新一代卷材涂料-用于高性能防护涂料的Tedlar® PVF技术

作者 Jared Tracy博士 和 Michael Demko博士，杜邦公司

聚偏二氟乙烯（PVDF）的优异性能在涂料行业和金属涂层的用户中广为人知。目前，在PVDF短缺的情况下，涂料生产商转而使用FEVE、SMP和其他长期占据市场的树脂体系。每种化学物质都有其自身的优点和劣势，这些优劣将转化为最终用户涂层的性能。另一种可行的卷材涂料化学是聚氟乙烯（PVF）。PVF在涂料领域可能不太为人所知，但在外部金属保护以及一系列其他应用方面有着悠久的历史。它是一种出色的材料，具有出色的柔韧性、耐化学性和耐久性；在许多要求苛刻的应用中，尽管存在盐雾、湿度、雨水、强烈阳光、化学暴露和腐蚀性元素等环境压力，但它仍以持久的防护和美观证明了其优越性。

PVF由杜邦公司生产，杜邦公司几乎发明了所有含氟的聚合物。杜邦™ Tedlar® PVF薄膜在外部应用方面有着悠久的历史，近半个世纪以来，其在恶劣环境中的优异性能已得到证明。PVF涂层显示出与薄膜类似的性能优势，并在全球高价值商业项目中作为优质涂层的优秀替代品来使用，在苛刻的室外环境中能保护和保持持久的外观。Tedlar PVF在美国生产，且没有供应上的限制。

这种聚合材料在化学上类似于聚乙烯，但在每个重复单元上有一个氢原子被氟原子取代（图1）。由于氟原子的高电负性及其吸引电子和收紧周围原子键的倾向，碳-氟键的显著强度使得如PVF的氟聚合物极具惰性。

在各种含氟聚合物中，PVF的独特之处在于，通过掺入氟获得的好处不会以牺牲机械性能为代价。事实上，PVF薄膜的半结晶性质提供了强度和延展性的较好结合。当层压到基材（如金属）上时，它是需要热或冷成型后层压应用（如屋顶）的理想选择，因为基于PVF的薄膜或涂层可以承受应力和剧烈弯曲，而不会产生开裂或损害弯曲区域漆膜的完整性。

为了达到类似的成型程度，其他含氟材料，如PVDF，需要添加剂来降低结晶度， 1 但这可能会影响其耐化学性或户外性能。典型的PVDF卷材涂料含有丙烯酸，通常基于聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。由于丙烯酸与PVDF在热力学上的可混溶性，因此丙烯酸的加入会改变聚合物的结晶度。当丙烯酸被添加到PVDF中时，PVDF结晶域的浓度降低，从而会在断裂前产生更多的塑性变形。然而，如果添加过多的丙烯酸，由于PMMA的脆性，材料的成型性会降低。PVDF和PMMA的最佳比例为70:30，因为该组合提供了最大的延展性。 1-3 虽然在含氟聚合物中添加少量丙烯酸会对合成或附着力产生一些有益的影响，但过多丙烯酸会降低耐化学性和UV稳定性。 3 PVF则不需要任何丙烯酸树脂来实现成型性——有时只需添加少量的丙烯酸来达到持久的附着力。PVF薄膜通常不含任何丙烯酸，因此实现了最大的耐化学性、柔韧性和耐候性。

由于PVF产品在室外具有优异的耐久性，因此是在最恶劣条件下要求最长使用寿命且无开裂、褪色或沾污应用的首选产品。PVF薄膜已广泛用于建筑领域，如墙板、屋顶和立面等。几十年来，在全球范围内的这些应用中，其着色强度和表面美感的保持度已得到证明。

在其他易导致材料失效的恶劣环境中，如金属屋顶脊的紧密弯曲、安装在近海洋的金属壁板，以及腐蚀性化学品处理设施的内部和外部等等，PVF均表现出了出色的柔韧性。相对于SMP、PVDF和FEVE等优质涂料，使用PVF薄膜保护的金属产品通常具有更长的保质期，且不受地域限制。事实上，在PVF薄膜和常见涂层材料（如PVDF和丙烯酸）的老化试验对比中，PVF通常表现出更好的颜色稳定性和表面外观保持性（图2）。

除了建筑和施工，PVF薄膜还为其他一些户外应用提供性能和可靠性。例如，数十年来，PVF一直主导着高阻隔太阳能电池背膜的产品线。其他聚合物可能出现严重变色（聚酯）或开裂（PVDF，聚酯等），远远低于预期的太阳能电池板使用寿命，但PVF薄膜证明了其可以保持几十年的可靠性，无裂纹、气泡或沾污等缺陷。 7-8 PVF由于其易燃性和轻质，在飞机工业中也得到了广泛使用。该聚合物的耐用性、耐化学性和可清洁性使其成为高级墙饰、图形和标识保护的首选材料。

与PVF薄膜一样，PVF涂料与优质涂料系列中的其他材料（如硅改性聚酯（SMP）、PVDF和FEVE）相比，具有类似的性能优势。与薄膜不同的是，PVF涂层具有更好的颜色和美学柔韧性，通常也会添加一些丙烯酸树脂，以优化与各种底漆的粘附性，而不会实质上损害漆膜的耐化学性和可成型性。材料的核心是PVF树脂能经受时间的考验，与专为室外应用而设计的颜料结合使用时，PVF涂料能在最恶劣的环境中使用数十年，且始终表现出优异的美学和功能性能。PVF技术是新一代防护性金属涂层的基础，可满足苛刻环境的需求，具有卓越的美学和防护功能。

对于那些寻找没有供应限制的最佳涂层解决方案的人们来说，PVF是建筑金属保护的最佳选择。

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参考资料

1 Fluorinated Polymers: Volume 2: Applications, Editors:Bruno Ameduri, Hideo Sawada, Royal Society of Chemistry, 2016,151. DOI https://doi.org/10.1039/9781782629368
2 Tanaka, A.; Sawada, H.; Kojima, Y. Application of Poly(vinylidene fluoride) and Poly(methyl methacrylate) Blends to Optical Material. Polym J 22, 463-467 (1990). https://-doi.org/10.1295/polymj.22.463
3 Wood, K. Fluorocarbon Resins for Coatings and Inks in Coating Materials and Surface Coatings, edited by Arthur A.Tracton, CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, FL,2007.
4 M. Services, Meeting the Requirements for Building Exteri-ors that Can Stand the Test of Time, New York Festival of Construc-tion, New York, NY, 2021.
5 Tracy, J. Importance of Material Selection on Building Structure Aesthetics and Performance, Metal Con, Tampa, FL,2021.
6 Ebnesajjad, S. Polyvinly Fluoride: Technology and Applica-tions of PVF, Elsevier, 2013, 300-301.
7 DuPont Global PV Reliability 2019 Field Analysis. https://w-ww.dupont.com/content/dam/dupont/amer/us/en/photovol-taic/public/documents/DPVS_Field_Study_Analysis-1.pdf.
8 J. Tracy et al., "Survey of Material Degradation in Globally Fielded PV Modules," 2019 IEEE 46th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2019, pp. 0874-0879, doi: 10.1109/PVSC40753.2019.8981140.

本文收录在《PCI中文版》杂志2022年10月刊中