2024年5月27日发(作者：抄初蓝)
1、引言
我国经济持续快速的发展带动了涂料工业的进步和发展。近几年，氟树脂涂料技术慢慢成熟，市场需
求日益增多。氟树脂涂料以其优异的耐候性、耐腐蚀性及抗污染性等一系列优点，已被越来越多地应用于
建瓶、机械、设备、体育设施、大型钢结构等领域。2005年9月22日，备受关注的北京2008年奥运会主
体育场――国家体育场(简称“鸟巢”)钢结构防腐涂料招标最终尘埃落地，大连振邦公司 的氟碳配套防腐涂
料以确定优势一举中标。
事实上振邦在2004年就瞄准了“奥运”这个涂料大市场，主动着手做一些前期技术准备，例如：新氟树
脂的开发，国内外主要厂商氟树脂的对比试验，研制、开发耐腐蚀性更好的无机富锌底漆，选择高性能、
耐黄变的异氰酸酯交联剂等工作。本文着重就氟碳金属漆和罩面氟碳清漆的研制进行小结和探讨。
2、氟碳金属漆和罩面氟碳清漆的研制
2.1 “鸟巢”钢结构防腐对配套涂料主要性能的要求
“鸟巢”钢结构防腐涂料招标文件中对配套涂料的王要性能要求如下：
(1)防护年限：25a，长效防腐，抗紫外线、雨水、冰雹、风沙；
(2)抗红外线辐射：颜色为金属银灰色，对红外线反射实力强，太阳辐射吸取系数不大于0.45；
(3)抗紫外线辐射：紫外线人工加速老化试验6000h，保光率大于90%，、变色△E≤1.0；
(4)耐大气老化性：防静电、不吸尘，抗沾污性强，耐磨性不大于60mg/1000r；
(5)耐腐蚀：耐盐雾试验5000h，无明显变更；
(6)耐干、湿、温变腐蚀：NORSOK M-501(挪威标准)4200h，划痕腐蚀不大于1mm。
以上6项指标要求除了最终2项须要由富锌底漆和环氧云铁中涂漆来保障以外，其余4项指标都要靠
高性能的氟碳面漆来满足“鸟巢”工程的要求。
2.2 技术路途的确定
为保证“鸟巢”钢结构涂层具有25a的长效运用寿命，选择性能优异的防腐涂料、合理的涂料配套体系、
严格的涂装施工是确保钢结构运用寿命的关键因素。对于氟碳面漆而言，选择合适的成膜物质及确定恰当
的-NCO/-OH物质的量的比在配方设计中尤其重要。
2.2.1 氟树脂的筛选
目前，国内外生产的各种牌号的FEVE氟树脂品种很多，从几个主要厂商的代表性树脂品种中进行筛
选，通过QUV人工加速老化试验，筛选适用于氟碳金属漆和氟碳罩光清漆的氟树脂。6种国内外FEVE氟
树脂的基本特征见表1。用6种FEVE氟树脂分别配制成铝粉金属漆和罩光清漆进行QUV人工老化试验。
试验结果见图1(略)和图2(略)。
依据QUV 5500h的老化试验，各种树脂间已有明显差距。旭硝子树脂保光、保色性最好。大连振
邦的醚型氟树脂接近旭硝子产品。3个国产酯型氟树脂的保光、保色性较差。依据QUV老化试验结果选用大
连振邦的醚型氟树脂作为奥运“鸟巢”钢结构用氟碳漆的主体成膜物。
2.2.2 多异氰酸交联剂的筛选
在常规氟碳漆中，用HDI缩二脲(N75)作为交联剂。对于“鸟巢”这样的重大工程项目，要选择更好的
交联剂。拜耳公司举荐耐候性和机械强度比N75更好的Desmodur N3390 BA和Desmodur N3375 BA/SN。两
者都是HDI三聚体异氰脲酸酯，只是固体含量不同，考虑到施工和配料便利，N3375更合适。通过用N75和
N3375按相同-NCO/-OH物质的量的比配漆，做性能检测和QUV老化试验。2种交联剂的规格特征见表2；2种
交联剂的漆膜性能比较见表3；2种交联剂的漆膜QUV老化试验对比结果见图3(略)和图4(略)。
1 / 2
从表2可以看出，拜耳公司的N3375 BA/SN(HDI三聚体)具有明显的低黏度特点，有利于提高施工固体
含量和改善丰满度。从表3中可以看出N3375BA/SN比N 75的漆膜硬度、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性指标更
好。从图3和图4中可以看出，N3375BA/SN比N75在抗紫外线老化性、保光性、保色性方面更突出一些。最
终确定接受N3375BA/SN HDI三聚体作为“鸟巢”钢结构氟碳面漆用交联剂。
2.2.3 -NCO/-OH物质的量比的确定
确定恰当的-NCO/-OH物质的量比也是保障氟碳漆综合性能的重要因素之一。理论上-NCO/-OH物质的
量比应当为1/1，使活性基团完全反应。而事实上是不行能的，羟基是亲水性基团，应尽量使羟基反应完全，
因此，-NCO含量应稍过量一些；另外，涂膜在干燥过程中，和空气接触，空气中的水分也会和-NCO发生
反应，消耗一些-NCO。从这两方面考虑，应适当增大一点-NCO/OH的物质的量比。依据以往阅历，一
NCO/-OH物质的量比为1.05-1.10较好，如-NCO过量太多，多余的-NCO和潮气反应，生成较多的CO2，导
致漆膜气泡增多，影响涂层的防腐蚀性。对不同-NCO/-OH物质的量比的漆膜进行了硬度及耐10% NaOH溶
液的性能对比，结果见图5(略)、图6(略)。
依据试验数据及以往阅历，同时考虑到经济效益，进行了多组试验筛选对比，从而找出最佳的-NCO/-OH
物质的量比。最终确定-NCO/-OH物质的量比为1.08时最经济，而且各方面性能较为志向。
2.3 制漆配方筛选试验
依据氟树脂QUV老化试验及交联剂的对比筛选试验，优选出振邦的醚型FEVE氟树脂作为氟碳金属漆
及氟碳罩光清漆用树脂，拜耳公司的N3375BA/SN HDI三聚体作为交联剂，分别对制漆配方进行探讨试验。
通过选择不同粒径的非浮型强闪效应铝颜料浆、定向助剂、特效溶剂以及不同的哑粉对金属漆闪光效果和
罩光清漆光泽的影响等一系列排列组合对比试验，最终选择出最合理的氟碳金属漆和氟碳罩光清漆配方，
详见表4和表5。
3、氟碳涂料配套体系的特点及性能检测
大连振邦针对“鸟巢”钢结构防腐工程性能的要求，并依据ISO12944中对腐蚀环境的分类和耐久性25a
的要求，制订出科学合理的氟碳金属漆配套体系，见表6。
4、结果和探讨
通过以上氟树脂、HDI多异氰酸酯、-NCO/-OH物质的量比及制漆配方的筛选对比试验及性能检测，新
研制成功的氟碳金属漆和罩面氟碳清漆性能完全达到了“鸟巢”钢结构防腐设计要求。在研制过程中，对不同
类型的氟树脂以及HDI多异氰酸酯对氟碳涂料性能的影响有了更深刻地相识，归纳、总结如下。
4.1 FEVE氟树脂性能差异的探讨
目前国产FEVE氟树脂大都是以CTFE(三氟氯乙烯)和乙烯基酯为主的多元共聚物；而进口旭硝子的
FEVE氟树脂是CTFE和乙烯基醚为主的四元共聚物；大金的FEVE氟树脂是TFE(四氟乙烯)和乙烯基醚为
主的多元共聚物。FEVE氟树脂是一个共聚树脂，只有交替共聚性很好的乙烯基单体才能够和氟单体形成分
布匀整的交替共聚物，共聚物交替性好，氟单体才能爱惜非氟单体，使整体耐候性提高。由于乙烯基醚和
乙烯基酯对氟单体的竞聚率不同，前者比后者更简洁形成交替共聚物，这从QUV老化试验结果已得到证明。
进口树脂虽好，但价格高，难以推广。振邦新开发的醚型FEVE氟树脂和旭硝子Lumiflon LF-200型氟树脂
性能相近，而成本只是它的一半，在重大钢结构防腐工程上应用，完全能够接受。
4.2 关于HDI多异氰酸酯的比较
4.2.1 分子结构对涂料性能的影响
HDI缩二脲(N75)是应用最为广泛的脂肪族多异氰酸酯交联剂，它的分子结构和HDI三聚体(N3375)相
比(见图7略)可以看出，由于HDI三聚体分子结构中N原子上没有H，所以分子间不会产生氢键。而HDI
缩二脲分子结构中N原子上有1个H原子，较简洁在分子间形成氢键，相互吸引使黏度增高。另外，HDI
三聚体的-NCO摩尔质量(216)比HDI缩二脲的-NCO摩尔质量(255)低，也就是相对分子质量小，因此，HDI
三聚体较HDI缩二脲黏度低很多，使涂料施工固体含量较高，一次成膜性好，光泽、丰满度更好。而且降
低了涂料中的VOC含量，有利于环境爱惜。
4.2.2 HDI三聚体和HDI缩二脲漆膜硬度的比较
从图7可以看出，N3375呈菱形环状结构，刚性好；而N75是枝链形结构，柔韧较好。对二者进行漆膜
机械性能检测，结果见表8。
从表8可以看出，接受N3375 BA/SN交联剂固化后的漆膜机械性能整体优于N75，主要体现在漆膜硬度及
干性指标，这主要是HDI三聚体分子结构中的异氰酸酯环呈现出相对刚性确定的。而且，漆膜硬度的增大
可进一步提高漆膜的抗擦伤性和耐沾污性。接受N3375 BA/SN交联剂固化后的漆膜的附着力、柔韧性、抗
冲击性都能达到标准要求。
2 / 2
4.2.3 HDI三聚体和HDI缩二脲耐腐蚀性的比较
固化后涂膜的氨酯键在碱性或酸性催化作用下会逐步水解，其酸催化的水解稳定性优于碱催化的水解
稳定性。以碱性介质水解为例，HDI三聚体和HDI缩三脲漆膜的氨酯键的水解反应历程见图8(略)。
从图8可以看出，HDI三聚体分子结构中，a处为仲胺，在碱的催化作用下，可以发生水解反应。而b
处为叔胺，由于空间位阻效应，使b处的N原子(或称为酰胺基)难以发生水解反应。和a处N原子连接的
烷基作为供电子基团，但由于b处酰胺基的吸电子诱导效应，使得电子云整体向酰胺基方向偏移，a处N原
子的电子云密度削减，所以a处N原子发生水解反应的速率会减慢。和之相反，HDI缩二脲分子结构中a’
和b’位置的N均为仲胺，虽然b’处也为酰胺基，但吸电子诱导效应明显降低，加上b’处空间位阻较小，所
以a’处和b’处均可发生水解反应，a’处较b’处相对简洁些。总之，从图8可以清晰看出，HDI三聚体发生水
解反应较HDI缩二脲慢些，且生成的相对分子质量小的产物较少。因此，HDI三聚体漆膜的耐碱性优于HDI
缩二脲。
4.2.4 HDI三聚体和HDI缩二脲漆膜耐光老化性的比较
已固化漆膜中的氨酯键经过光老化会发生下列反应(略)。
氨酯键受紫外线照射后会分解生成胺及其他小分子产物，致使高分子断链，导致漆膜失光、粉化。分
解物越多，则漆膜受紫外线照射后的保光性及保色性越差。HDI三聚体和HDI缩二脲漆膜光老化后发生分
解的位置，见图9(略)。
从图9可以看出，在N3375BA/SN中，a处为叔胺，N原子上没有H，并且被三聚的异氰酸酯环所稳定，
所以不会在a处裂解，只能在b处发生裂解。同样，N75分子结构中，a’处为叔胺，不会发生裂解，但在b’
和c’均可发生裂解反应。生成较HDI三聚体漆膜更多的小分子产物，从而导致HDI缩二脲固化的漆膜的耐
老化性较HDI三聚体差。
5 结语
随着国民经济的快速发展和钢结构工程的大量增多，市场对钢结构防腐涂料的需求量也将和日俱增，
振邦氟碳漆在“鸟巢”钢结构工程的成功应用，将极大地促进国产氟树脂及氟涂料的技术进步，提高产品性能，
赶超国际先进水平。
2024年5月27日发(作者：抄初蓝)
1、引言
我国经济持续快速的发展带动了涂料工业的进步和发展。近几年，氟树脂涂料技术慢慢成熟，市场需
求日益增多。氟树脂涂料以其优异的耐候性、耐腐蚀性及抗污染性等一系列优点，已被越来越多地应用于
建瓶、机械、设备、体育设施、大型钢结构等领域。2005年9月22日，备受关注的北京2008年奥运会主
体育场――国家体育场(简称“鸟巢”)钢结构防腐涂料招标最终尘埃落地，大连振邦公司 的氟碳配套防腐涂
料以确定优势一举中标。
事实上振邦在2004年就瞄准了“奥运”这个涂料大市场，主动着手做一些前期技术准备，例如：新氟树
脂的开发，国内外主要厂商氟树脂的对比试验，研制、开发耐腐蚀性更好的无机富锌底漆，选择高性能、
耐黄变的异氰酸酯交联剂等工作。本文着重就氟碳金属漆和罩面氟碳清漆的研制进行小结和探讨。
2、氟碳金属漆和罩面氟碳清漆的研制
2.1 “鸟巢”钢结构防腐对配套涂料主要性能的要求
“鸟巢”钢结构防腐涂料招标文件中对配套涂料的王要性能要求如下：
(1)防护年限：25a，长效防腐，抗紫外线、雨水、冰雹、风沙；
(2)抗红外线辐射：颜色为金属银灰色，对红外线反射实力强，太阳辐射吸取系数不大于0.45；
(3)抗紫外线辐射：紫外线人工加速老化试验6000h，保光率大于90%，、变色△E≤1.0；
(4)耐大气老化性：防静电、不吸尘，抗沾污性强，耐磨性不大于60mg/1000r；
(5)耐腐蚀：耐盐雾试验5000h，无明显变更；
(6)耐干、湿、温变腐蚀：NORSOK M-501(挪威标准)4200h，划痕腐蚀不大于1mm。
以上6项指标要求除了最终2项须要由富锌底漆和环氧云铁中涂漆来保障以外，其余4项指标都要靠
高性能的氟碳面漆来满足“鸟巢”工程的要求。
2.2 技术路途的确定
为保证“鸟巢”钢结构涂层具有25a的长效运用寿命，选择性能优异的防腐涂料、合理的涂料配套体系、
严格的涂装施工是确保钢结构运用寿命的关键因素。对于氟碳面漆而言，选择合适的成膜物质及确定恰当
的-NCO/-OH物质的量的比在配方设计中尤其重要。
2.2.1 氟树脂的筛选
目前，国内外生产的各种牌号的FEVE氟树脂品种很多，从几个主要厂商的代表性树脂品种中进行筛
选，通过QUV人工加速老化试验，筛选适用于氟碳金属漆和氟碳罩光清漆的氟树脂。6种国内外FEVE氟
树脂的基本特征见表1。用6种FEVE氟树脂分别配制成铝粉金属漆和罩光清漆进行QUV人工老化试验。
试验结果见图1(略)和图2(略)。
依据QUV 5500h的老化试验，各种树脂间已有明显差距。旭硝子树脂保光、保色性最好。大连振
邦的醚型氟树脂接近旭硝子产品。3个国产酯型氟树脂的保光、保色性较差。依据QUV老化试验结果选用大
连振邦的醚型氟树脂作为奥运“鸟巢”钢结构用氟碳漆的主体成膜物。
2.2.2 多异氰酸交联剂的筛选
在常规氟碳漆中，用HDI缩二脲(N75)作为交联剂。对于“鸟巢”这样的重大工程项目，要选择更好的
交联剂。拜耳公司举荐耐候性和机械强度比N75更好的Desmodur N3390 BA和Desmodur N3375 BA/SN。两
者都是HDI三聚体异氰脲酸酯，只是固体含量不同，考虑到施工和配料便利，N3375更合适。通过用N75和
N3375按相同-NCO/-OH物质的量的比配漆，做性能检测和QUV老化试验。2种交联剂的规格特征见表2；2种
交联剂的漆膜性能比较见表3；2种交联剂的漆膜QUV老化试验对比结果见图3(略)和图4(略)。
1 / 2
从表2可以看出，拜耳公司的N3375 BA/SN(HDI三聚体)具有明显的低黏度特点，有利于提高施工固体
含量和改善丰满度。从表3中可以看出N3375BA/SN比N 75的漆膜硬度、耐酸性、耐碱性、耐盐雾性指标更
好。从图3和图4中可以看出，N3375BA/SN比N75在抗紫外线老化性、保光性、保色性方面更突出一些。最
终确定接受N3375BA/SN HDI三聚体作为“鸟巢”钢结构氟碳面漆用交联剂。
2.2.3 -NCO/-OH物质的量比的确定
确定恰当的-NCO/-OH物质的量比也是保障氟碳漆综合性能的重要因素之一。理论上-NCO/-OH物质的
量比应当为1/1，使活性基团完全反应。而事实上是不行能的，羟基是亲水性基团，应尽量使羟基反应完全，
因此，-NCO含量应稍过量一些；另外，涂膜在干燥过程中，和空气接触，空气中的水分也会和-NCO发生
反应，消耗一些-NCO。从这两方面考虑，应适当增大一点-NCO/OH的物质的量比。依据以往阅历，一
NCO/-OH物质的量比为1.05-1.10较好，如-NCO过量太多，多余的-NCO和潮气反应，生成较多的CO2，导
致漆膜气泡增多，影响涂层的防腐蚀性。对不同-NCO/-OH物质的量比的漆膜进行了硬度及耐10% NaOH溶
液的性能对比，结果见图5(略)、图6(略)。
依据试验数据及以往阅历，同时考虑到经济效益，进行了多组试验筛选对比，从而找出最佳的-NCO/-OH
物质的量比。最终确定-NCO/-OH物质的量比为1.08时最经济，而且各方面性能较为志向。
2.3 制漆配方筛选试验
依据氟树脂QUV老化试验及交联剂的对比筛选试验，优选出振邦的醚型FEVE氟树脂作为氟碳金属漆
及氟碳罩光清漆用树脂，拜耳公司的N3375BA/SN HDI三聚体作为交联剂，分别对制漆配方进行探讨试验。
通过选择不同粒径的非浮型强闪效应铝颜料浆、定向助剂、特效溶剂以及不同的哑粉对金属漆闪光效果和
罩光清漆光泽的影响等一系列排列组合对比试验，最终选择出最合理的氟碳金属漆和氟碳罩光清漆配方，
详见表4和表5。
3、氟碳涂料配套体系的特点及性能检测
大连振邦针对“鸟巢”钢结构防腐工程性能的要求，并依据ISO12944中对腐蚀环境的分类和耐久性25a
的要求，制订出科学合理的氟碳金属漆配套体系，见表6。
4、结果和探讨
通过以上氟树脂、HDI多异氰酸酯、-NCO/-OH物质的量比及制漆配方的筛选对比试验及性能检测，新
研制成功的氟碳金属漆和罩面氟碳清漆性能完全达到了“鸟巢”钢结构防腐设计要求。在研制过程中，对不同
类型的氟树脂以及HDI多异氰酸酯对氟碳涂料性能的影响有了更深刻地相识，归纳、总结如下。
4.1 FEVE氟树脂性能差异的探讨
目前国产FEVE氟树脂大都是以CTFE(三氟氯乙烯)和乙烯基酯为主的多元共聚物；而进口旭硝子的
FEVE氟树脂是CTFE和乙烯基醚为主的四元共聚物；大金的FEVE氟树脂是TFE(四氟乙烯)和乙烯基醚为
主的多元共聚物。FEVE氟树脂是一个共聚树脂，只有交替共聚性很好的乙烯基单体才能够和氟单体形成分
布匀整的交替共聚物，共聚物交替性好，氟单体才能爱惜非氟单体，使整体耐候性提高。由于乙烯基醚和
乙烯基酯对氟单体的竞聚率不同，前者比后者更简洁形成交替共聚物，这从QUV老化试验结果已得到证明。
进口树脂虽好，但价格高，难以推广。振邦新开发的醚型FEVE氟树脂和旭硝子Lumiflon LF-200型氟树脂
性能相近，而成本只是它的一半，在重大钢结构防腐工程上应用，完全能够接受。
4.2 关于HDI多异氰酸酯的比较
4.2.1 分子结构对涂料性能的影响
HDI缩二脲(N75)是应用最为广泛的脂肪族多异氰酸酯交联剂，它的分子结构和HDI三聚体(N3375)相
比(见图7略)可以看出，由于HDI三聚体分子结构中N原子上没有H，所以分子间不会产生氢键。而HDI
缩二脲分子结构中N原子上有1个H原子，较简洁在分子间形成氢键，相互吸引使黏度增高。另外，HDI
三聚体的-NCO摩尔质量(216)比HDI缩二脲的-NCO摩尔质量(255)低，也就是相对分子质量小，因此，HDI
三聚体较HDI缩二脲黏度低很多，使涂料施工固体含量较高，一次成膜性好，光泽、丰满度更好。而且降
低了涂料中的VOC含量，有利于环境爱惜。
4.2.2 HDI三聚体和HDI缩二脲漆膜硬度的比较
从图7可以看出，N3375呈菱形环状结构，刚性好；而N75是枝链形结构，柔韧较好。对二者进行漆膜
机械性能检测，结果见表8。
从表8可以看出，接受N3375 BA/SN交联剂固化后的漆膜机械性能整体优于N75，主要体现在漆膜硬度及
干性指标，这主要是HDI三聚体分子结构中的异氰酸酯环呈现出相对刚性确定的。而且，漆膜硬度的增大
可进一步提高漆膜的抗擦伤性和耐沾污性。接受N3375 BA/SN交联剂固化后的漆膜的附着力、柔韧性、抗
冲击性都能达到标准要求。
2 / 2
4.2.3 HDI三聚体和HDI缩二脲耐腐蚀性的比较
固化后涂膜的氨酯键在碱性或酸性催化作用下会逐步水解，其酸催化的水解稳定性优于碱催化的水解
稳定性。以碱性介质水解为例，HDI三聚体和HDI缩三脲漆膜的氨酯键的水解反应历程见图8(略)。
从图8可以看出，HDI三聚体分子结构中，a处为仲胺，在碱的催化作用下，可以发生水解反应。而b
处为叔胺，由于空间位阻效应，使b处的N原子(或称为酰胺基)难以发生水解反应。和a处N原子连接的
烷基作为供电子基团，但由于b处酰胺基的吸电子诱导效应，使得电子云整体向酰胺基方向偏移，a处N原
子的电子云密度削减，所以a处N原子发生水解反应的速率会减慢。和之相反，HDI缩二脲分子结构中a’
和b’位置的N均为仲胺，虽然b’处也为酰胺基，但吸电子诱导效应明显降低，加上b’处空间位阻较小，所
以a’处和b’处均可发生水解反应，a’处较b’处相对简洁些。总之，从图8可以清晰看出，HDI三聚体发生水
解反应较HDI缩二脲慢些，且生成的相对分子质量小的产物较少。因此，HDI三聚体漆膜的耐碱性优于HDI
缩二脲。
4.2.4 HDI三聚体和HDI缩二脲漆膜耐光老化性的比较
已固化漆膜中的氨酯键经过光老化会发生下列反应(略)。
氨酯键受紫外线照射后会分解生成胺及其他小分子产物，致使高分子断链，导致漆膜失光、粉化。分
解物越多，则漆膜受紫外线照射后的保光性及保色性越差。HDI三聚体和HDI缩二脲漆膜光老化后发生分
解的位置，见图9(略)。
从图9可以看出，在N3375BA/SN中，a处为叔胺，N原子上没有H，并且被三聚的异氰酸酯环所稳定，
所以不会在a处裂解，只能在b处发生裂解。同样，N75分子结构中，a’处为叔胺，不会发生裂解，但在b’
和c’均可发生裂解反应。生成较HDI三聚体漆膜更多的小分子产物，从而导致HDI缩二脲固化的漆膜的耐
老化性较HDI三聚体差。
5 结语
随着国民经济的快速发展和钢结构工程的大量增多，市场对钢结构防腐涂料的需求量也将和日俱增，
振邦氟碳漆在“鸟巢”钢结构工程的成功应用，将极大地促进国产氟树脂及氟涂料的技术进步，提高产品性能，
赶超国际先进水平。