长使用寿命涂料-面向可持续环境的可持续涂料

作者 Kristen Blankenship，业务开发经理，AGC Chemicals Americas公司 ，宾西法尼亚州，Exton，联系 Winn Darden，业务经理， LUMIFLON® 树脂

几十年来，在任何给定的项目中，长寿命涂料的选择都是基于性能需求。大型建筑，比如一座位于主要城市的摩天大楼，可能会指定含氟聚合物的面漆，以确保数十年的光泽度和保色性。大型钢桥可能需要含氟聚合物面漆，以提供长期的防腐蚀屏障保护。

当然，高性能通常伴随着涂料材料的高价格。然而，材料的初始采购价格并不是主要项目的唯一成本考虑因素，优质涂料最终的成本通常要低得多，且它们还提供了环境效益，因为持续数十年的长寿命涂料在本质上是可持续的。

本文探讨了长寿命涂料的环境效益，包括对含氟聚合物粉末涂料与溶剂型涂料的碳足迹的对比研究。

FEVE技术

氟乙烯乙烯基乙醚（FEVE）树脂是无定形A-B型共聚物，具有重复单元的氟乙烯和取代的乙烯基醚（图1）。虽然FEVE树脂的平均氟含量范围为25-30%，但由于FEVE分子的交替结构，它们表现出优异的长期耐候性。氟乙烯基团是FEVE树脂的强度。C-F键保护相邻的、较弱的醚键。正是这些基团使得这类聚合物能够抵抗紫外线的降解作用。

乙烯基醚基团使FEVE聚合物可用作油漆树脂。如果没有乙烯基醚基团，FEVE树脂将不溶于溶剂。这种溶解度使FEVE树脂能够广泛用于工厂或现场环境中使用的各种涂料配方中。乙烯基醚基团也有助于涂料的高光泽，并允许官能团，如羟基，被纳入到结构中。

FEVE树脂是涂料配方的最佳选择，因为它们有不同的等级，具有不同的性能，如分子量、羟基值和Tg（图2）等。FEVE树脂倾向于玻璃化，但在需要更多的灵活性时，很容易与其他树脂混合。

FEVE树脂有1K溶剂型和水性等级别，2K溶剂型、水性和片状型等级别。以溶剂为基础的FEVE等级是第一个面向市场的产品，其主要优点是提供了35年的耐候保护，并有一个较广的固化条件，使其可以在户外自干，这使其成为工业涂料和修补漆等应用的理想选择。它们也可用于低温工厂应用，如塑料和复合材料零件。这些等级可以粘附在包括金属等的各种基材上，而无需使用底漆。从美学角度看，这些透明的涂层提供了清晰、干净的颜色和更明亮的金属感。

环保涂料用FEVE树脂

FEVE水性树脂和片状树脂可用于生产环保涂料。水性树脂生产的涂料具有较低的VOCs。片状树脂可以不使用溶剂，以产生低VOC溶剂型涂料。此外，片状树脂还可用于无溶剂和无水粉末涂料。

碳足迹研究

这项基于生命周期的可持续性研究采用ISO标准14040/44，对溶剂型FEVE粉末涂料和聚偏氟乙烯（PVDF）液体涂料进行了比较。

研究主要检查：

• 用于树脂生产的原料；
• 运输至树脂生产厂；
• 树脂生产工艺；
• 运输至涂料厂；
• 涂料生产、涂料原材料、涂料工艺用其他材料；
• 运输至应用现场；
• 涂层应用和固化。

对比油漆生产、涂层工艺和溶剂焚烧过程中每平方米产生的二氧化碳千克数，PVDF配方显示出具有更大的碳足迹（图3）。

由于FEVE粉末涂料不使用溶剂，且具有更高的运输效率和较低的固化温度，因此与溶剂型涂料相比，其碳足迹明显更少（图4）。这些结果表明，在一个10万平方英尺的项目中，使用FEVE粉末有可能减少16吨二氧化碳。

FEVE树脂的长生命周期有助于可持续性

因为FEVE涂料的耐候性、寿命和使用水或粉末等级开发低VOC配方的能力，它是具有可持续性的。FEVE面漆的生命周期有助于可持续性，因为它可以持续30至60年而无需重新涂敷。在此期间，标准聚氨酯面漆需要两到三次重新喷漆周期。这种额外的重涂会在表面处理和重涂过程中释放挥发性有机化合物，排放设备中的二氧化碳，以及还要去除和处理旧涂层。

基于FEVE的涂层还可以降低生产和维护成本，因为它们可以保持颜色和光泽，耐腐蚀并保护基材不降解。在相同的干膜厚度下，醇酸树脂、聚氨酯和氟聚氨酯面漆的生命周期成本分析表明，随着时间的推移，2K FEVE基涂层每平方米的价值非常高（图5）。

FEVE的性能

多年的耐候性试验表明，FEVE树脂涂层具有优异的性能。这里有几个例子。

5年暴露测试

在日本对两种白色2K聚氨酯涂层进行了为期15年的户外暴露研究。一个是基于传统的丙烯酸多元醇聚氨酯体系，另一个基于FEVE多元醇聚氨酯体系。每个样板的一部分都用一条红色的轻密封胶带覆盖。该区域被认为是未暴露区域。测试结果表明，15年后，基于FEVE体系的防护涂层样板表现出显著的防腐蚀和防老化效果（图6）。

可见光显微照片

对FEVE基白色涂层和聚氨酯基白色涂层的样品进行可见光显微观察。垂直横截面显示，FEVE基涂层样板在15年后发生了0至1.1微米的侵蚀现象，而同样15年后，基于聚氨酯的白色涂层样板显示出明显更大的侵蚀现在——在22至28微米（图7）。

EMMAQUA® 测试

EMMAQUA（固定赤道聚镜自然加速老化仪）测试表明，FEVE基涂层的光泽度保持与PVDF（聚偏氟乙烯或聚偏二氟乙烯）涂层相似，明显优于丙烯酸聚氨酯涂层（图8）。

弗罗里达州老化试验

佛罗里达州的老化试验表明，FEVE基涂层在暴露10年后的性能要优于仅暴露3年后的高性能聚酯涂层。10年后，FEVE基涂层和PVDF涂层的性能相似，两者的颜色和光泽都比聚酯涂层好得多（图9）。

10年的佛罗里达耐候试验，比较了FEVE黄色涂层和FEVE透明涂层的光泽保持性。四年后，FEVE黄色涂层仍保持了100%的光泽度，10年后仍保持了70%的光泽度。FEVE透明涂层在三年内保持了80%以上的光泽度，在十年内保持了70%以上的光泽度（图10）。

现实世界中FEVE粉末基涂料的应用

由于FEVE基涂料具有优异的性能优势，近40年来，它们已应用于全球数千个工业和建筑结构中。以下是一些使用环境可持续性的FEVE粉末涂料的实际应用案例，这些涂料还具有优异的耐候性、耐化学性和耐腐蚀性。

Uber总部，加利福尼亚州，旧金山

该结构由SHoP建筑事务所设计，具有铝幕墙和建筑围护结构（图11）。覆层面积为20万平方英尺。2017-2018年，一种粉末FEVE基涂料被应用于幕墙，整个项目于2018年完成。（图片来自SHoP建筑事务所。）

哈德逊庭院，纽约州纽约市

曼哈顿西区的哈德逊庭院(Hudson Yards)是由建筑公司Kohn Pedersen Fox领导的大型多建筑再开发项目。2017-2021年，其主要结构的金属幕墙均采用车间喷涂的粉末FEVE基涂层。（图片来自All KPF建筑事务所。）

阿达尔总部，阿拉伯联合酋长国，阿布扎比

阿布扎比的阿尔达总部大楼由MZ建筑事务所设计，共有23层楼。它的特点是铝面板线圈涂有FEVE基液体涂层。钢幕墙也采用了FEVE基粉末涂层进行保护。该项目于2010年完工。（图片来自MZ建筑事务所。）

总结

正如碳足迹研究和实际应用所显示的那样，与液体涂料相比，诸多因素增强了FEVE粉末涂料的可持续性。这些措施包括能源使用的减少，挥发性有机化合物和碳排放的降低等。由于生命周期长，FEVE粉末涂层体系能够降低成本，如减少维护和浪费等。

此外，FEVE粉末涂料还具有耐久性、优异的颜色和光泽度保持性、防腐蚀性能和优异的耐候性等先进性能，可防止紫外线辐射、水、盐和其他会导致涂层降解的元素的影响。

了解本文的更多信息，请发电子邮件至Winn.Darden@agc.com。

本文收录在《PCI中文版》杂志2021年10月刊中