【中國(guó)涂料采購(gòu)網(wǎng)】環(huán)保型水性可剝離防護(hù)涂料的研制
鐘燕妮，薛超霞，程江，楊卓如
(華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，廣東廣州510640)
摘要：以陰離子脂肪族聚酯聚氨酯乳液為主要成膜物，復(fù)配適量的苯丙乳液，并添加一定量的無(wú)機(jī)填料和有機(jī)硅剝離劑，制備了一種環(huán)保型水性可剝離涂料。研究了聚氨酯乳液與苯丙乳液的配比、無(wú)機(jī)填料的種類和用量以及有機(jī)硅剝離劑的用量對(duì)漆膜綜合性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)聚氨酯乳液與苯丙乳液的質(zhì)量比為7∶3，以云母粉為填料、用量為5%左右，有機(jī)硅剝離劑用量為0.8%~1.0%，漆膜厚度為0.08~0.09mm時(shí)，所制備的水性可剝離涂料漆膜具有以下性能：平均拉伸強(qiáng)度10.79MPa，平均斷裂伸長(zhǎng)率353.5%，耐水性和耐3%NaCl溶液超過(guò)24h，180°剝離強(qiáng)度0.43kN/m，能夠有效抵抗紫外線穿透。
關(guān)鍵詞：水性可剝離涂料;聚氨酯;苯丙乳液;有機(jī)硅剝離劑;云母
中圖分類號(hào)：TQ630.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1004–227X(2013)12–0059–05
鋼材、零部件和儀器設(shè)備在運(yùn)輸和貯存過(guò)程中，容易受到來(lái)自酸雨、水汽、油污、微生物等多方面的侵蝕以及人為摩擦、刮傷等，使其表面受到不同程度的損害，縮短使用壽命。若在這些材料或設(shè)備表面覆蓋一層臨時(shí)性的保護(hù)膜，則既能夠隔絕外界不良因素的侵蝕，減少損害的發(fā)生，又能夠在材料或設(shè)備重新投入使用時(shí)剝離，不影響它們的外觀和性能。可剝離涂料的產(chǎn)生滿足了這方面的需求。由于生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，施工方便，防護(hù)性能良好，可剝離涂料已推廣應(yīng)用到航空、軍用和民用上。經(jīng)過(guò)了幾十年的研究，產(chǎn)品質(zhì)量、品種和性能等方面都有了很大的發(fā)展[1-2]。
在我國(guó)，可剝離涂料的研究應(yīng)用起步較晚，產(chǎn)品種類、質(zhì)量和性能上都落后于國(guó)外[3]。此外，由于溶劑型可剝離涂料在強(qiáng)度、彈性和防護(hù)性方面都表現(xiàn)得較出色，因而成為主流產(chǎn)品。但是，溶劑型可剝離涂料需要使用大量的有機(jī)溶劑，不僅污染環(huán)境，危害人的身體健康，而且造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)[4]。因此，環(huán)保、無(wú)污染的水性可剝離涂料具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，將成為日后該行業(yè)的研究熱點(diǎn)。
目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于水性可剝離涂料的文獻(xiàn)不多[5]，研制出的可剝離涂料性能不佳?；谶@點(diǎn)，本文以水性聚氨酯復(fù)配適量苯丙乳液為主要成膜物質(zhì)，加入合適的填料以及剝離劑，制備出高強(qiáng)度、容易剝離、防護(hù)性能良好的水性可剝離涂料。
1·實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)原料
聚氨酯乳液A、B，國(guó)產(chǎn);聚氨酯乳液C、D，進(jìn)口;苯丙乳液，巴德富集團(tuán);云母粉、硅灰石、碳酸鈣，中山華茲卜化工有限公司;潤(rùn)濕劑，美國(guó)氣體化學(xué);分散劑、增稠劑，深圳明佳科技有限公司;流平劑，羅門哈斯;成膜助劑，姜堰市齊大涂料助劑有限公司;三乙胺，濟(jì)南沃爾德化工有限公司;有機(jī)硅剝離劑及水性緩蝕劑，國(guó)產(chǎn)。
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器
單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，上海微達(dá)工具有限公司;萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，美國(guó);中壓噴槍，龍海力霸通用機(jī)械有限公司;QSP型ISO刮板細(xì)度計(jì)、漆膜干燥時(shí)間試驗(yàn)器，天津市精科材料試驗(yàn)機(jī)廠;紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本日立有限公司;膜厚測(cè)定儀，英國(guó)膜厚測(cè)定儀器有限公司。
1.3 涂料的制備
將去離子水加入到容器中，在轉(zhuǎn)速200~600r/min攪拌下依次加入適量潤(rùn)濕劑、分散劑、增稠劑，攪拌5~10min。然后加入無(wú)機(jī)填料，在轉(zhuǎn)速1500~2500r/min下分散20~40min。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為700~1300r/min，加入聚氨酯乳液和苯丙乳液，攪拌15~20min。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為200~600r/min，依次加入流平劑、成膜助劑、有機(jī)硅剝離劑、水性緩蝕劑，并調(diào)節(jié)pH為8~9。
1.4 漆膜的制備
取規(guī)格為120mm×30mm×0.28mm的馬口鐵若干片，用砂紙對(duì)鐵片進(jìn)行打磨和除銹，再用丙酮清除鐵片表面的污染物。清潔完畢的鐵片放置在通風(fēng)環(huán)境下自干。按照涂料與水質(zhì)量比為3∶1加入去離子水稀釋涂料，使涂料黏度在噴槍噴涂范圍內(nèi)，然后對(duì)處理好的馬口鐵進(jìn)行多次噴涂，最終使干膜厚度為0.08~0.09mm。
1.5 涂膜性能測(cè)試
涂料細(xì)度按照GB/T1724–1979《涂料細(xì)度測(cè)定法》測(cè)試，干燥時(shí)間按照GB/T1728–1979(1989)《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法》測(cè)試，黏度按照GB/T1723–1993《涂料粘度測(cè)定法》測(cè)試(涂–4杯)，固體含量按照GB/T1725–2007《色漆、清漆和塑料不揮發(fā)物含量的測(cè)定》測(cè)試;漆膜拉伸性能按照GB/T1040.3–2006《塑料拉伸性能的測(cè)定第3部分：薄膜和薄片的試驗(yàn)條件》測(cè)試，180°剝離強(qiáng)度按照GB/T2790–1995《膠粘劑180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法撓性材料對(duì)剛性材料》測(cè)試，耐水性按照GB/T1733–1993《漆膜耐水性測(cè)定法》測(cè)試，耐鹽水性(3%NaCl溶液)按照GB/T1763–1979《漆膜耐化學(xué)試劑性測(cè)定法》測(cè)試，沖擊強(qiáng)度按照GB/T1732–1993《漆膜耐沖擊測(cè)定法》測(cè)試。
2·結(jié)果與討論
2.1 成膜樹(shù)脂的選擇
制備可剝離涂料的樹(shù)脂必須具有一定的可剝離性。樹(shù)脂內(nèi)聚力足夠大，滿足漆膜在剝離過(guò)程中不容易斷裂或在基材上殘留;樹(shù)脂與基材附著力適中，既可保證涂膜對(duì)基材的粘附，同時(shí)在需要?jiǎng)冸x時(shí)又能輕易剝離。此外，成膜樹(shù)脂還必須具有一定的彈性，能夠減緩?fù)饨鐚?duì)基材的沖擊。目前，制備水性可剝離涂料的成膜樹(shù)脂有丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、聚乙烯醇和有機(jī)硅樹(shù)脂等[6]。
以聚氨酯乳液為主要成膜物質(zhì)的涂料在耐摩擦性、耐酸、耐堿、耐油、柔韌性上都表現(xiàn)出色。因此，本文選用水性聚氨脂為主要成膜物質(zhì)。
選擇市售的幾種水性聚氨酯為成膜物質(zhì)，按照相同的配方制備成涂料，在馬口鐵上涂膜，涂膜厚度一致。漆膜在室溫下自干，然后繼續(xù)放置5d使涂膜完全固化，測(cè)試不同漆膜的拉伸性能和180°剝離強(qiáng)度，結(jié)果如表1所示。
由表1可以看出，相對(duì)于其他3種聚氨酯乳液，陰離子脂肪族聚酯聚氨酯乳液可剝離性最好。用該乳液制備的漆膜具有較高的拉伸強(qiáng)度，剝離過(guò)程不容易斷裂，而且漆膜對(duì)基材的附著力適中，使漆膜既能夠牢固附著在基材上，又能夠在剝離時(shí)成片完整剝離。因此，陰離子脂肪族聚酯聚氨酯乳液很適合作為可剝離涂料的成膜物質(zhì)。
表1 不同聚氨酯漆膜的機(jī)械性能比較
2.2 兩種乳液配比對(duì)涂膜力學(xué)性能的影響
用陰離子脂肪族聚酯聚氨酯乳液制備的漆膜拉伸強(qiáng)度高，剝離強(qiáng)度適中，但漆膜硬度較大，手感不佳。為提高漆膜的柔韌性，并降低生產(chǎn)成本，本文選擇了一種柔韌性、耐水性、耐溶劑性較好，附著力適中的苯丙乳液與聚氨酯乳液復(fù)配。兩者配比對(duì)涂膜的力學(xué)性能有顯著影響。維持乳液、填料和助劑的用量不變，改變兩種乳液的配比，制備可剝離涂料，并考察所得漆膜的力學(xué)性能，結(jié)果如表2所示。