水性氟碳涂料的合成方法

氟碳高分子中含有的 C-F 鍵，具有高鍵能(486 KJ/ mol)，且氟原子半徑小、電負度(4.0)大與極化率很低，因此賦予氟碳樹脂許多優(yōu)異的性能。得益于此，氟碳涂料作為高性能涂料具有超耐氣候老化性、耐化學腐蝕性、極強的穩(wěn)定性等特征，比市面上流行的聚氨酯、有機硅、丙烯酸樹脂涂料性能更優(yōu)越，被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域、大型構(gòu)筑物、交通運輸領(lǐng)域和戶外標志等。

近年來，基于環(huán)境保護法規(guī)，世界各地對VOC（volatile organic compounds，揮發(fā)性有機化合物）的排放開始嚴格控制，氟碳涂料的水性化成為發(fā)展的趨勢。

合成單體

水性氟碳樹脂的制備中，所使用的單體可分為含氟與非含氟單體，常用的含氟單體有四氟乙烯、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。這些氟烯烴單體的均聚物或共聚物雖然具有耐高溫、耐候性、耐化學藥品穩(wěn)定性的優(yōu)點，但同時具有加工不易，必須在高溫下才能成膜的缺點。 因此需要和非含氟單體共聚，以降低其結(jié)晶性，才能獲得在常溫或中溫下可以固化的氟碳樹脂。

水性氟碳樹脂常導入的非含氟單體則有乙烯基醚、羧酸乙烯酯和丙烯酸酯等。 乙烯基醚有環(huán)己基乙烯基醚、羥丁基乙烯基醚、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、丙烯酸環(huán)己酯和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯。

合成方法

氟碳乳液的制備與一般乳液的制備相似，常見的方法有以下 4 種：

1、溶液聚合

溶液聚合是將氟烯烴和其他共聚單體溶于溶劑中，在油性引發(fā)劑存在下進行溶液聚合，然后在乳化劑保護下靠機械力高速攪拌使樹脂分散在水中形成水性氟碳樹脂，屬于油轉(zhuǎn)水型的樹脂。這類產(chǎn)品通常都會含有少量的溶劑，技術(shù)門坎較低，通常為了符合 VOC 法規(guī)還需要將溶劑抽除。

2、乳液聚合

乳液聚合是將氟烯烴單體和其他共聚單體與乳化劑、調(diào)節(jié)劑等混合后，在引發(fā)劑的存在下，于水中直接進行乳液聚合的方法，目前主流的FEVE乳液所使用的就是這種方法制備，即以三氟氯乙烯基單體與不含氟的乙烯基醚單體進行自由基乳液聚合。

3、核殼型乳液聚合

核殼乳液聚合是為了達到某些特殊需求所使用的工藝，藉由選擇不同性能的單體，調(diào)節(jié)所需的配比來達到乳液粒子的特殊性能要求。可以解決乳液用于涂料時發(fā)軟、發(fā)黏和耐污性差等缺點，也可解決氟碳聚合物的高結(jié)晶性與高玻璃轉(zhuǎn)移溫度使涂料化后難以加工的問題，也可以制備低溫能成膜的氟碳樹脂，使其應(yīng)用性更加廣泛。

4、無皂聚合

無皂聚合是可以減少使用或不用一般乳化聚合所用的乳化劑而實現(xiàn)乳液聚合的一種合成方法，此方法可提高樹脂的耐水性、耐沾污性等。在制備水性氟碳樹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。無皂聚合的產(chǎn)品一般以分散體的型式為主，先在溶劑中聚合樹脂，藉由高分子主鏈上的修飾，使其帶有酸基能夠分散于水中，亦屬于油轉(zhuǎn)水型的樹脂，仍需要將溶劑抽除。

近年來建筑市場快速發(fā)展，建筑外墻對高標準涂料的需要也在猛增。例如，北京對建筑外墻涂料明確規(guī)定：耐老化性能必須在15年以上，材料要求低毒性，這就給水性氟碳涂料的開發(fā)帶來了巨大的商機。水性氟碳涂料中氟乳液的合成、配套助劑的研發(fā)、配套體系的優(yōu)化、施工工藝的改進都將是研發(fā)熱點。