水溶性pvdf涂料的制备和应用研究

工艺合成了一种水溶性丙烯酸树脂，配套亲水改性的聚偏氟乙烯（PVDF）制成水溶性PVDF清漆,以此清漆制作水性PVDF涂

料，制得的涂料性能与溶剂型PVDF性能相当。关键词:水溶性丙烯酸树脂:PVDF；涂料0 前言聚偏氟乙烯（PVDF,F2）,是由偏氟乙烯（VDF） 聚合而成。基于聚偏氟乙烯树脂，可以配成溶剂可 溶性涂料、溶剂分散型涂料、水性涂料和粉末涂料。

脂，涂料在烧结过程中，溶剂溶解PVDF树脂,低分

子质量的丙烯酸树脂缠绕PVDF树脂，冷却过程中

PVDF结晶，涂料体系形成具有地毯效果的涂层。PVDF树脂涂料于1961年首次获得应用，1965

年开始应用于金属建筑外幕墙的涂装。几十年的实

分散型涂料主要用于化工等领域设备的防腐处理以

际应用表明，聚偏氟乙烯树脂含量在70%以上的氟

及户外建筑涂装。树脂涂料具有超耐候性,同时具有优异的耐腐蚀和耐

聚偏氟乙烯树脂与其他氟树脂相似，具有良好 化学品性能，目前在高层建筑、标志性建筑物、机场、 车站和展馆等建筑外表面装饰中大量应用。的户外耐久性和耐化学性能，同时存在难溶、难熔和 不沾等缺点。在配制涂料时，聚偏氟乙烯树脂的惰

传统的改性聚偏氟乙烯涂料大多为溶剂分散

性往往导致颜填料分散困难，在涂料的加工和应用

型,涂料中大量使用有机溶剂。随着国家对VOC排 放控制的要求越来越高，水性PVDF涂料越来越受

中受到一定的,特别在用作建筑装饰涂料时，涂 料对颜色的分散稳定性要求很高，而且使用的环境 不一，有城市内陆的高层建筑、标志性建筑、沿海环

到人们的关注。境、高海拔环境及温差变化大的环境等，涂层与基体 材料的结合强度较低，需配合底漆使用。1试验部分1.1试验原料甲基丙烯酸甲酯（MMA）,丙烯酸乙酯（EA）,丙

为了改善聚偏氟乙烯树脂涂料的加工性能和提

高涂层的使用性能，通常在聚偏氟乙烯的涂料配方 中加入其他树脂进行改性处理，即获得改性聚偏氟

烯酸（AA），甲基丙烯酸（MAA），甲基丙烯酸羟乙酯

（HEMA），丙烯酸丁酯（BA）,甲基丙烯酸丁酯 （BMA）,引发剂（DTAP, DTBP, TBPB, BPO）,以上原

乙烯涂料。该类涂料成膜后，聚偏氟乙烯树脂和改 性树脂形成了复合涂层或“高分子合金”涂层。加

料均为市售产品。入改性树脂的目的是提高涂料各组分的相容性和分 散性,降低涂料成本，拓宽涂料的应用领域，同时提

1.2水溶性丙烯酸树脂的合成在四口烧瓶内加入溶剂及部分引发剂，升温至 溶剂回流，滴加混合单体,4 h滴完，补加引发剂保

高涂料的施工性能及涂层的附着力，稳定颜料，提高 涂层的硬度和光泽等。改性树脂需要考虑与偏二氟

温2 h,降温出料。通过调整丙烯酸单体的比例、溶

乙烯的相容性，一般为热塑性丙烯酸树脂，也有热固 剂的品种及不同的引发剂搭配，得到一系列的水溶 性丙烯酸树脂⑶。性丙烯酸或聚酯树脂。聚偏氟乙烯树脂为长链树

作者简介：李桂友（1978—）,男，工程师,从事溶剂型FEVE树脂、PVDF树脂及水性氟碳树脂的研发、应用及推广工作。2019年第4期李桂友•水溶性PVDF涂料的制备和应用研究• 23 •1-3水溶性PVDF清漆的制备使用1.2中合成的水溶性丙烯酸树脂和溶剂、

水.PVDF树脂（T - 1）、助剂等原料制作水溶性 PVDF涂料清漆,具体工艺如下：1） 在水溶性丙烯酸树脂中加入胺中和剂、部分

溶剂、水和VDF亲水改性剂、PVDF树脂（T-1）,经

过分散、研磨得到水溶性PVDF清漆,清漆分为面漆 清漆和底漆清漆[4'6]o2） 在水溶性丙烯酸树脂中加入胺中和剂、部分 溶剂、PVDF浓缩液（万豪），经高速分散得到水溶性

PVDF清漆，清漆分为底漆清漆和面漆清漆。3） 在水溶性丙烯酸树脂中加入胺中和剂、部分

溶剂和水、PVDF树脂（T-1）,经过分散、研磨得到 水溶性PVDF清漆，清漆分为面漆清漆和底漆清漆。

1.4水溶性PVDF涂料的制备在1.3制得的水溶性PVDF清漆中加入钛白粉,

分散研磨得到水溶性PVDF白漆,水溶性PVDF清漆 加入铝粉排列助剂，加入水性铝粉得到水溶性PVDF

铝粉漆,分散均匀,底漆清漆中加入颜填料,改性树脂 分散、研磨后得到水溶性PVDF底漆。涂料配方见表

1 o性能按HG/T 3793—2005标准进行检测⑴。表1水溶性PVDF涂料配方原料 白色底漆白色面漆含铝粉面漆罩面清漆树脂清漆/g51.5672.8100钛白粉/g11. 1518铝粉排列助剂/g10.0铝粉/g8.0硫酸顿/g8.76滑石粉/g3.98高岭土/g3. 18氨基树脂/g1.60水溶性环氧树脂/g3.98水/g15.791.2合计1001001001002涂层性能与讨论2. 1施工性能2.1. 1底漆配方的影响水溶性PVDF体系对底漆的要求比溶剂型高, 因面漆配方颜基比相对固定，而涂料施工基本上是

两涂一烤或三涂一烤体系，这种涂装工艺施工中最 容易出现的问题是咬底，涂料体系收缩较大，烘烤冷

却后容易开裂，另外水性涂料涂装中最突出的问题 是流平和流挂。经过一系列试验发现，底漆配方中 的颜基比和填料的粒径对咬底问题影响最大。表1

底漆配方中的颜基比是优化过的，不易出现咬底现 象,其中填料粒径分别是:硫酸顿0.20 pm,滑石粉

0. 24 p_m,高岭土 0.32 |im,试验发现不同厂家的填

料标称目数和实际目数存在较大差异，实际使用需

做好充分试验和检测。底漆中氨基树脂和水溶性环 氧树脂对附着力尤其是沸水附着力影响较大，配方

中的氨基树脂是全甲基醯化树脂,水溶性环氧树脂 采用的是碱中和的、全部开环的环氧树脂，市面上大

部分水溶性环氧树脂在体系中的储存稳定性和力学 性能均达不到使用要求。附着力促进剂的加入可以 提高沸水附着力，因市面上的大多数产品和PVDF

相容性不好,相容性不好对黄变影响较大，会影响面 漆的黄变性能，所以表1配方中并未采用附着力促

进剂。图1为环氧树脂对沸水附着力的影响。由图

1可见,未添加环氧树脂的沸水附着力测试后涂层

边缘胶带会拉掉部分漆膜，低添加量环氧树脂则明 显改善。随着环氧树脂添加量的增加，边缘切口整 齐、平滑。图1环氧树脂对沸水附着力的影响2. 1.2助溶剂的影响面漆清漆中采用的溶剂品种和添加量对流平性

和流挂控制影响较大。溶剂添加量大，流平和流挂

比较容易控制，但VOC较高，溶剂添加量太低，则流 平和流挂不易控制，因此，合适的溶剂品种和添加量

比较关键。2.1.3改性树脂的影响试验发现,底漆和面漆采用的丙烯酸树脂如果

不一致也容易发生咬底现象，底漆清漆和面漆清漆 最好采用同一种水溶性丙烯酸树脂。有机氟工业・24・Organo - Fluorine Industry2019年第4期2.2涂层面漆性能2.2.1水溶性丙烯酸对性能的影响调整丙烯酸单体的品种和比例，采用不同的引

发剂搭配制成一系列树脂。对根据1.3制得的白色

面漆进行性能测试,性能对比见表2,老化性能见图

2。从图2可以看出，不同配方的丙烯酸树脂对涂层

光泽保持率的影响较大，直接按溶剂型配方中的丙 烯酸单体搭配制成水溶性丙烯酸树脂(广)并没有

得到很好的结果，可能是简单增加亲水单体的比例 造成混溶性不好，所以导致耐老化性较差;PVDF粉

体进行亲水改性对人工老化影响也比较大，合适的 水溶性丙烯酸加上合适的亲水改性剂得到的结果明

显较好(16\\20*)o PVDF浓缩液制成白色涂料时,

烘烤后的涂料样板黄变较大，可能是浓缩液中的稳

定剂和PVDF相容性不好导致涂层明显黄变。表2不同水溶性丙烯酸配方的白漆性能对比测试项目]#16#20#43\"涂层外观正常正常正常正常耐溶剂擦拭(丁酮)/次>200>200>200>200光泽度52423835铅笔硬度/H3222附着力/级(W)1111耐冲击性通过通过通过通过耐化学性通过通过通过通过耐盐雾性(4 000 h)通过通过通过通过耐人工老化(QUV-B)保光率 >80%/h2 500>4 000>4 0001 600时间/h图2使用不同配方丙烯酸树脂的水溶性PVDF

白色涂料人工老化保光率曲线图3为使用不同配方丙烯酸树脂的水溶性

PVDF白色涂料人工老化色差曲线，由图3可以看

出，水性体系人工老化的色差均比溶剂型小，具体原 理尚不明确。6.

十1#8(.油性<«♦ 16*曲

— 20**31#+ 43#u 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500

时间/h图3使用不同配方丙烯酸树脂的水溶性PVDF

白色涂料人工老化色差曲线2.2.2溶剂搭配对性能的影响因水溶性丙烯酸树脂对PVDF的包覆不是特别 好，故丙烯酸树脂对PVDF表面的润湿性不好。虽 然事先对PVDF的表面进行了亲水改性，但由于相

容性的原因，改性的比例不是很大，所以配方中的溶

剂品种和搭配比例对涂层的最终性能有影响。不同 溶剂搭配对人工老化保光率的影响见图4。时间/h图4不同溶剂搭配对人工老化保光率的影响

2.2.3颜料对性能的影响不同表面处理的钛白粉对涂层耐老化的影响和溶

剂型一样,表面包覆较多的钛白粉减少了对有机树脂 的光催化影响,表现岀了良好的性能，结果见图5。时间/h图5不同钛白粉对人工加速老化保光率的影响2019年第4期李桂友•水溶性PVDF涂料的制备和应用研究• 25 •3结论用水溶性丙烯酸树脂和亲水改性PVDF树脂共 混制得水溶性PVDF清漆，以此清漆制得水溶性

工业出版社，2006.[2] 管从胜，王威强.氟树脂涂料及应用[M].北京：化学

工业出版社，2004.[3] 刘登良.涂料工业[M]. 4版.北京：化学工业出版社，

2010.PVDF涂料。按溶剂型涂料的标准进行了检测，对影 响耐老化性能的因素进行了讨论，对老化影响因素最 大的是水溶性丙烯酸树脂的配方和合成工艺,PVDF 的亲水改性对性能影响也较大,以此方法制得的涂料 各方面性能均达到了溶剂型PVDF涂料的性能要求。参考文献[1]倪玉德.FEVE氟碳树脂与氟碳涂料[M].北京：化学[4] 洪啸吟.涂料化学[M]. 3版.北京：科学出版社,

2019.[5] 刘引烽.涂料界面原理与应用[M].北京：化学工业出

版社，2007.[6] 梁治齐.氟表面活性剂[M].北京：中国轻工业出版

社，1998.[7] GB/T 3793—2005.热熔型氟树脂（PVDF）涂料[S].Preparation and Application of Water Soluble PVDF CoatingsLi Guiyou（Shanghai Dongfu Chemical Technology Co., Ltd., Shanghai 201101 , China）Abstract: With methyl methacrylate, ethyl acrylate, acrylic acid and hydroxyethyl methacrylate as raw materi­

als ,a kind of water 一 soluble acrylic acid was synthesized by adjusting the ratio of acrylic monomers and different dropping processes. The water 一 soluble PVDF varnish was made by matching with hydrophilic modified PVDF, and the water 一 soluble PVDF coating was made by using this varnish. The performance of the coating is comparable

to that of the solvent 一 based PVDF.Keywords: water 一 soluble acrylic resin ； PVDF ； coating

《有机氟工业》征稿启事《有机氟工业》为中国氟硅有机材料工业协会（氟）、化工部有机氟材料技术开发中心和上海市有机氟材料研究所共同主办

的一本有机氟专业性科技期刊（季刊），国内统一刊号CN31 -1631/TQ,国际标准刊号ISSN1671 -671XO主要报导国内外有机氟

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