂，两涂一烘，烘烤工艺：235℃/15 min
底漆厚度 8-12 um 面漆厚度 25-35 um

表八 不同工艺条件下的烘烤色差

考察不同工艺的白漆色差（⊿E）
色差 工艺  PVDF T-1  国外样品A  国外样品B
230℃X15min  0．65  0．2  0．9
230℃X20min  0．7  0．3  1．1
230℃X30min  0．9  0．4  1．25
240℃X10min  0．7  0．5  0．55
240℃X15min  0．85  0．4  0．8
240℃X20min  0．9  0．6  1．0
240℃X30min  1．7  0．8  1．2
250℃X10min  1．2  0．85  1．15
250℃X15min  1．4  0．85  1．55
250℃X20min  1．7  1．2  1．7
250℃X30min  2．8  2．8  2．5

从以上结果来看， PVDF T-1 在耐烘烤色变方面同国外样品 B 非常接近，国外样品 A 耐烘烤色变方面相对最好 。 影响涂料黄变的因素 , 除了 PVDF 以外其他原料的选择 , 配比 , 以及工艺都有很大的影响 .