表面處理工藝對聚氯乙烯建筑膜材性能的影響

劉永恒

（浙江歌瑞新材料有限公司，浙江 衢州 324004）

早期的建筑膜材主要以聚氯乙烯（PVC）為表面涂層、聚酯纖維為基布，但PVC 膜材在耐老化性、自潔性、阻燃性等方面都不理想。為了改進PVC 建筑膜材的性能，需對其進行面層處理，其中涂覆或覆膜一層更好的材料進行保護是目前比較常見的方法[1]。而聚偏氟乙烯（PVDF）則是最常用的材料。PVDF是一種性能優良的聚合物，是一種理想的膜材料，具有優異的耐紫外和耐腐蝕性能，廣泛應用于光伏電池封裝材料、鋰電池隔膜材料、化工防腐蝕等領域[2]；同時具有優異的耐氣候老化性能，能在室外使用25 年以上仍不粉化[3]。在PVC 建筑膜材上涂覆PVDF 涂料方式進行保護也較常見，但是為了潤濕無機顏料、增強附著力等方面考慮，傳統PVDF氟碳涂料往往添加質量分數30%的丙烯酸樹脂[4]。但這樣會影響涂層氟含量，對于內層PVC的保護欠佳。而采用PVDF膜復合的方式則厚度均勻、一體成型，無氣孔，氟的質量分數達到59%，對內層PVC的保護效果很好。

本研究采用不同處理工藝進行PVC 建筑膜材的表面處理，分析對PVC 建筑膜材保護效果，以期為后續研究提供參考。

1 實驗部分

1.1 原料與設備

PVC 建筑膜材；PVDF 膜，25 μm 流延膜，浙江歌瑞新材料有限公司；PVDF乳膠，特氟龍涂料421G；聚氨酯膠，主劑PA-3018，固化劑PA-9001；溶劑，乙酸乙酯。

DJTB 全自動涂布機，STB1300 復合涂布機（組），DHG 9140A電熱鼓風烘箱，CMT6203電子萬能試驗機，GRO-SUV0606T紫外加速老化試驗箱。

1.3 實驗方法

1）用刮涂機組將PVDF 涂料均勻涂于PVC 建筑膜材，厚度達25 μm 后放置于60 ℃烘箱內24 h熟化成型，備用。

2）將聚氨酯膠涂布于PVC建筑膜材上，再將涂好膠的PVC 建筑膜材與PVDF 膜送入復合機組復合后，放置于60 ℃度烘箱熟化60 h后，備用。

1.3 性能測試

1）根據GB/T 3923.1-2013 用電子萬能試驗機對樣品進行斷裂強力、斷裂伸長率測試[5]。

2）通過紫外光-可見光-近紅外分光光度計測試不同樣品的光澤度。

3）通過記號筆污染膜面后用酒精擦拭后看外觀影響，測試易清潔性。

4）根據EN 423用質量分數98%濃硫酸處理不同樣品24 h后觀察膜面變化，測試耐化學腐蝕性[6]。

5）通過紫外光（UV）老化試驗機老化處理不同樣品輻照量60 kW·h后，用光澤度儀測試各自的黃變指數。

2 結果與討論

2.1 力學性能

對PVC 膜材采用不同方法處理后，測試其拉伸斷裂強力（P）和斷裂伸長率（E），結果見表1。

表1 面層處理對力學性能的影響Tab.1 Effect of surface treatment on mechanical properties

從表1 可以看出，表面涂覆25 μm 厚PVDF 乳液和復合25 μm厚PVDF膜對PVC建筑膜材的力學性基本沒有影響。建筑膜材的基層材料較厚，厚度為0.9 mm，其拉伸斷裂強力一般在800 N/cm；而一般25 μm 厚度PVDF 膜的拉伸斷裂強力只有6 N/cm，可以忽略。同時，面層處理并未經過高溫處理，也不會對基層材料造成破壞，故力學性能主要取決于基層材料的聚酯纖維與PVC 層，經涂覆或復合表面處理后的PVC 建筑膜材力學性能基本保持不變。

2.2 光澤度

光澤度測試結果見表2。

表2 面層處理對光澤度的影響Tab.2 Effect of surface treatment on glossiness

從表2可以看出，PVC建筑膜材復合PVDF膜和用PVDF涂覆處理后光澤度相當，但相對于未經任何處理的PVC 建筑膜材光澤度顯著提升。原因是流延成型的膜所用PVDF分子量較小，且分子量分布指數較低，高溫成膜或涂覆熟化時容易流平，分子鏈易于均勻排列，宏觀表現為較高光澤度，故經過覆膜處理的膜材光澤度顯著提升[7]。

2.3 易清潔性

易清潔性測試結果見表3。

表3 面層處理對于易清潔性的影響Tab.3 Effect of surface treatment on easy cleaning

從表3可以看出，未經任何處理的PVC建筑膜材表面經碳素等涂畫后較難擦拭；表面涂覆PVDF乳液后表面經碳素等涂畫后，雖然可以擦拭，但也有一定影響；而復合PVDF膜后表面經碳素等涂畫后，很容易就擦干凈。原因是PVDF膜生產體系中有親水性的基團引入體系，成膜后使膜表面親水性增加，易與水形成氫鍵；而碳素筆為疏水性物質，粘附需要能量破壞這種作用，因而不易進行。故使膜材具有良好的抗污染性。

2.4 耐腐蝕性

耐腐蝕性結果見表4。

表4 面層處理對于耐腐蝕性的影響Tab.4 Effect of surface treatment on corrosion resistance

從表4可以看出，經PVDF膜復合處理的PVC建筑膜材經過98%濃硫酸點滴法處理24 小時后，無影響，而經PVDF涂覆處理和未進行表面處理的的PVC 膜材則被腐蝕發黃，這是因為PVDF 具有良好的耐化學腐蝕性能，故PVDF膜能夠抵抗大多數無機酸、堿等的腐蝕，而PVDF涂覆處理的樣品被腐蝕，是因為為了保證涂層附著力，PVDF涂料添加了丙烯酸酯類樹脂成分，故涂層氟含量不夠高，無法抵抗濃硫酸的腐蝕。

2.5 耐光老化性能

耐光老化性見表5。

表5 面層處理對于耐光老化性能的影響Tab.5 Effect of surface treatment on light aging resistance

從表5 可以看出，經60 kW·h 紫外光老化后，復合PVDF 膜處理的樣品基本無變化，PVDF 涂覆處理的樣品輕微變黃，無處理的樣品嚴重黃變。原因是PVDF膜中C-F鍵的鍵能很高，打斷C-F鍵需要很高的能量，故而PVDF的耐候性、阻隔性都遠優于其他氟材料。用波長200～400 nm的紫外光照射1年，其性能基本不變，而PVDF涂料中氟含量較PVDF膜中氟含量偏少，故耐紫外性能稍差。

3 結 論

綜上所述，表面復合PVDF 膜的PVC 建筑膜材力學性能雖然基本保持不變，但表面光澤度由9.6 提高37.5，耐紫外光老化60 kW·h 黃變由37.1減小到0.21，易清潔性等級由3 級提高到1 級，同時用質量分數98%濃硫酸點滴法腐蝕24 h 無變化。所以，在PVC 建筑膜材表面復合PVDF 膜后的膜材性能優于在PVC 建筑膜材表面涂覆PVDF涂料后膜材的性能。