2014年環(huán)保風(fēng)暴席卷了眾多行業(yè)，涂料首次被國(guó)家相關(guān)行政部門(mén)認(rèn)定為污染行業(yè)，在此形勢(shì)下，符合低碳環(huán)保的粉末和水性涂料將成為今后一段時(shí)間內(nèi)國(guó)內(nèi)涂料行業(yè)的優(yōu)先發(fā)展方向。
氟碳粉末涂料具有優(yōu)良的耐候性和耐化學(xué)藥品性，還具有表面張力低、摩擦力小、疏水性和非粘附性等特性，在粉末涂料行業(yè)成為一個(gè)不可或缺的品種。從產(chǎn)品生命周期看，發(fā)展高耐候性氟碳粉末涂料在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用，既可以減少因重涂所產(chǎn)生的費(fèi)用，也可以響應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)零VOC排放要求，在保護(hù)涂裝基材同時(shí)對(duì)低碳社會(huì)有所貢獻(xiàn)。
1.氟碳粉末涂料發(fā)展
目前，國(guó)內(nèi)氟碳涂料的應(yīng)用形式主要以溶劑型涂料為主，溶劑型氟碳涂料生產(chǎn)和施工工藝成熟，涂層在眾多建筑上已得到很好體現(xiàn)，市場(chǎng)認(rèn)可度高。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的日益重視，溶劑型氟碳涂料使用日益受到限制，涂料在初次涂裝時(shí)盡量減少VOC排放量非常重要。粉末涂料VOC排放量非常低，更適合在高溫烘烤型場(chǎng)合使用。表１中給出以一般溶劑型涂料初次涂裝VOC排放量設(shè)定指數(shù)為100的情況下，其他形態(tài)涂料的相對(duì)VOC排放量。
表1涂料種類及初期VOC排出量
氟碳粉末樹(shù)脂品種很多，但是適用于粉末涂料的品種很少。從實(shí)際應(yīng)用角度考慮，作為建材表面用氟碳粉末樹(shù)脂按成膜物質(zhì)可分為熱塑性和熱固性２種。熱塑性氟碳粉末涂料以PVDF樹(shù)脂為基料；熱固性氟碳粉末涂料以三氟氯乙烯－乙烯基醚／酯樹(shù)脂為基料。
PVDF氟碳粉末涂料在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)，F(xiàn)EVE氟碳粉末涂料從20世紀(jì)90年代末開(kāi)始在市場(chǎng)上應(yīng)用，目前市場(chǎng)占有率還是很低。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)粉末涂料行業(yè)對(duì)氟碳粉末涂料需求越來(lái)越旺盛；國(guó)外中東地區(qū)很多建筑物要求涂料不含溶劑而且耐候性要達(dá)到AAMA 2605-2005標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)氟碳粉末涂料需求正在增長(zhǎng)；亞洲及大洋洲地區(qū)對(duì)氟碳粉末涂料需求有同樣傾向，這些市場(chǎng)發(fā)展方向給氟碳粉末涂料在建材領(lǐng)域快速發(fā)展提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。表2給出了氟碳涂料種類及溶劑含量。
表2氟碳涂料種類及溶劑含量
2.氟碳粉末涂料性能
樹(shù)脂是粉末涂料主要成膜物質(zhì)，是決定粉末涂料性質(zhì)和涂膜性能最主要成分。粉末涂料用樹(shù)脂性質(zhì)和性能決定粉末涂料配方組成和用途。氟碳粉末樹(shù)脂中C-F化學(xué)鍵能為485kJ/mol，大于自然光中紫外線的鍵能411kJ/mol，制備的氟碳粉末涂料耐候性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚酯粉末涂料，具有長(zhǎng)效保光保色性。
作為氟碳粉末涂料兩大類產(chǎn)品，PVDF和FEVE氟碳粉末樹(shù)脂種類、成膜機(jī)理不同，生產(chǎn)工藝過(guò)程也有很大區(qū)別，實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果表明：兩類氟碳粉末涂料具有良好的耐候、耐酸、耐堿等綜合理化性能。表3給出PVDF氟碳粉末涂料與FEVE氟碳粉末涂料主要性能對(duì)比。
表3PVDF氟碳粉末涂料與FEVE氟碳粉末涂料性能比較
2.1PVDF氟碳粉末涂料組成及生產(chǎn)工藝
2.1.1 PVDF氟碳粉末涂料組成
PVDF是偏氟乙烯均聚物，是一種韌性熱塑性加工塑料。PVDF氟碳粉末涂料配方中，PVDF含量為70%，配以優(yōu)質(zhì)高耐候顏料，通過(guò)加入約30%熱塑性丙烯酸樹(shù)脂以提高涂料與基材粘結(jié)性，并改善填料分散性。經(jīng)過(guò)高溫固化，PVDF氟碳粉末涂層具有與液體氟碳涂料同樣組成和性能。
在PVDF氟碳粉末涂料開(kāi)發(fā)過(guò)程中，配套的丙烯酸樹(shù)脂很重要，它需要與氟碳樹(shù)脂有很好相容性，才能在成膜過(guò)程中形成高分子合金，耐侯性才會(huì)有保證。液體PVDF涂料有配套底漆，比較容易解決在金屬基材表面附著力，在PVDF氟碳粉末涂料中，通常不使用底漆，因此選用丙烯酸樹(shù)脂提供附著力顯得非常重要。在PVDF氟碳粉末涂料中，液體涂料中使用的傳統(tǒng)熱塑性丙烯酸樹(shù)脂不能提供足夠附著力。因此，新型丙烯酸樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，成為PVDF氟碳粉末涂料快速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2.1.2 PVDF氟碳粉末涂料生產(chǎn)工藝
據(jù)文獻(xiàn)介紹，PVDF氟碳粉末涂料可以采用熔融擠出混合法，其具體工藝過(guò)程為：PVDF樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、顏料、助劑、填料→高速攪拌型混合機(jī)預(yù)混合→雙螺桿擠出機(jī)擠出→冷卻破碎→液氮深冷破碎→分級(jí)過(guò)篩→PVDF氟碳粉末涂料成品。
近年來(lái)，有公司開(kāi)發(fā)出一種超細(xì)氟碳粉末涂料制備方法，其具體工藝過(guò)程為：PVDF、丙烯酸樹(shù)脂→在有機(jī)溶劑（丁酮+甲苯）中溶解→加入顏填料后高速分散→研磨至規(guī)定細(xì)度→調(diào)節(jié)黏度→加壓噴霧干燥→冷卻干燥→分級(jí)過(guò)篩→超細(xì)PVDF氟碳粉末涂料成品。
從上述PVDF氟碳粉末涂料生產(chǎn)工藝過(guò)程可以看出，熔融擠出混合法存在熔融擠出混煉效果差，擠出機(jī)螺桿不易清洗，后期還需要昂貴繁瑣的液氮冷凍粉碎工藝，工業(yè)化應(yīng)用難度較大，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有廠家采用此方法生產(chǎn)PVDF氟碳粉末涂料。
超細(xì)氟碳粉末涂料法需要先制備溶劑型PVDF涂料，后期采用噴霧干燥工藝制備PVDF氟碳粉末涂料。此方法工藝繁瑣，能耗高，還存在溶劑回收處理等一系列問(wèn)題。另外，從這些年市場(chǎng)反饋情況分析，終端客戶對(duì)這種方法制備PVDF氟碳粉末涂料接受和認(rèn)可程度不高，產(chǎn)品在應(yīng)用過(guò)程中還存在一些亟待解決的問(wèn)題。
2.2FEVE氟碳粉末涂料組成及生產(chǎn)工藝
2.2.1FEVE氟碳粉末涂料組成
FEVE氟碳粉末樹(shù)脂主要是指主鏈中含羥基官能團(tuán)的三氟氯乙烯-乙烯基醚或乙烯基酯類共聚物，樹(shù)脂軟化點(diǎn)80℃左右，100℃左右熔融，其顏料分散性優(yōu)異，且可以用一般的粉末涂裝工藝。
FEVE氟碳粉末涂料由熱固性氟粉末樹(shù)脂、聚多異氰酸酯固化劑、顏料、填料、助劑為主要成分組成，具有超長(zhǎng)耐候性、優(yōu)異耐腐蝕性、極佳耐鹽霧性、優(yōu)異保光保色性，對(duì)基材具有優(yōu)異的保護(hù)和裝飾效果，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到QUALICOAT-2009 Ⅲ（歐洲建筑涂層標(biāo)準(zhǔn)：建筑用鋁型材表面噴漆、粉末涂裝的質(zhì)量控制規(guī)范）和AAMA 2605-2005要求。
2.2.2FEVE氟碳粉末涂料生產(chǎn)工藝
FEVE氟碳粉末樹(shù)脂具有和一般環(huán)氧、聚酯樹(shù)脂相近的熔融溫度，可以用目前通用擠出設(shè)備生產(chǎn)熱固性粉末涂料，在一般熱固性粉末涂料烘烤條件下（180～200℃,15～20min）固化成膜，其具體生產(chǎn)工藝過(guò)程如下：
FEVE粉末樹(shù)脂、固化劑、顏填料、助劑等→預(yù)混合→雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出→冷卻破碎→細(xì)粉碎→分級(jí)過(guò)篩→FEVE氟碳粉末涂料成品。
2.3氟碳粉末涂料主要性能對(duì)比
FEVE氟碳粉末涂料可以提供多種顏色及金屬閃光效果的氟碳涂料，在顏料潤(rùn)濕性、光澤、顏色選擇等方面都要優(yōu)于PVDF氟碳粉末涂料。化學(xué)藥品對(duì)其他粉末涂料涂膜以及PVDF氟碳粉末涂料涂膜點(diǎn)腐蝕性很大，對(duì)FEVE氟碳粉末涂料相對(duì)影響較小。用FEVE氟碳改性聚酯粉末涂料，耐候性及耐腐蝕性比一般聚酯粉末提高一倍以上，具有更廣闊的應(yīng)用空間。表4給出幾類市場(chǎng)常見(jiàn)氟碳粉末涂料主要性能對(duì)比。
表4氟碳粉末涂料主要性能對(duì)比
3.氟碳粉末涂料施工應(yīng)用工藝
鋁合金基材是建材領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的基材，也是粉末涂料，包括氟碳粉末涂料應(yīng)用最集中的領(lǐng)域。在不進(jìn)行預(yù)處理前提下，氟碳粉末涂料在鋁合金表面附著力和機(jī)械性能非常差。
鋁合金基材表面處理是粉末涂料施工基礎(chǔ)工序，主要作用有3個(gè)方面：一是清除被涂物件表面污垢；二是去除物件表面存在的缺陷，創(chuàng)造噴涂需要的表面粗糙度；三是對(duì)被涂物件表面進(jìn)行各種化學(xué)處理，提高涂層附著力和防腐能力。鋁合金基材表面處理技術(shù)在影響涂層耐久性諸多因素中占比最大。表5給出涂層質(zhì)量影響因素和所占比率。
表5涂層質(zhì)量影響因素和所占比率
FEVE氟碳粉末樹(shù)脂含有羥基官能團(tuán)，樹(shù)脂極性較強(qiáng)，對(duì)鋁合金基材有較好附著力，一般在應(yīng)用時(shí)不需要涂底漆。20多年的成功應(yīng)用案例表明，在氟碳粉末涂料施工中，在鋁合金基材表面進(jìn)行黃鉻化處理后，噴涂FEVE氟碳粉末涂料，是一種成熟的施工配套模式。
目前階段，無(wú)論是QUALICOAT-2009還是AAMA 2605-2005，對(duì)氟碳粉末涂料涂層，都是針對(duì)黃色鉻化鋁材進(jìn)行測(cè)試認(rèn)證，無(wú)鉻化（鋯鈦系/硅烷類）以及三價(jià)鉻等處理方式都還沒(méi)有成熟案例。歐洲從2016年起禁止在建材表面處理中使用黃色鉻化，所以，這給氟碳粉末涂料今后在鋁型材表面應(yīng)用提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，需要盡快找到替代解決方案。
4.氟碳粉末涂料市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀
氟碳粉末涂料作為粉末涂料中高端產(chǎn)品，主要在鋁幕墻、窗框等建材，空調(diào)外機(jī)外框、變壓器及儀表燈外裝中使用。
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平提高，業(yè)主對(duì)有機(jī)涂層要求越來(lái)越高，不僅要有很好的裝飾效果，更要有非常優(yōu)異的戶外保色性、耐久性。國(guó)際上已經(jīng)制定了這類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，即QUALICOAT-2009 III和AAMA 2605-2005，并在液體氟碳涂料應(yīng)用中使用。但在傳統(tǒng)粉末涂料產(chǎn)品中，目前還沒(méi)有能達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)要求的。
應(yīng)用結(jié)果表明，F(xiàn)EVE氟碳粉末涂料通過(guò)了QUALICOAT-2009 III和AAMA 2605-2005認(rèn)證，主要性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)內(nèi)鋁合金建筑型材——粉末噴涂型材標(biāo)準(zhǔn)中耐候性等級(jí)Ⅱ類要求（GB/T 5327.4-2008），填補(bǔ)了粉末涂料在高端建材領(lǐng)域空白。表6給出了歐洲QUALICOAT-2009技術(shù)規(guī)格。表7給出了鋁合金建筑型材——粉末噴涂型材標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)耐候性等級(jí)的要求。
表6粉末涂料QUALICOAT-2009規(guī)格
表7鋁合金建筑型材—粉末噴涂型材耐候性等級(jí)技術(shù)指標(biāo)
備注：耐候性根據(jù)氙燈照射人工加速老化試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)結(jié)果。
5.結(jié)語(yǔ)
1.PVDF氟碳粉末涂料生產(chǎn)過(guò)程需要增加特殊設(shè)備和工藝，生產(chǎn)投資較大，生產(chǎn)過(guò)程繁雜，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
2.FEVE氟碳粉末樹(shù)脂涂料與高耐候性聚酯樹(shù)脂粉末涂料相比具有相同生產(chǎn)工藝和實(shí)用性，同時(shí)具有和其他粉末涂料相當(dāng)?shù)某跗谛阅?，在工廠生產(chǎn)及涂裝中沒(méi)有問(wèn)題。
3.高端鋁幕墻及窗框等建材可以使用氟碳粉末涂料，在經(jīng)過(guò)終端客戶，涂料廠家等相關(guān)方在應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)方面廣范圍評(píng)價(jià)及驗(yàn)證后，氟碳粉末涂料能夠在更廣闊的范圍內(nèi)應(yīng)用。