免PFAS限制 聚氟乙烯PVF实现高性能卷材涂料的可持续发展

慧正资讯：聚氟乙烯（PVF）是一种高度稳定和耐用的聚合物聚合物，被应用于在对化学腐蚀、风化和水解要求极高的苛刻应用环境中。PVF最初由杜邦公司以商品名Tedlar®进行商业化，已经在各种应用中使用了60多年，这种树脂在可以在最恶劣的环境中提高最高水平的表面防护。

Tedlar®PVF可以被用作涂料树脂或薄膜材料上。 PVF薄膜最重要的应用之一是在建筑物和工程施工中，当其被层压后，可以为建筑物的内外表面提供的高持久的美观装饰和高性能的表面防护。尽管建筑暴露在紫外线、雨水、风、潮湿、涂鸦、化学品、清洁剂和消毒剂、鸟粪、污染以及各种其他环境和破坏下，但该薄膜能使用户确保几十年来外观保持在新涂装的效果下。

该薄膜的能够保持如此的耐久性，主要是依靠PVF树脂。这种氟化聚合物，其化学机构中存在一个重复的氟单元。这种单一的氟-碳键结构加强了整个聚合物的化学键，使其非常稳定，并能抵抗各种化学腐蚀和外力破坏。PVF树脂树脂不吸收紫外线，与酸、碱都不反应，在室温下不溶于任何已知溶剂。 所以，它是一种耐用的薄膜基材，可以将颜料保持在稳定的结构中，随着使用时间的推移，赋予涂层持久的颜色和外观。 它也具有天然的柔韧性，能够承受各种热成型和冷成型操作以及其他机械应力，而不会开裂或断裂，从而露出下面的基板。

图1>>化工厂内部屋顶的PVF薄膜（图中右侧）使用七年，PVDF涂层（图中左侧）使用不到两年

图1>>PVF层压持续40年，与所有弯曲区域（图像中部）20年腐蚀后的非PVF相比，没有外观变化（图像底部）

由PVF树脂制成的涂料，同样可以带来上述薄膜材料同样的性能特点，同时涂料还可以根据建筑设计的要求进行定制开发，较层压膜应用更加便捷和高效。PVF树脂作为涂料的成膜基料，与颜料和其他功能助剂混合，能够实现多种颜色、光泽美学以及各种定制功能，如金属外观或表面纹理。 PVF涂层特别适用于卷材或挤压涂层，因为金属表面适合于将在高温下，将PVF树脂完全聚合固化成致密、耐用的涂层。

PVF树脂的独特之处在于，它们同时提供了优异的耐化学性、柔韧性、耐水解性和紫外线稳定性，这是任何现有卷材涂料树脂（例如，PVDF、SMP、FEVE、PE或PU）都无法实现的。 氟化主链( 图2 )提供了与优质PVDF涂层类似的耐候性和紫外线稳定性，但介电性能和结晶度性质的差异意味着它比任何其他涂料树脂都更耐酸、碱和溶剂，并且纯聚合物可以很容易地伸长，使其更具弹性，不会开裂或断裂。

耐化学性测试可用于证明聚PVF涂料的极端耐久性及其对基底的卓越保护能力。 将PVF涂料的面板浸入强酸、强碱、氧化剂和消毒剂中，可加速实际恶劣环境中的降解，如酸雨、化工厂或医院内部。 寿命数据( 表1 )表明，与现有的优质聚偏氟乙烯（PVDF）涂层面板相比，PVF涂层面板具有更大的耐化学品性( 图3 )。

表1、 PVF和PVDF涂层在各种苛刻化学品中的使用寿命

半结晶分子结构的简单性质使得PVF涂层即使在100%的高固情况下也具有灵活性。 PVF的可成型性能，使得它不需要任何添加剂或增塑剂。 PVF涂层可以在涂敷后弯曲，即使弯曲到非常粗糙的“0T”曲率半径，也不会损坏或开裂涂层( 图4 ).  这对于使涂层仍能保持其阻隔性能以及成型面板的极端化学和环境耐受性非常重要。 然而，聚偏氟乙烯（PVDF）通常必须与丙烯酸或其他添加剂混合以实现所需的柔韧性，稀释后的氟聚合物树脂通常会以降低其环境性能为代价。

图4>> 金属在T形弯曲试验0T下弯曲（左），0T下PVF涂层的高倍成像没有显示裂纹（中），0T下PVDF涂层显示裂纹（右）

涂料技术还需要符合有关于氟化学产品的市场监管政策。目前许多国家和国际机构已经并正在继续对每种和多氟烷基物质（PFAS）制定立法。  PVF仅包含一个氟分子，附着在聚合物的碳主链上，不包含任何完全氟化的甲基或亚甲基碳原子。因此，PVF不符合美国几个州、OECD、欧洲化学署（ECHA）和EPA发布的PFAS的化学结构定义，故不在以上法规的禁令范围之内。

此外，PVF制造过程中未使用PFAS。 事实上，ECHA在PFAS限制提案和密歇根大学格雷厄姆可持续发展研究所中明确指出，PVF是其他PFAS聚合物的可行替代品，可用于各种行业，包括涂料和其他市场。

虽然耐化学性和柔韧性是PVF涂层的主要优点，但在耐候性和抗紫外线也一样出色。 就像PVDF和其他含氟聚合物树脂一样，氟-碳键的高电负性稳定了聚合物链，使其能够承受阳光赋予它的光子能量。 虽然PVF对太阳光谱中的紫外线是透明的，但可以在PVF涂层中加入颜料和添加剂，以安全地反射或吸收和耗散紫外线能量，并保护底层材料免受紫外线损伤。

由PVF制成的涂层的配方和应用方式与PVDF涂层类似。 PVF树脂是涂料配方中的关键成分，约占涂料配方质量份额的25%。 

各种颜料通常占配方中质量份额的15%。 颜料和助剂的正确选择，将保证PVF涂层添加颜色和视觉特征，因此其对涂层的耐久性至关重要，其中包括对基材的粘附力以及颜色和光泽的保持力。

有机颜料使PVF涂层的颜色比无机颜料更鲜艳，但在紫外线照射下，它们可能不如无机颜料稳定。 无机颜料通常具有最高的稳定性， 溶剂在配方质量份额的55%左右。无机颜料还具备填料的功能，用作将涂层固体运输到基材的载体，使其能够在基材上形成薄、均匀、水平的湿膜。 

溶剂的选择对PVF涂层至关重要，因为PVF树脂在室温下不溶于任何已知的溶剂，并且只能在某些溶剂中聚结形成均匀的涂层。 碳酸丙烯酯（:Propylene carbonate）是PVF涂层最常用的溶剂。其次， 少量助剂用于均匀分散、调节流平性能，并增强涂层的附着力、颜色、光泽和其他性能。

PVF涂层可通过卷材涂装或喷涂应用于金属表面。 在卷材涂料中，使用辊涂工艺将液体分散液涂敷在卷材的金属平板上，并在大约250°C（480°F）的峰值金属温度下干燥固化。 在喷涂中，液体分散体被喷涂在三维零件上，并在相同的金属温度下固化。 在这两种方法中，涂层过程通常包括金属表面的清洁和化学预处理，施加底漆以赋予附着力和额外的耐腐蚀性，最后施加PVF面漆。

成品PVF涂层目前正在世界各地的许多不同项目和应用中使用。 一些例子包括在上海临港非常著名的世界顶尖科学家论坛会址，世界各地获得诺贝尔和平奖或沃尔夫奖的科学家被邀请参加在这座大楼举行的年度会议。该建筑在檐口和入口的铝板上使用了Tedlar®PVF涂层。 选择PVF涂层是因为场地靠近 大海，建筑外需要确保能够抵御海水盐雾腐蚀。 PVF涂层的防尘和抗紫外线性能也意味着该建筑在阳光下几十年不会褪色，在其使用寿命内看起来干净崭新。

另一个引人注目的PVF涂层项目是上海体育场的翻新。 这是中国第三大体育场，在2008年夏季奥运会期间举办了许多重大活动，包括足球和橄榄球。 该体育场最初建于1997年，但在2021年主办国际足联世界杯之前进行了改造。 由于其耐用性和清洁性，选用Tedlar®PVF涂层来保护新型铝制壁板和覆层。 铝蜂窝板具有很高的抗紫外线损伤能力，涂料的去污性能确保了在未来几年内保持干净、鲜艳。

第三个重要的项目是，是位于广东省中山市的大型写字楼，该建筑的铝制幕墙采用了PVF涂料保护 这种结构不仅能承受室外环境和褪色，还能很容易地清除涂鸦，迅速清除污垢、烟雾积聚或其他破坏性影响。

PVF涂料已用于商业和公共空间，也用于腐蚀性工业设施。 这些涂层通常具有长达50年的长期保修期。 这种涂层技术在PVF薄膜的悠久历史中进行了尝试和测试，为用户提供了同样可靠的PVF性能，以及颜色和应用灵活性。 PVF涂料的广泛莹莹，为卷材涂料行业提供真正创新的解决方案。