氟硅材料-精选教育课件.ppt
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1、1氟硅材料的合成与应用2第一节第一节 氟树脂氟树脂第二节第二节 硅树脂硅树脂第三节第三节 氟硅聚合物的合成氟硅聚合物的合成第四节第四节 结结 语语3 第一节第一节 氟树脂氟树脂(一)概(一)概 述述 氟树脂氟树脂又称又称氟碳树脂氟碳树脂,是指主链或侧链的碳链上含有,是指主链或侧链的碳链上含有氟原子的合成高分子化合物。氟树脂可以加工成塑料制品氟原子的合成高分子化合物。氟树脂可以加工成塑料制品(通用塑料和工程塑料),增强塑料(玻璃钢等)和涂料(通用塑料和工程塑料),增强塑料(玻璃钢等)和涂料等产品。以氟树脂为基础制成的涂料称为简称氟碳涂料。等产品。以氟树脂为基础制成的涂料称为简称氟碳涂料。由于氟元
2、素的引入,使含氟聚合物化学性质极其稳定,由于氟元素的引入,使含氟聚合物化学性质极其稳定,氟树脂涂料则表现出优异的热稳定性、耐化学品性以及超氟树脂涂料则表现出优异的热稳定性、耐化学品性以及超耐候性,是迄今发现的耐候性最好的户外涂料,耐用年数耐候性,是迄今发现的耐候性最好的户外涂料,耐用年数在在20年以上(一般的高装饰性、高耐候性的丙烯酸聚氨醋年以上(一般的高装饰性、高耐候性的丙烯酸聚氨醋涂料、丙烯酸有机硅涂料,耐用年数一般为涂料、丙烯酸有机硅涂料,耐用年数一般为510年,有机年,有机氟硅聚酯涂料最高也只有氟硅聚酯涂料最高也只有1015年)。年)。4(二)氟树脂的发展(二)氟树脂的发展n国际上,从
3、氟塑料基础上发展起来的涂料品种主要国际上,从氟塑料基础上发展起来的涂料品种主要有有三种三种:n 第一种是以美国杜邦公司为代表的第一种是以美国杜邦公司为代表的热熔型氟涂料热熔型氟涂料特氟龙系列不粘涂料特氟龙系列不粘涂料,主要用于不粘锅、不粘餐具及,主要用于不粘锅、不粘餐具及不粘模具等方面;不粘模具等方面;n 第二种是是以美国阿托第二种是是以美国阿托-菲纳公司生产的菲纳公司生产的聚偏氟乙聚偏氟乙烯树脂(烯树脂(PVDF)为主要成分的建筑氟涂料)为主要成分的建筑氟涂料,具有超,具有超强耐候性,主要用于铝幕墙板;强耐候性,主要用于铝幕墙板;n 第三种是第三种是1982年日本旭硝子公司推出的年日本旭硝子
4、公司推出的热固性氟热固性氟碳树脂碳树脂FEVE,FEVE由三氟氯乙烯(由三氟氯乙烯(CTFE)和烷烯)和烷烯基醚共聚制得,其涂料可常温和中温固化,可在建筑基醚共聚制得,其涂料可常温和中温固化,可在建筑及野外露天大型物件上现场施工。及野外露天大型物件上现场施工。2019年以后,杜邦年以后,杜邦公司开发了氟弹性体(氟橡胶),以后又发展了液态公司开发了氟弹性体(氟橡胶),以后又发展了液态(包括水性)氟碳弹性体,产生了溶剂型和水性氟弹(包括水性)氟碳弹性体,产生了溶剂型和水性氟弹性体涂料。性体涂料。5(三)氟材料在我国的发展(三)氟材料在我国的发展 我国氟树脂涂料是在借鉴国外先进技术的基础上发我国氟树
5、脂涂料是在借鉴国外先进技术的基础上发展起来的,自展起来的,自20世纪世纪90年代初期引进日本旭硝子涂料年代初期引进日本旭硝子涂料树脂株式会社生产的常温固化氟碳树脂涂料,开始用于树脂株式会社生产的常温固化氟碳树脂涂料,开始用于上海高速公路、桥梁工程。上海高速公路、桥梁工程。1990年代后期开始在国内年代后期开始在国内建厂生产。目前年生产能力估计达到建厂生产。目前年生产能力估计达到1.2万吨左右,已万吨左右,已大量应用于防腐、高速公路、铁路桥梁、交通车辆、船大量应用于防腐、高速公路、铁路桥梁、交通车辆、船舶及海洋工程设施等领域。舶及海洋工程设施等领域。6 (四)合成(四)合成氟树脂的单体氟树脂的单
6、体和聚合物和聚合物 合成氟树脂的单体合成氟树脂的单体主要有四氟乙烯、三氟氯乙烯、氟主要有四氟乙烯、三氟氯乙烯、氟乙烯、六氟丙烯乙烯、六氟丙烯等。等。氟树脂主要包括氟树脂主要包括聚四氟乙烯(聚四氟乙烯(PTFE)、聚氟乙烯)、聚氟乙烯(PVF)、乙烯乙烯-三氟氯乙烯共聚物三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)等,其中以四等,其中以四氟乙烯均聚物及共聚物最为常见。氟乙烯均聚物及共聚物最为常见。下面下面以聚以聚四氟乙烯四氟乙烯为例为例 1、单体的制备、单体的制备 四氟乙烯(四氟乙烯(TFE)是一种无色无味的气体,沸点)是一种无色无味的气体,沸点、熔熔点点都很低都很低。在室温下处理四氟乙烯很不安全,四氟乙烯的
7、。在室温下处理四氟乙烯很不安全,四氟乙烯的主要生产方法是以氟石(萤石)原料,使之与硫酸作用生主要生产方法是以氟石(萤石)原料,使之与硫酸作用生成氟化氢,成氟化氢,氟化氢与三氯甲烷作用生成二氟一氯甲烷氟化氢与三氯甲烷作用生成二氟一氯甲烷,高高温下二氟一氯甲烷裂解生成四氟乙烯,再经脱酸干燥提纯温下二氟一氯甲烷裂解生成四氟乙烯,再经脱酸干燥提纯即得四氟乙烯。即得四氟乙烯。7 2、聚合物的合成、聚合物的合成 聚四氟乙烯(聚四氟乙烯(PTFE)由四氟乙烯单体()由四氟乙烯单体(TFE)聚合而)聚合而成,聚合机理属自由基聚合。成,聚合机理属自由基聚合。聚合过程一般在水介质中进聚合过程一般在水介质中进行,既
8、可在行,既可在30以下的低温下用氧化还原体系引发,也可以下的低温下用氧化还原体系引发,也可在较高温度下用过硫酸盐来引发。在较高温度下用过硫酸盐来引发。聚合过程为:首先过硫酸钾加热分解成自由基:而后聚合过程为:首先过硫酸钾加热分解成自由基:而后四氟乙烯溶解在水相中,与四氟乙烯反应生成新的自由基;四氟乙烯溶解在水相中,与四氟乙烯反应生成新的自由基;经过链增长,自由基水解成羟端基和羧端基自由基,最后经过链增长,自由基水解成羟端基和羧端基自由基,最后链增长终止,最终生成端羧基聚合物。链增长终止,最终生成端羧基聚合物。8 (五)氟树脂的分类与应用(五)氟树脂的分类与应用 经过近经过近30年的发展年的发展
9、,氟树脂涂料已形成一系列以氟树脂涂料已形成一系列以聚四聚四氟乙烯氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚全氟乙丙、聚全氟乙丙等氟树等氟树脂为基料的多种牌号和用途的氟碳涂料。脂为基料的多种牌号和用途的氟碳涂料。按形态的不同可分为按形态的不同可分为:水分散型、溶剂分散型、溶液水分散型、溶剂分散型、溶液蒸发型、可交联固化溶液型、粉末涂料。蒸发型、可交联固化溶液型、粉末涂料。按固化温度的不同可分为按固化温度的不同可分为:高温固化型:高温固化型(180以上以上)、中温固化型、常温固化型。中温固化型、常温固化型。按组成涂料树脂的不同可分为按组成涂料树脂的不同可分为:聚四氟乙烯(:聚四氟乙
10、烯(PTFE)涂料、聚三氟氯乙烯涂料、聚三氟氯乙烯(PCTFE)涂料、聚氟乙烯涂料、聚氟乙烯(PVF)涂料、涂料、聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯(PVDF)涂料、聚全氟丙烯涂料、聚全氟丙烯(FEP)涂料等。涂料等。9目前的应用目前的应用 聚四氟乙烯分散液聚四氟乙烯分散液通过喷涂、浸渍等方式可以在金属、通过喷涂、浸渍等方式可以在金属、塑料等材料表面上形成涂层,使这些材料表面具有防粘、塑料等材料表面上形成涂层,使这些材料表面具有防粘、低摩擦系数和防水的优异性能,以及良好的电性能和耐热低摩擦系数和防水的优异性能,以及良好的电性能和耐热性能,大大拓宽了这些材料的应用领域,提高了材料的使性能,大大拓宽了这些材料的
11、应用领域,提高了材料的使用效率。用效率。聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯的耐腐蚀性比聚氟乙烯好,但不如聚四氟的耐腐蚀性比聚氟乙烯好,但不如聚四氟乙烯。聚偏氟乙烯涂料可作为一种耐候性涂料使用,涂层乙烯。聚偏氟乙烯涂料可作为一种耐候性涂料使用,涂层具有很长的使用寿命,是一种超耐候性涂料,广泛应用于具有很长的使用寿命,是一种超耐候性涂料,广泛应用于建筑铝板和再成型(二次成型)钢板(也称金属卷材)。建筑铝板和再成型(二次成型)钢板(也称金属卷材)。10 第二节第二节 硅树脂硅树脂 (一)概述一)概述 硅树脂硅树脂又称又称有机硅树脂有机硅树脂,是指具有高度交联网状结构,是指具有高度交联网状结构的聚有机硅氧烷,是以的
12、聚有机硅氧烷,是以SiO键为分子主链,并具有高支键为分子主链,并具有高支链度的有机硅聚合物。链度的有机硅聚合物。有机硅树脂以有机硅树脂以SiO键为主链,其耐热性好。这是由键为主链,其耐热性好。这是由于于:在有机硅树脂中在有机硅树脂中SiO键的键能比普通有机高聚物键的键能比普通有机高聚物中的中的CC键键能大,热稳定性好;键键能大,热稳定性好;普通有机高聚物的普通有机高聚物的CC键受热氧化易断裂为低分键受热氧化易断裂为低分子物,而有机硅树脂中硅原子上所连烃基受热氧化后,生子物,而有机硅树脂中硅原子上所连烃基受热氧化后,生成的是高度交联的更加稳定的成的是高度交联的更加稳定的SiOSi键,能防止其主键
13、,能防止其主链的断裂降解链的断裂降解;11 在受热氧化时,有机硅树脂表面生成了富于在受热氧化时,有机硅树脂表面生成了富于SiOSi键的稳定保护层,减轻了对高聚物内部的影响。键的稳定保护层,减轻了对高聚物内部的影响。有机硅产品含有有机硅产品含有SiO键,是介于有机和无机聚合物键,是介于有机和无机聚合物之间的聚合物。由于这种双重性,使有机硅聚合物除具之间的聚合物。由于这种双重性,使有机硅聚合物除具有一般无机物的耐热性、耐燃性及坚硬性等特性外,又有一般无机物的耐热性、耐燃性及坚硬性等特性外,又有绝缘性、热塑性和可溶性等有机聚合物的特性,因此有绝缘性、热塑性和可溶性等有机聚合物的特性,因此被人们称为半
14、无机聚合物。被人们称为半无机聚合物。12(二)硅树脂的发展(二)硅树脂的发展 18世纪下叶,当化学家们正竞相研究有机化合物时,世纪下叶,当化学家们正竞相研究有机化合物时,已注意到了硅和硅碳化合物,并进行了广泛、深入的研已注意到了硅和硅碳化合物,并进行了广泛、深入的研究。鉴于当时航天工业对新型耐热合成材料的需要,美究。鉴于当时航天工业对新型耐热合成材料的需要,美国道康宁公司、通用电气公司和前苏联等的化学家联想国道康宁公司、通用电气公司和前苏联等的化学家联想到天然硅酸盐中硅氧键结构的优异耐热性,并考虑到引到天然硅酸盐中硅氧键结构的优异耐热性,并考虑到引入有机基团的优越性,于是在前任的基础上继续进行
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