杨鹏，李镇伟，欧阳建群，高庆福，郝郑涛，徐行，史中平

擎天材料科技有限公司，广州 510000）

摘要：为了克服氟碳树脂在卷材涂料应用上的难点,本研究通过卷材耐候聚酯与氟碳树脂的搭配,制备了一种柔韧性佳,可快速固化的高耐久性卷材氟碳粉末涂料,并对该粉末涂料性能进行了表征.结果表明,当采用FEVE树脂,选择己内酰胺型异氰酸酯固化剂和TGIC为固化剂,选择有机锡类促进剂Ⅰ为固化促进剂,并配合无机颜料时,制备的卷材氟碳粉末涂料的综合性能最优.

关键词：卷材粉末涂料；FEVE；高耐候；快速固化

0、引 言

粉末涂料是国家重点关注和发展的环保涂料，具有非常好的发展前景，而粉末涂料销量占涂料总销量的比例低，超耐候卷材含氟粉末涂料的占比较低，但其拥有优异的耐候性、耐腐蚀和耐化学品等性能，随着人们生活水平的提高，各项要求也会增加，未来市场对卷材粉末涂料的要求自然增加。

卷材涂装是指一种预涂装工艺，具有涂层固化速度快（固化时间 30~60 s）、涂装速度快的特点。这不仅对设备与涂装工艺要求高，对配套的涂料要求同样高，除了要求涂料能够快速固化外，还要求固化后涂膜具备一定的硬度、耐候性、耐腐蚀性、柔韧性、抗冲击性等优异性能。目前，卷材工艺主要使用液体卷材涂料进行涂装，而这种高 VOC 的涂料不符合国家的环保政策要求，因此，零 VOC 排放的卷材粉末涂料有着非常好的应用前景。

氟碳涂料因其 C-F 键短又键能高，紫外线难以破坏，其耐候性是普通耐候聚酯的数倍。氟原子的电负性极强，可将碳原子包覆起来，成为非极性高聚物，兼具了疏水疏油特性，耐腐蚀性好。氟碳涂料可满足卷材高耐候、高耐腐蚀产品对涂膜的性能要求，可在卷材涂装中应用。氟碳粉末涂料主要用于耐候性较高、使用时间较长或者性能要求比较高的一些产品。但是卷材粉末涂料用氟碳树脂的开发难度大，固化时间长，普通氟碳粉末涂料条件为 200 ℃×15 min，难以满足卷材粉末涂料的快速固化要求。另外氟碳树脂与聚酯树脂、环氧树脂相比，其附着力与抗冲击性等性能差，且与其他树脂的相容性低，涂膜不平整容易出现针孔等，还存在价格昂贵等问题。将氟碳树脂直接应用于卷材粉末涂料，难度很大。纯氟碳卷材粉末涂料不能满足卷材预涂板的快速固化和后加工要求。需要对卷材氟碳聚酯粉末涂料进行复配研究。本研究针对卷材工艺与涂膜的要求，开发一款卷材超耐候含氟粉末涂料产品，其耐候性次于纯氟碳粉末涂料，但优于普通卷材耐候聚酯涂料，同时又能满足卷材快速固化的涂装要求与耐腐蚀性、柔韧性、抗冲击性等性能要求。

1、试验部分

1.1 原材料

卷材耐候树脂：擎天；氟碳树脂、固化剂、固化促进剂、流平剂、增韧剂：进口；填料：欣美；颜料：薛特；光亮剂：十盈；透气剂：奉化。以上原料均为工业级。

1.2 主要设备与仪器

双螺杆挤出机（SLJ-40）、小型粉碎机（ACM-02）：东辉；静电喷枪（OptiFlex® Pro B）：GEMA；高温烘箱

[STPH（T）]：五所；冲击试验仪（QCJ-120A）：科信；折弯仪（BGD 568-T）：标格达；称量天平（MR1002/A）：梅特勒；差示扫描量热仪 DSC（DSC214 Polyma）：耐驰；膜厚仪（TT220）：鸿亚科技。

1.3 粉末涂料及涂层制备

根据表 1 提供的配方进行称取原材料，使用小型粉碎机将原材料充分预混合后，通过双螺杆挤出机在特定温度、特定转速下熔融挤出，得到的片料经过冷却、粉碎、过筛后形成成品粉末涂料产品，最终对成品进行性能测试。

1.4 主要性能检测与标准

涂层性能检测项目与相关标准如表 2 所示，使用仪器设备对涂层进行性能表征。

2、结果与讨论

2.1树脂选择分析

热固性氟碳粉末涂料的耐候性是目前所有粉末涂料产品中最好的，但目前纯氟碳粉末涂料不能完全适应卷材涂装，为了提高卷材产品的耐候性能，使用氟碳树脂对卷材用树脂进行改性，使其适应卷材涂装要求，又能提高耐候性能。改性的方法有化学合成法和物理混合法等，化学合成法可通过在树脂合成中，选用合适的含氟单体，如 TFE、VDF、CTFE、HFP、PFVE 等加入，或增加含氟单体的用量、链长度等均可提高树脂的耐候性能。物理混合法可通过配方上外加纯氟碳树脂，因为氟碳树脂有较低的表面能，涂膜固化时会向涂膜表面富集，涂膜靠近基材的一面含氟量低，靠近空气层一面含氟量高，涂膜可看成是“聚酯+氟碳”两层，同样也提高了普通卷材聚酯的耐候性。本研究选用的树脂是采用端羧基的卷材耐候树脂，此树脂为卷材粉末涂料用聚酯树脂，不仅适用卷材涂装，本身也具备户外耐候能力。作为主体树脂，其性能指标如表 3 所示，其玻璃化转变温度应在 50~60 ℃合理范围才不影响贮存稳定性。

卷材耐候树脂为了兼顾物理力学性能，对耐候性的提升有限。FEVE 是由三氟乙烯单体与烷基乙烯基醚单体等交替连结构成，侧链的多样性表现出树脂的功能多样性，具备耐候性、溶解性、附着力、颜料分散性等多项性能，与其他氟碳树脂对比更有优势，因此选择 FEVE树脂。

本研究通过在相同条件下，对不同种类树脂制成的涂层进行人工加速老化试验，其氙灯老化结果的保光率随时间变化如图 1 所示。由图 1 可知，外混 FEVE氟碳树脂改性后，其耐氙灯老化性能对比卷材耐候树有明显提高，虽然不及纯氟碳树脂配方，但也能满足大多数情况下的使用场景。此外，随着外混 FEVE的用量增加，耐老化性能随之提升，但是，FEVE 对基材的表面附着力较低 ，涂层冲击性能降低 ，而且 ，FEVE 树脂固化过程容易黄变，固化过程产生小分子，易有针孔，因此，FEVE 的使用量应根据需求添加，兼顾耐老化与其他性能。

2.2 固化交联剂的选择

不同交联剂对涂膜交联密度的影响区别较大，选用的交联剂必须与树脂相容性好，能够提升交联密度。本研究配方上的树脂中可参与反应的基团有羟基、羧基等，羟基可与多异氰酸酯、端羧基聚酯等反应，羧基可与 TGIC 等反应，因此，选用的固化交联剂可以多样，不局限于一种。异氰酸酯是常用来固化端羟基树脂的固化剂，分为内封闭异氰酸酯和外封闭异氰酸酯，内封闭异氰酸酯因为交联密度低，固化后涂层力学性能差等，不做考虑。为保证在熔融挤出过程中不发生交联反应，可选择解封闭温度较高的封闭剂，如己内酰胺、甲乙酮肟等外封闭剂，而不选择芳香型和空间位阻大的封闭剂，如苯酚等。使用异氰酸酯作固化剂的涂层反应机理是“消去-加成”和“加成-消去”机理，反应主要以前者进行，在一定条件下异氰酸酯会被消去封闭剂，生成不饱和双键，封闭剂随着高温挥发出去，反应正向进行，之后含羟基的树脂与上述不饱和双键发生亲核加成反应，交联得到涂层。释放出的封闭剂对环境产生污染，也是致使涂层出现针孔等缺陷的主要原因。本研究分别选用多种异氰酸酯固化剂类型搭配TGIC 进行试验，探究固化剂类型对涂层机械性能的影响，测试结果如表 4 所示。

由表 4 结果可知，自封闭型异氰酸酯固化剂与本配方体系搭配得到的涂层机械性能最差，硬度偏低，T 弯与耐冲击都达不到要求，使用解封闭温度较低的苯酚型异氰酸酯固化剂得到的结果也不理想，己内酰胺型与甲乙酮肟型异氰酸酯固化剂的使用效果接近，比较理想。但己内酰胺型异氰酸酯固化剂由于封闭剂的存在，空间位阻较大，不同异氰酸酯基表现出活性差异，使得交联反应有序规整进行，得到的涂层也有了更好的机械性能。

2.3 固话促进剂的影响

卷材涂料要求能实现快速涂装与固化，时间仅有几十秒。本研究因为使用了封闭型异氰酸酯固化剂，其解封闭需要一定的温度与时间，故在配方中加入一定量的固化促进剂很有必要，既可减少固化时间，又可降低能耗。表 5 为不同固化促进剂对配方体系的影响结果。由表 5 测试结果可知，在加入促进剂后，涂层的固化时间明显缩短，机械性能也有改善。其中，有机锡类促进剂使用效果最优，由于促进剂不仅能催化异氰酸酯基与树脂中的羟基反应，也能催化异氰酸酯基与空气中的水分反应，而叔胺类促进剂对后者的促进作用更大，因此其涂层外观与机械性能较差。两种有机锡类促进剂的表现效果接近，但有机锡类促进剂Ⅰ对 T 弯性能的提升更大，原因在于其涂层固化过程中表现出了更大活性，搭配拥有不同活性的异氰酸酯基的固化剂，表现出更强的反应选择性，使得固化的涂层相对分子质量分布更窄，交联过程更有序，因此 T弯与耐冲击性能更优异，耐中性盐雾更好。

2.4 颜填料的影响

本试验研制的是一种超耐候卷材涂料，属于卷材高耐久性产品。选择氟碳聚酯树脂作为配方主体材料已经解决了大部分性能（包括耐候性）。除了树脂与固化剂外，其他助剂与颜填料也应该选用耐候材料，且颜填料首选吸油量小的类型。表 6 中的配方均参考表 1 的配方，对比了有机颜料与无机颜料对涂层耐老化性能的影响，结果表明，使用无机颜料的耐候优势远远大于使用有机颜料。本研究同时考察了填料占比对 T 弯性能的影响，众所周知，填料越多涂层的硬度更高，相反的涂层柔韧性越差，因此填料的占比对涂层后加工的 T 弯性能影响很大。由表 6 可知，填料的占比越高，涂层耐折弯性能越差。因此为了兼顾性能与经济性，可根据客户的实际需求选择合适的填料含量。

3、结 语

通过对不同树脂体系的配方试验研究，本研究的配方体系具有明显优点，相比于普通聚酯树脂体系和卷材耐候聚酯体系，不仅拥有耐候性能佳，耐盐雾性能更加优异，还同时具备卷材耐 T 弯、耐冲击和高硬度的优异性能。本研究通过对卷材树脂进行氟碳改性，提高了卷材粉末涂料的耐候性，同时几乎不影响卷材用树脂的一些基本性能，还探究了不同固化剂与树脂的相容性，不同固化促进剂对固化时间的缩短效果与涂层韧性提升，最后对颜填料的耐候性与其含量对卷材 T 弯性能的影响进行了分析，通过一系列的试验得到了比一般卷材粉末涂料产品具有更高耐候性，兼具一定硬度、抗冲击性、柔韧性、耐腐蚀性等的一款性能优异的卷材高端产品。

来源：《涂层与防护》2025年第3期