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(fù)度(4.0)大與極化率很低，因此賦予氟碳樹(shù)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(xué)腐蝕性、極強(qiáng)的穩(wěn)定性等特征，比市面上流行的聚氨酯、有機(jī)硅、丙烯酸樹(shù)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(yùn)輸領(lǐng)域和戶外標(biāo)志等。

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

合成單體

水性氟碳樹(shù)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(xué)藥品穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)具有加工不易，必須在高溫下才能成膜的缺點(diǎn)。 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(shù)脂。

水性氟碳樹(shù)脂常導(dǎo)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(jiàn)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(jìn)行溶液聚合，然后在乳化劑保護(hù)下靠機(jī)械力高速攪拌使樹(shù)脂分散在水中形成水性氟碳樹(shù)脂，屬于油轉(zhuǎn)水型的樹(shù)脂。這類產(chǎn)品通常都會(huì)含有少量的溶劑，技術(shù)門(mén)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(lái)達(dá)到乳液粒子的特殊性能要求。可以解決乳液用于涂料時(shí)發(fā)軟、發(fā)黏和耐污性差等缺點(diǎn)，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(wèn)題，也可以制備低溫能成膜的氟碳樹(shù)脂，使其應(yīng)用性更加廣泛。

4、無(wú)皂聚合

無(wú)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(shí)現(xiàn)乳液聚合的一種合成方法，此方法可提高樹(shù)脂的耐水性、耐沾污性等。在制備水性氟碳樹(shù)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(wú)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(shù)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(shù)脂，仍需要將溶劑抽除。

近年來(lái)建筑市場(chǎng)快速發(fā)展，建筑外墻對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)涂料的需要也在猛增。例如，北京對(duì)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(kāi)發(fā)帶來(lái)了巨大的商機(jī)。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(jìn)都將是研發(fā)熱點(diǎn)。