1. 前言

    阿科瑪公司以Kynar500^?命名的樹脂作為超耐候性樹脂，在酒店等大型建筑物金屬幕墻涂裝上被廣泛使用。Kynar^?獨特的聚合方法，使其產(chǎn)品由極為細小均勻的粒子構成，優(yōu)良的溶解性和便于施工成為產(chǎn)品的顯著特征。Kynar500^?四十年來受到世界各地設計師和業(yè)主的高度評價。該產(chǎn)品在北美地區(qū)占有著很高的市場份額，近年來以中國為中心的亞洲地區(qū)的需求也在不斷攀升。

近年來，隨著對材料的環(huán)保要求越來越高，降低涂料中的揮發(fā)性有機化合物（VOC）含量成為當務之急。阿科瑪早在十多前年已經(jīng)關注這一課題，以位于美國賓夕法尼亞州的研發(fā)中心為主，一直著力于非溶劑型Kynar^?涂料新技術的研發(fā)。尤其是以“超耐候性”為特征的新產(chǎn)品的開發(fā)，不僅加快了試驗的進度，還需要在實際環(huán)境下對樹脂以及涂料進行長期的評估。在經(jīng)過這樣包括嚴格的評估內(nèi)容在內(nèi)的研發(fā)，阿科瑪公司于日前推出了水分散系PVDF乳液Kynar Aquatec^?產(chǎn)品。本文將主要介紹采用這種材料的評估案例以及實施案例。

2. 技術介紹

構成PVDF的“碳-氟鍵（C-F）”的結合力可以抵抗太陽光中紫外線，具有優(yōu)越的耐候性。因此，PVDF等含氟樹脂的涂料通常都用于室外。Kynar500^?等傳統(tǒng)的含氟涂料一般在分散于溶劑之后和與溶解于溶劑的丙烯酸等混合制成涂料。此類涂料需要高溫烘烤，烘烤過程中溶劑會揮發(fā)，有機化合物的排放問題一直得不到解決。

阿科瑪研發(fā)團隊針對這個問題從10年前開始就建立了項目小組，致力于開發(fā)低VOC排放量的用于涂料的PVDF。終于，我們采用了不拘泥于現(xiàn)有常識的全新的方法，開發(fā)出一種全新的用于涂料的水性PVDF乳液，這就是Kynar Aquatec^?。

Kynar Aquatec^?采用專利技術制造，經(jīng)過特殊的聚合工藝，丙烯酸分子均勻地滲透入PVDF分子結構內(nèi)（主要是非結晶區(qū)域），形成聚合物互穿網(wǎng)絡結構(IPN： Interpenetrating network)

乳液中的PVDF和丙烯酸樹脂主要可分為“混合型”、“核殼型”和“網(wǎng)絡型”（IPN）3種。圖1顯示的是各種類型的溶液（涂料）狀態(tài)和固化后的狀態(tài)。

如圖1所示，“混合型”和“核殼型”在固化后乳膠顆粒不均勻地分散在丙烯酸樹脂連續(xù)相中。圖2顯示了對“核殼型”的涂料涂層使用了加速老化試驗連續(xù)8500小時（約1年）紫外線照射后的SEM圖像。產(chǎn)生裂縫的部位是丙烯酸樹脂集中的地方，該部位是產(chǎn)生涂層粉化等現(xiàn)象的原因，特別顯著地反映在光澤的變化上。但是，使用了“網(wǎng)絡（IPN）型” Kynar Aquatec?的涂料，由于丙烯酸樹脂和PVDF是在分子的水平上形成網(wǎng)狀結構的，沒有丙烯酸樹脂集中、連續(xù)存在的部位，在同等條件下經(jīng)紫外線照射也不會產(chǎn)生裂縫（圖3）。

這一現(xiàn)象也可以從涂料光澤的變化上得到證明，“網(wǎng)絡（IPN）型”的涂料本身和其他狀態(tài)相比是一種極為穩(wěn)定的材料。圖4顯示的是“網(wǎng)絡（IPN）型”涂料、“核殼型”和單純的丙烯酸樹脂的光澤變化的比較結果。不僅如此，將用于該暴露試驗的樣品用精密天平稱量，計算其涂料表面的侵蝕（分解）速度，可以得出含有IPN結構的涂料的分解速度與其他類型相比極為緩慢（表1）。

Kynar Aquatec?無論從無需烘干還是降低環(huán)保負荷的角度看都是非常好的材料。因此，其可以在實地運用，可以期待其操作性會得到大幅度地提高。涂料的固化成膜過程已如圖1所示，水分蒸發(fā)后，粒子界面開始緩慢地變形塌陷（collapse），與接觸到的粒子開始融合最后成膜。粒子界面的變形塌陷是涂料中微量添加的成膜助劑（coalescent）的作用。

在Kynar Aquatec?基礎上制造的涂料的一般特性如表2所示。Kynar Aquatec?和其他代表性的涂料相比，有VOC含量低、耐候性、耐污染性、耐酸性高等特點（VOC含量是制成涂料之后的數(shù)值，Kynar Aquatec?本身幾乎不含VOC）。含氟樹脂和其他樹脂相比價格雖然更高，但是可以大大降低維護的頻率，考慮到這一點，使用超耐候性的涂料從長期來講反而是比較經(jīng)濟的選擇。

3. 實際環(huán)境中的評估實例

我們作為以“超耐候性”為特征的涂料原材料提供廠商，始終堅持必須在實際環(huán)境下進行充分的耐候性試驗的原則。實際環(huán)境中風雨和劇烈的溫度變化、與粉塵和微量的化學物質(zhì)的接觸等，存在著加速試驗無法預測的眾多復雜因素。我們將涂有Kynar Aquatec?的金屬板在美國佛羅里達州進行了長達6年的室外曝曬試驗，這里我們以該試驗的結果為中心介紹一下本材料的耐候性評估的結果（佛羅里達室外試驗，是美國的涂料、建筑廠商執(zhí)行的標準的試驗方法之一）。

首先，將Kynar Aquatec?為樹脂乳液的白色涂料涂在金屬板上，在室外曝曬6年后，總日光反射值（TSR）的評估結果如表3所示。我們使用了有代表性的5種二氧化鈦顏料，曝曬前獲得了0.808~0.830的范圍內(nèi)的穩(wěn)定的TSR的數(shù)值。該樣本經(jīng)過了6年實際環(huán)境下（南佛羅里達曝曬試驗）的處理后，測出TSR為0.798~0.820，與曝曬前比較變化量非常小。這一結果表明，以Kynar Aquatec?為主要成分的白色涂料不僅具有優(yōu)越的耐候性，而且可以長期穩(wěn)定地反射紅外線，可以作為未來“冷屋頂”（cool roof）涂層的理想材料。（已經(jīng)證明，使用冷屋頂?shù)慕Y構材料可使夏季的電力消費量降低約20%左右。）

然后，用調(diào)配涂料（tint,經(jīng)TiO₂稀釋的色漆）涂在金屬板后暴露在室外5年后，其TSR評估的結果如表4所示。使用調(diào)配涂料時的起始TSR為0.5~0.6與白色涂料相比相對降低了，但是在暴露5年后數(shù)值基本沒有發(fā)生變化，表明其可以維持穩(wěn)定的紅外線反射率。

另外，經(jīng)Kynar Aquatec?涂層的金屬板在室外曝曬5年，清洗后的光澤度和傳統(tǒng)的耐候性丙烯酸樹脂涂料比較的結果如圖5所示。傳統(tǒng)型的耐候性丙烯酸樹脂涂料的光澤度有明顯的減弱，尤其是在曝曬了20個月后數(shù)值就顯著下降。而Kynar Aquatec?在經(jīng)過5年曝曬后光澤度沒有發(fā)生變化，表明其可以維持穩(wěn)定的光澤度。

在現(xiàn)有的建筑物上頻繁的涂料重涂從成本上來說效率很低，而且，使用傳統(tǒng)型的涂料VOC的排放從環(huán)保的角度看也是一個需要解決的問題。Kynar Aquatec?不僅針對新建的建筑物，在維護現(xiàn)有建筑物時的重涂上也可以發(fā)揮功用。使用Kynar Aquatec?時，不僅可減少涂刷時VOC的排放量，而且一次涂刷后可以獲得長期穩(wěn)定的性能，對提高維護的效率也可以作出貢獻。圖6是我們在丙烯酸涂層和Kynar Aquatec?涂層表面進行耐玷污性測試的情況（碳黑、氧化鐵紅）?？梢钥吹剑c丙烯酸涂料相比，Kynar Aquatec?涂層明顯更易于清洗，擁有更卓越的抗玷污性能。

4. 使用實例

下面介紹一下兩個使用Kynar Aquatec?的涂料的實際室外涂刷的應用實例。

第一例是使用在拉斯維加斯的米高梅酒店屋頂。當?shù)氐娜照辗浅娏?，酒店屋頂?shù)奈鼰嵊绊懽罡邔拥目头康氖覝?，?jīng)常發(fā)生投訴，問題很嚴重。而且，用了傳統(tǒng)型的丙烯酸樹脂，老化很快，每幾年就要重涂一次，使部分客房的停止營業(yè)等，成為經(jīng)營效率低下的原因。

為了克服這個問題，使用了耐候性和紅外線反射性（冷屋頂性能）優(yōu)越的Kynar Aquatec?白色涂料涂刷在屋頂上。（圖7）在一層約0.3mm厚的發(fā)泡聚氨酯上，涂刷同樣0.3mm厚的彈性丙烯酸樹脂，最表面涂刷0.06mm厚的Kynar Aquatec?的涂層（參見圖8）。涂刷后，我們獲得報告，屋面對太陽光的反射性顯著提高了，因此，最高層的客房因日照發(fā)生的溫度變化也大幅度地減小了。酒店經(jīng)理稱： “在進行了屋面的修復后，在高溫季節(jié)我們基本沒有收到過來自于高層客房關于房間溫度的投訴。”

圖1．PVDF和丙烯酸樹脂的狀態(tài)和固化后的狀態(tài)模式圖（混合型和核殼型PVDF乳膠顆粒不均勻地分散在丙烯酸樹脂連續(xù)相中，網(wǎng)絡（IPN）型PVDF和丙烯酸樹脂在分子水平保持網(wǎng)狀結構。）
○：乳膠粒子；●：PVDF粒子；：IPN粒子

圖2．使用加速試驗器進行8500小時的UV照射后的“核殼型（PVDF-丙烯酸樹脂結構）”表面的SEM圖像（丙烯酸樹脂連續(xù)的部分由于分解產(chǎn)生了裂縫）。

圖3．使用加速試驗器，進行8500小時UV照射后的“網(wǎng)絡（IPN）型（Kynar Aquatec?）”表面的AFM圖像（沒有產(chǎn)生因UV分解的裂縫,圖像強調(diào)厚度方向的變化。）

， 圖4．Kynar Aquatec?、核殼型PVDF-丙烯酸樹脂乳膠、耐候性丙烯酸樹脂乳膠的光澤度的變化的比較（表明網(wǎng)絡（IPN）型結構的Kynar Aquatec?的光澤變化率極低）。

表1．表面侵蝕（分解）速度根據(jù)長時間UV照射后重量的變化換算。表明Kynar Aquatec?的分解速度極慢。

表2．Kynar Aquatec?與其他各種樹脂涂料一般特性的比較

表3．采用Kynar Aquatec?為主要原料調(diào)制的白色涂料涂刷后，實施6年“南佛羅里達曝曬試驗”后總日光反射值的變化

表4．采用Kynar Aquatec?為主要原料調(diào)制的淺色漆涂刷后，實施5年“南佛羅里達暴露試驗”后總日光反射值的變化

圖5．室外曝曬試驗（佛羅里達曝曬試驗）中Kynar Aquatec?和丙烯酸樹脂涂料的60°光澤的變化。

圖6.使用碳黑和氧化鐵紅對丙烯酸樹脂涂層（照片左側）和Kynar Aquatec?涂料的涂層（照片右側）玷污性測試的對比。（涂層均經(jīng)過清水沖洗）

圖7.拉斯維加斯的米高梅酒店使用Kynar? Aquatec涂料涂刷前后的屋頂外觀。（照片由美國聯(lián)合涂料公司提供）

圖8．實例1在發(fā)泡聚氨酯層上，涂刷彈性丙烯酸樹脂，最表面涂刷Kynar Aquatec^?時的各層示意圖