0 引言
随着国民生产总值的不断上升，卷材涂装行业近些年也呈现出快速增长的态势。卷材涂料的涂装以冷轧卷钢、镀锌卷钢、铝板等为基材。随着建筑业的蓬勃发展，技术的进步和不断的市场开拓，预涂卷材由于质轻、性优、价廉而获得广泛应用中国机械网okmao.com。聚酯体系涂料为市场上目前使用最多的卷材涂料，随着用户对卷材耐久性等要求的日益提高，氟碳涂料作为一种新型材料逐步被客户认可及接受。
随着在建筑、金属防腐等各领域中的推广应用，氟碳涂料的高保光保色性和超长耐候性已得到各方的认可。PVDF（聚偏氟乙烯）涂料进入中国市场早，技术成熟，从而占有了大部分氟碳卷材涂料市场。
但是PVDF 涂料形成的涂层薄，与颜料的相容性差，且要求颜料耐高温，一般鲜艳颜料的使用受到限制，不能配制装饰性涂料，且涂膜光泽偏暗（一般在40 以下），因此其应用范围有限。交联型FEVE 氟碳树脂因为能够制作高光泽以及鲜艳颜色，同时又具有与PVDF 型涂料相同耐候性的涂料，为氟碳涂料生产商们提供了一个全新的选择。
1 FEVE 树脂结构与性能关系
交联型FEVE 树脂以三氟氯乙烯树脂（简称三氟树脂）和四氟乙烯树脂（简称四氟树脂）为主。FEVE涂料特有的优异性能与其树脂聚合物的分子结构密不可分。氟原子电负性大，带有较多的负电荷，相邻的氟原子彼此相斥，使聚合物分子主链上连接的氟原子充分延展，分子主链变成螺旋构象。
研究表明：由这种螺旋构象则可能得到一个由氟原子组成的外壳几乎完整的圆柱体，而高键能的C-F 键则把低键能的C-C 键完全保护起来，形成有效的“屏蔽效应”，赋予FEVE树脂高耐候性和高耐化学介质性。四氟乙烯分子结构如图1 所示。
FEVE 树脂分子主链上连接的氟原子彼此相邻的范式半径之和为0.278 nm，能完全填满分子主链上容易被进攻的C1 和C3 之间的空隙，因此绝大部分破坏性的进攻基团都难以进入。
含氟烯烃的螺旋型分子构象所形成的分子主链的“屏蔽保护”效应，使得FEVE树脂具有任何其他高聚物所不可比拟的超耐候性、高耐盐雾性、优异的耐化学药品性及化学稳定性。共聚单体的引入，赋予FEVE 树脂在有机溶剂中的溶解性，提高树脂透明度，改善涂膜光泽，提供交联基团和提高对颜料的润湿分散性能，并且改善对基材的附着力。这些特性给FEVE 涂料施工性带来了极大的便利，使之在许多领域得到推广和应用。
不稳定的共聚单体被化学上十分稳定的氟原子“屏蔽保护”，这是FEVE 树脂优异综合性能的保证。其他共聚单体在FEVE 聚合物中含量越高，氟含量就越低，因此聚合物中的氟含量是评价FEVE 树脂性能的一个重要指标。
FEVE 涂料优异综合性能的取得，与作为涂层主体成膜物质的FEVE 树脂性能密切相关，同时与涂料所选用的固化剂、颜填料、助剂亦有所相关。应选择含氟烯烃与烷基乙烯基单体严格交替共聚的、有较高F 原子含量与适量官能团的FEVE 树脂；固化剂则要求与FEVE 树脂匹配性和耐候性良好，一般选用脂肪族多异氰酸酯和氨基树脂；FEVE 树脂具有超长耐久性，因此要求颜料性能稳定、UV 光屏蔽性能好，通常使用煅烧过的金属氧化物和混合的金属氧化物、金红石型钛白粉、云母珠光颜料及耐候性良好的有机颜料等，同时要考察颜料的润湿分散性；FEVE 涂料中使用的助剂与常规涂料一样主要包括润湿分散剂、触变剂、流平剂和消泡剂等，推荐选用匹配性良好且对耐候性影响小的助剂品种。关于四氟乙烯和三氟氯乙烯作为FEVE 树脂合成用氟烯烃单体对涂膜性能的影响见图2。
四氟乙烯单体氟含量高达76%，三氟氯乙烯单体氟含量49%。研究证明：随着FEVE 树脂中氟含量的增加，涂膜的耐候性能明显提高。同时，三氟氯乙烯单体中的C-Cl 键键能为326.5 kJ/mol，较四氟乙烯中的C-F 键键能486.5 kJ/mol 低。从理论上讲四氟树脂在耐候性、耐盐雾性、耐化学介质性、耐沾污性等方面均较三氟树脂有所提高。
大金公司生产的交联型FEVE 四氟树脂GK-570，在严酷环境下的长期使用结果看，优于以三氟氯乙烯为基础的FEVE 三氟树脂。图3 为氟碳树脂与几种常规树脂在日本宫古岛的户外曝晒数据，宫古岛具有与佛罗里达相似的气候环境。图4 为大金公司FEVE 四氟型树脂GK-570 的分子示意图。
FEVE 型四氟树脂GK-570 不仅有优异的耐候性，在机械性能方面也完全能够符合卷材涂料的要求。
2 实验部分
2.1 涂料配方
色浆配方如下：
原料 质量分数/%
GK-570 30~40
钛白粉 50~60
分散剂 适量
溶剂 适量
PCM 白色涂料配方如下：
原料 质量分数/%
色浆 30~40
GK-570 25~35
固化剂 5~10
流平剂 适量
消泡剂 适量
催化剂 适量
溶剂 适量
注：使用酸性催化剂时，需先用丁醇等高极性溶剂配成溶液才可添加入GK-570 涂料体系。
2.2 涂料性能
GK-570 涂料与PVDF 涂料涂膜性能对比分别见表1、2。
表1 GK-570 涂料与PVDF涂料涂膜物性对比
表2 GK-570 涂料与PVDF涂料的耐候性和耐腐蚀性比较
通过实验可知：使用GK-570 树脂制得的氟碳PCM（预涂金属板）涂料在机械性能上与PVDF 涂料没有差异，当然也能满足卷材涂料体系的相关技术指标。同时，GK-570 树脂涂料的高光泽（60° 光泽达到75）也给客户更多的外观选择。在耐腐蚀性，特别是耐强碱性能方面，GK-570 涂料同样拥有优异的性能。
3 应用实例
3.1 GK-570 树脂在卷钢涂料体系中的应用
GK-570 素色卷钢涂料涂膜物性见表3。QUV-340人工加速老化试验结果见图5。
表3 GK-570 素色卷钢涂料涂膜物性
由上可知：GK-570 制作的卷钢涂料完全符合卷钢涂料的性能要求指标，且耐候性优异。有趣的是5 000 h 人工加速老化试验后光泽反而比初始时提高3.9%，色差值为1.12。
3.2 GK-570 树脂在卷铝涂料体系中的应用
表4 为使用GK-570 制作的银色PCM 涂料的涂膜性能，使用基材为0.5 mm 的卷铝基材。从表4 可知：GK-570 制作的卷铝涂料同样能够满足客户的各项性能指标。
表4 GK-570 卷铝银色涂料涂膜物性
4 外观多样性
涂料中添加的颜料为涂料提供了色彩，因此树脂对各种颜料的分散能力决定了其色彩是否多样性。GK-570 树脂分子结构中含有一定量的羧基，所以相对PVDF 树脂对颜料有一定的分散能力。
加入适当的润湿分散剂后，一些难分散的诸如酞菁蓝等有机颜料，以及炭黑颜料都能添加在GK-570 树脂体系中，从而大大丰富了氟碳涂料的色彩体系，满足不同客户对色彩的要求。图6 为大红色GK-570 PCM 涂料的人工老化试验数据图。
由图6 可知：经过3 000 h QUV-313 人工加速老化试验后，GK-570 涂膜的光泽保持率为93.8%，色差值ΔE 为1.5，完全满足客户的要求。
5 结语
综上所述，GK-570 涂料具有以下特点：
（1） 由于GK-570 树脂本身是无色透明的，因此可以制得由高光到无光（添加消光粉）的涂膜。
（2） GK-570 涂料可添加有机、无机等颜料和铝粉，使得涂膜具有丰富的色彩体系。
（3） GK-570 涂料具有优异的耐候性及耐腐蚀性。
四氟型GK-570 树脂具有色彩多样性和高光泽的特点，满足了更多客户对涂膜外观的要求。相信在此基础上继续深入研究，必将会形成一类综合性能优异的新型涂料。