第一章氟碳漆综述
一、氟化学的发展历史
氟化物的发展起始于 18 世纪。1771 年，Scheel 率先制得了氟化氢。1886 年，Moissan 提取出了氟元素。与此同时，美国出于军事目的，在 20 世纪 30 年代首次研制出了有机氟树脂并且使其得以发展。
氟原子和氟离子具有异常特性，这引起了科学家的广泛兴趣并促使他们进行深入研究。1900 年，swarts 在锑催化剂的作用下进行了氟化反应。1948 年，simons 进行了电解氟化反应，这两者对有机氟化物的合成做出了很大贡献。1930 年，midzley 和 Heeme 研究了氟里昂冷冻剂——氟氯烷烃的生产和应用。
1946 年杜邦公司将聚四氟乙烯商业化，即 Teflon。
此后，氟树脂在涂料方面的研究和应用获得了认可。1982 年，日本的旭硝子公司进行了研发。该研发以三氟氯乙烯为主要单体，借助其他具有功能性的单体，比如含有乙烯醚、-OH、-COOH 等官能团的单体，制成了四元共聚物。这使得氟树脂及涂料从热塑性迈入了热固性（反应交联型）的时代，也让室温固化氟树脂涂料得以在多种领域广泛应用。其中建筑方面的应用居首位。
同时它的耐溶剂性比较差。
1982 年之后，Ausimont.SPA 公司成功研究出端羟基全氟聚醚树脂，此树脂能够配制常温固化的自清洁型涂料。在 20 世纪 90 年代，美国海军研究室的 Robert.FB 研究出了聚四氟乙烯—含氟多元醇涂料，该涂料可以在常温下固化，并且满足了高温场所的使用要求。
近年来，水性氟树脂涂料开始在防粘和耐腐蚀方面得到应用。目前，水性氟树脂涂料包含丙烯酸全氟烷基乙烯酯共聚物、甲基丙烯酸全氟乙烯酯共聚物、全氟丙烯酸共聚物等。
目前，国际上形成三种不同用途的氟树脂与氟树脂涂料行业：
美国阿托—菲纳公司生产的外墙耐候性氟树脂涂料，以 PVDF 树脂为主要成分。这种涂料具有超强耐候性，其具体表现为寿命长，不会褪色钢结构氟碳漆厂家，没有污染，并且耐老化。
美国杜邦公司为代表的特氟隆不粘涂料，主要是用于不粘锅这一方面，同时也用于餐具方面以及模具方面。
日本旭硝子公司为代表的 FEVE 室外常温固化氟树脂涂料，其主要应用领域为建筑外墙和钢结构等。这种涂料具有施工较为简便的特点，同时在防护效果方面表现良好，并且防护寿命较长。
我国有一些生产氟树脂的厂家，其中主要的有：大连振邦；常熟中昊；常州康泰；青岛宏丰；上海新材料研究所；上海衡峰等。
二、氟化学及其特点
氟原子在地壳中的含量约为 0.015%。在陆地上，氟原子大多以难溶的化合物形式存在。例如有萤石（CaF2）、冰晶石（Na3AlF6）和氟磷灰石（Ca5F（PO4）3）等。
高价重金属的氟化物由于具有强的共价性呈气态，易挥发。
氟的基本化学特性：
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氟原子半径与 C-H 键的键长类似，也与 C-F 键的键长类似。氟原子和含氟基团具有类似的生物活性。所以，氟原子和含氟基团能使含有机化合物在细胞膜上的脂溶性增加，进而提高它们的吸附和传递。
氟原子的电负性最强，它很容易获得一个电子，从而形成稳定的结构。正因如此，在氟化合物中，氟通常显示负一价。
氟分子的分解热比较小。C-F 键的键能格外高，达到 485.6KJ/mol。这增加了有机氟化物的热稳定性。
氟化合物中，氟原子通常具有屏蔽作用。氟原子极易形成氢键，氟原子也极易形成键桥，这是氟化合物的重要结构特征。
（6）氟原子只有一个同位素，而且没有放射性同位素。
氟元素在元素周期表中属于最活泼的非金属元素，并且具有最强的氧化性。氟原子具备特殊的性质，氟化学不但能够为尖端科学技术提供数量众多且无与伦比的无机材料，还能提供有机材料。
氟原子被引入分子后，分子的化学性能会有明显的量变，甚至发生质的变化。因为自然界中几乎不存在有机氟化物，所以有机化学是一门真正通过人工合成的化学。这也是氟化学及氟树脂理论研究和应用迅速发展的根本原因。表 1 - 1 列出了氟元素的性质以及基于这些性质的用途。
表1-1氟元素性质和基于该性质的用途
项目
参数
数值
用途
键能KJ/mol
C-H
410
热稳定性，用于合成聚合物；
用于药物制备
C-C
368
C-F
485
Si-O
422
C-Si
318
电负性
2.1
氟作为离去基团会引发替换反应，这种反应可用于合成高性能高聚物，也可用于制作纤维活性染料。
CL
3.0
4.0
范德华半径/pm
120
生物活性分子中的氢在没有显著干扰时可以被取代，并且可用于药物制备。
CL
180
135
亲油性（疏水参数）
HOCF3
1.07
CF3O
1.21
CF3S
1.58
自旋量子数
1/2（100%自然丰度）
氟光谱学，用于结构测定
电子排布
1s2s22p5
不成对电子使得分子间吸引力降低用作表面活性剂
从表1-1中的数据看出含氟聚合物有以下的特点：
C-F 键具有高键能，这是氟树脂能用作高耐候性涂料的基础。C-F 键能为 485KJ/mol，Si-O 键能为 422 KJ/mol，C-Si 键能为 318 KJ/mol。阳光中的紫外光波长处于 220~400nm 之间，220nm 波长的光子能量为 544 KJ/mol，只有波长小于 220nm 的光子才能够使氟聚合物的 C-F 键遭到破坏。阳光中，小于 220nm 的光子所占比例较小。阳光对氟聚合物几乎没有影响，这显示出氟聚合物具有高耐候性。正因如此，才发展出了许多具有高耐候性能的氟聚合物涂料。
氟聚合物具有极高的化学稳定性。氟原子的电负性最高钢结构氟碳漆厂家，原子半径较小。C-F 键能很大。碳链上的氟原子排斥力大，使其形成螺旋状结构且被氟原子包围，产生屏蔽效应。这些因素共同决定了氟聚合物极高的化学稳定性。
（3）有机氟化物的最大用途是在医药领域。
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