氟碳涂料的研究进展及应用
李田霞1，陈峰2
(1.武汉东湖学院生命科学与化学学院，武汉430212；2.武汉职业技术学院机电工程学院，武汉430074)

0 引言
以氟树脂为主要成膜物质的涂料统称为氟碳涂料，由于在氟树脂大分子链中F—C 键的存在，使得用氟树脂为基料配成的氟树脂涂料具有许多独特的性质，如超耐候性、超耐化学腐蚀性等。氟碳涂料被成功地应用在建筑、石化、铁路、道路及军工等诸多领域。氟碳涂层作为全功能、超耐久装饰防护涂层，足以抵御褪色、龟裂、粉化、锈蚀和大气污染、环境破坏、化学侵蚀[1]。
自1938 年美国道化学公司合成聚四氟乙烯树脂至今，已有近70 a 历史，树脂品种发展已多样化。目前全球已形成了3 种不同用途的氟树脂与氟涂料，种是以阿托-菲纳公司生产的PVDF 树脂为主要成分的外墙高耐候氟碳涂料；第二种是以美国杜邦公司为代表的特氟龙不粘涂料，主要用于不粘锅、不粘餐具及不粘模具等方面；第三种是以日本旭硝子为代表的室温固化氟碳涂料，主要用于桥梁、电视塔等领域。氟树脂的发展经历了从热熔型到溶剂可溶型和现在的可交联型3 个阶段[2]。

1 氟碳涂料发展历程
早期的含氟聚合物主要是以氟烯烃单体均聚物为代表，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)等，即所谓的代氟聚合物。以此为基础的涂料主要利用其不粘性，属于热熔型的氟碳涂料，需高温烘烤成膜。由于这类涂料施工工艺复杂，其应用受到限制。一般只能制成水分散型涂料、粉末涂料或有机溶胶[3] 。PVF 和PVDF 与丙烯酸酯共混的超耐候性建筑涂料是氟碳涂料的第二大类。将偏氟乙烯(VDF)共聚物与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于溶剂中，用辊涂法将这种混合物施工，并在200～230 ℃下烘烤，随着溶剂蒸发形成一层均匀的聚合涂膜。随着研究的进展，该类型涂料已向水性化方向发展。
用含氟单体与非含氟单体进行共聚制得溶剂型或水性涂料是氟碳涂料的又一品种。一般先由含氟单体与(甲基)丙烯酸酯类单体或烷基乙烯基醚类单体进行溶液或乳液聚合形成有机氟聚合物，再进行复配成为可交联型的高性能涂料。目前常用的含氟单体有四氟乙烯(TFE)、三氟氯乙烯(CTFE)、氟乙烯(VF)和VDF 等。这些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、纺织品和皮革涂饰等领域获得了广泛的应用[4]。氟碳涂料的新研究进展和发展趋势主要集中在分子设计理论，融进了许多新技术和方法，使氟碳树脂能满足发展的需求，满足各具特色的实际应用。如纳米技术、自分层技术、自组装技术、超临界流体技术、等离子体化学蒸汽沉积和物理蒸汽沉积、溅射技术、消融技术、自旋涂装、转移涂层、模塑装饰、预加工涂层等[5]。表面改性技术也取得了进展，如所谓的“莲饰效果”，即对涂膜的表层状态进行改性。汽车行业也对氟碳涂料呈现出极大的兴趣。氟碳树脂的发展方向将是低成本、低熔点、低氟含量、高耐久性、水性化。

2 氟碳涂料的应用
氟碳涂料作为一种高科技功能性涂料和一种全新的表面保护材料，可以应用到各行各业，其耐候性、化学抗性等许多性能均优于目前市面上流行的有机硅、聚氨酯、丙烯酸等高档涂料，户外使用寿命有长达20 a 的数据。氟树脂涂料有常温固化、高中低温烘烤等系列品种，同时具有一定的修补再涂性，施工方法与一般涂料基本相同。建筑氟碳涂料、工业氟碳涂料、功能型氟碳涂料、水性氟碳涂料已在建筑、化工、电气电子、机械、航空航天、家庭用品、道路桥梁等领域得到广泛应用，尤其在重污染、强腐蚀的环境中，更显示了其优越的防护性能。
2.1 氟碳涂料在建筑方面的应用
含氟碳涂料作为超耐候性保护涂料，主要用在建筑行业中，用其涂覆的装饰板现已成为高层建筑外装修取代瓷砖和玻璃幕墙的主要材料，用其涂覆的彩色钢板可作为工业厂房屋顶及墙体和内装饰。近年来上就玻璃幕墙带来的光污染进行控制，北京、上海等市也制定了相应的法规，规定玻璃幕墙在高层建筑上应用面积不能超过55%，而采用氟碳涂料的金属护墙板，因具有色彩多样化、寿命长、保养费用低廉等特点成为理想的替代品种。特别是近年来，随着人民生活水平的逐渐提高，对建筑外装饰要求越来越高，采用含氟涂料生产的彩色铝型材使原来只有银白和古铜两种颜色的陈旧面貌得到改变，以丰富的色彩满足客户不同的审美要求。北京机场、上海浦东机场、东方明珠电视塔等标志性建筑大量使用含氟涂料涂覆的装饰板，进一步推动了整个市场的发展[6]。
2.2 氟碳涂料在桥梁方面的应用
路桥动态情况下产生共振对涂料附着力的破坏性较大，此外涂料还需耐受酸雨的腐蚀，抗冻融、耐融雪剂及其他溶剂对砼体表面的渗透[7]。氟碳路桥抗共振弹性防腐涂料具有致密化抗振、耐酸碱、抗冻融、耐水性好、粘结性强、无污染等特点，能广泛用于路缘石、混凝土表面、路桥结构梁、混凝土柱一体化防腐保护。氟碳纳米涂层的致密化对提高涂料的抗共振影响很大。国外以日本旭硝子[8]为代表、国内以大连振邦为代表的室外常温固化氟碳涂料——氟乙烯和羟基乙烯基醚共聚物FEVE 氟涂料。常温固化，不需烘烤，可用于桥梁领域。
2.3 氟碳涂料在道路标志中的应用
在道路标志涂料的发展方向包括：(1)提高辨认性，采用高折射率的玻璃珠和黄色玻璃珠，开发在昼夜和晴雨条件下仍具有高辨认性的涂料：(2)改进施工性，开发熔融低温化、低黏度和熔袋式热熔型涂料，应用自行走式施工机，研究快干加热型涂料；(3)提高耐久性，改进老品种，研究新树脂，开发双组分液态反应型涂料，厚膜施工。童忠良[9]采用三元种子法，通过在乳液聚合过程中加入含氟基团单体，引入接枝粒径较小的单分散有机硅单体种子乳液生成水性的高固含量三元聚合纳米复合乳液用于道路标志涂料。产品已在北京、西安、浙江、江苏等地应用，抗紫外防老化，提高路标涂料弹性及提高耐久性，昼夜和晴雨条件均具有高视认性。城市道路和高速公路的隔音壁、护栏、标识、信号、照明等及隧道内壁可采用用光催化氟碳涂料来减低其周围空气中的NOx 的浓度，以达到环保要求。
2.4 氟碳纳米涂料在环境净化中的应用
纳米二氧化钛(TiO2)光催化涂料的制备目前已成为研究热点。但要制备性能优良、耐久性好的光催化涂料有很多技术上的困难，难点之一就是纳米TiO2在分解有机物的同时，也会对成膜聚合物造成破坏[10]。氟硅聚合物可承受纳米TiO2 光催化的分解氧化作用，不致于短期粉化、脱落，而且氟涂料的光透射率高，化学稳定性好。因此，以氟硅聚合物为基础的纳米TiO2 环境净化涂料应运而生。大气中的SOx、NOx、CO、甲醛、苯、细菌及其释放出的有毒物质，经过加工处理的纳米TiO2 在光催化作用下，能够将以上有毒有害物质氧化还原降解成无毒物。将此具有环境净化功能的氟硅涂料涂覆于高层建筑的外墙、构筑物的栅栏骨架表面，对净化大气中有毒物质的污染十分有效；将其涂覆于内墙，可净化室内空气、防霉、除臭、杀菌，保护人类居住环境，增进人类健康。

3 结语
氟涂料已广泛应用于建筑、防腐、高速公路、铁路桥梁、交通车辆、船舶及海洋工程设施等领域。随着我国经济发展，这些应用领域对氟涂料的需求将继续保持快速增长态势，而行业也将继续不断拓展氟涂料的新的应用市场。