PVDF粉末涂料用树脂的研制与性能探讨

       聚偏氟乙烯（PVDF）氟碳涂料在40多年的应用过程中，已被证明是一种优良的金属建筑涂料，能够长久保持建筑物美丽新颖。PVDF粉末氟碳涂料是由含70％的PVDF树脂、30%丙烯酸酯树脂与无机颜料制备而成。3种原材料的组合为高档建筑物提供了最高等级的耐侯保护。涂层在保证长期完整性的基础上，具有很高的光泽及颜色保持性能。涂层能够保护建筑物在最严酷的自然环境中具有长久抗脏、抗粉化以及耐紫外线分解的能力。涂层达到或超过美国建筑制造协会AAMA 2605《铝型材、板材，有色有机聚合物涂层的性能要求与试验方法》的铝材用有机涂层最高标准。由于粉末涂层具有比液体涂料较厚的漆膜厚度， 更适合在较严酷的环境如阳光异常强的地区使用。

       粉末氟碳涂料早在1976年就已经出现，以替代对环境污染严重的液体氟碳涂料。但由于超细粉技术的制约，一直发展缓慢。目前粉末氟碳涂层的厚度和平整度都达到液体涂料相当的水平， 并改变了过去粉末氟碳涂装的成本太高的尴尬局面。使用粉末氟碳涂料，不仅可以保持环保、节能、高效、优质等粉末涂装的固有优点，而且涂装成本低于液体涂装，特别是粉末氟碳涂层具有非常硬的漆膜面， 克服了液体氟碳涂料用于铝型材时表面太软容易划伤的缺点。

       但是，由于PVDF粉末涂料起步较晚，关于PVDF粉末涂料专用聚合物树脂研究甚少， 本文针对普通液体涂料用树脂在粉末涂料中熔融流动性差的特点，旨在生产一种粉末涂料专用高熔融流动性的PVDF。

1.1 主要原料

       偏氟乙烯（VDF）单体：山东华夏神舟新材料有限公司；全氟辛酸（PFOA）：山东华夏神舟新材料有限公司；助剂1：市售；助剂2：市售；引发剂：市售。熔融指数测试仪：美特斯工业系统（中国）有限公司；凝胶色谱仪：沃特士；粒径分析测试仪：马尔文公司。

1.2 实验工艺

       粉末用PVDF树脂基础配方见表1。

       在10L的高压聚合釜中加入去离子水、分散剂、防粘釜剂， 然后对高压釜进行抽空排氧至氧含量＜3×10-5后，通过后缩机往釜中通入气相单体，边升温边加单体，当达到一定的温度和压力后，往釜中加入引发剂开始反应，在反应过程中，通过补加气相单体，保持釜内恒压，反应结束后，将未反应的单体回收，乳液经凝聚、洗涤、干燥、破碎，得到PVDF树脂粉料。

1.3 测试方法

       相对分子质量： 采用美国沃特士公司生产的凝胶渗透色谱测试； 粉料粒径： 采用英国马尔文公司的MASTER 2000进行测试，溶剂为异丙醇；熔融指数：采用ASTM D1238方法进行测试；相对分子质量较大时，熔融流动较慢，采用10kg 砝码测试；相对分子质量较小时，熔融流动较快，采用2.16kg砝码测试；头尾结构：采用核磁测试，二甲基亚砜（DMSO）为溶剂，F谱的91.5与92ppm的谱图为头尾结构，其余峰值为头头或尾尾结构。

2.1 相对分子质量及其分布对涂料性能的影响

       由表2可以看出相对分子质量越小，流平性越好，光泽也越好，但产品附着力和耐酸性较差；相对分子质量较大时，产品流平性不好，产品光泽较差，且耐酸碱性不好，故产品相对分子质量大小应适中。

2.2 粉料粒径及粒径分布对涂料性能的影响

       由表3可以看出粒径越小，产品堆积密度越小，产品不好分散，光泽较差，耐酸碱性差；粒径过大，与颜料等助剂粒径相差较大，产品分散性略差，流平性不好，光泽偏低，耐酸碱性略差。

2.3 熔融指数对涂料性能的影响

       溶融指数（MI ）是热塑性树脂在一定温度压力条件下，在规定时间内流动的质量值，用来表示树脂熔体黏度的相对值。

       由表4可以看出MI 越小， 产品熔融黏度越高，产品流平性越差，光泽较低，耐酸碱性较差；MI 过高，小相对分子质量的产物较多，产品耐酸碱性较差。

2.4 溶剂型PVDF与粉末涂料用PVDF结构性能表征

       由表5可以看出粉末涂料用PVDF树脂融指较高， 流动性较好， 同时具有较窄的相对分子质量分布（即相对分子质量分布指数Mv/Mn 较小），从而很好地控制了低相对分子质量PVDF的含量， 在保证产品流平性的同时确保了其他性能。

       由于粉末涂料用PVDF 树脂结构规整（见图3、图4）易于结晶，所以粉末涂料用PVDF 树脂熔点较高（见图5和图6），熔程窄，所以产品耐温性较好，同时流动性容易控制，流平较好。

2.5 PVDF漆膜性能比较

       粉末涂料不含有大量的溶剂，以固体状态生产与涂装，同时喷溢的粉末涂料可以回收利用，经济环保。但由于不含有机溶剂载体，所以对粉末涂料的流平性要求极高，即对它的相对分子质量及其分布要求极高。

       溶剂性涂料由于含有大量有机溶剂载体，流平性问题比较容易解决，为了提高产品性能，一般可以通过提高相对分子质量来完成， 而对相对分子质量分布要求就相对较低。

2.5.1 涂料的制备

       PVDF粉末涂料的制备采用熔融挤出混合法。

       PVDF树脂、丙烯酸树脂、颜料、助剂、填料→高速搅拌型混合机预混合→双螺杆挤出机挤出混合→冷却带冷却→粗破碎→细粉碎→分级过筛→产品。

       溶剂型PVDF涂料按照分散性涂料的制备方法进行制备。

2.5.2 涂装

       粉末涂料的涂装方法采用的是静电粉末喷涂法。

       溶剂型涂料使用34# 线棒辊涂进行涂装。

2.6 漆膜性能表征

       从表8可以看出， 粉末涂料性能与溶剂性涂料同样优异，硬度还要略高于溶剂型涂料。

       粉末涂料作为无公害、低能耗和劳动生产效率高的涂料品种，越来越受到人们的青睐，应用前景广阔，是环保型涂料的发展方向之一。