【中國涂料采購網】環保型水性可剝離防護涂料的研制
鐘燕妮，薛超霞，程江，楊卓如
(華南理工大學化學與化工學院，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，復配適量的苯丙乳液，并添加一定量的無機填料和有機硅剝離劑，制備了一種環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、無機填料的種類和用量以及有機硅剝離劑的用量對漆膜綜合性能的影響。結果表明，當聚氨酯乳液與苯丙乳液的質量比為7∶3，以云母粉為填料、用量為5%左右，有機硅剝離劑用量為0.8%~1.0%，漆膜厚度為0.08~0.09mm時，所制備的水性可剝離涂料漆膜具有以下性能：平均拉伸強度10.79MPa，平均斷裂伸長率353.5%，耐水性和耐3%NaCl溶液超過24h，180°剝離強度0.43kN/m，能夠有效抵抗紫外線穿透。
關鍵詞：水性可剝離涂料;聚氨酯;苯丙乳液;有機硅剝離劑;云母
中圖分類號：TQ630.7 文獻標志碼：A
文章編號：1004–227X(2013)12–0059–05
鋼材、零部件和儀器設備在運輸和貯存過程中，容易受到來自酸雨、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。若在這些材料或設備表面覆蓋一層臨時性的保護膜，則既能夠隔絕外界不良因素的侵蝕，減少損害的發生，又能夠在材料或設備重新投入使用時剝離，不影響它們的外觀和性能。可剝離涂料的產生滿足了這方面的需求。由于生產工藝簡單，設備投資少，施工方便，防護性能良好，可剝離涂料已推廣應用到航空、軍用和民用上。經過了幾十年的研究，產品質量、品種和性能等方面都有了很大的發展[1-2]。
在我國，可剝離涂料的研究應用起步較晚，產品種類、質量和性能上都落后于國外[3]。此外，由于溶劑型可剝離涂料在強度、彈性和防護性方面都表現得較出色，因而成為主流產品。但是，溶劑型可剝離涂料需要使用大量的有機溶劑，不僅污染環境，危害人的身體健康，而且造成嚴重的資源浪費[4]。因此，環保、無污染的水性可剝離涂料具有巨大的發展潛力，將成為日后該行業的研究熱點。
目前，國內關于水性可剝離涂料的文獻不多[5]，研制出的可剝離涂料性能不佳。基于這點，本文以水性聚氨酯復配適量苯丙乳液為主要成膜物質，加入合適的填料以及剝離劑，制備出高強度、容易剝離、防護性能良好的水性可剝離涂料。
1·實驗
1.1 實驗原料
聚氨酯乳液A、B，國產;聚氨酯乳液C、D，進口;苯丙乳液，巴德富集團;云母粉、硅灰石、碳酸鈣，中山華茲卜化工有限公司;潤濕劑，美國氣體化學;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，濟南沃爾德化工有限公司;有機硅剝離劑及水性緩蝕劑，國產。
1.2 實驗設備及儀器
單相串勵電動機，上海微達工具有限公司;萬能材料試驗機，美國;中壓噴槍，龍海力霸通用機械有限公司;QSP型ISO刮板細度計、漆膜干燥時間試驗器，天津市精科材料試驗機廠;紫外可見分光光度計，日本日立有限公司;膜厚測定儀，英國膜厚測定儀器有限公司。
1.3 涂料的制備
將去離子水加入到容器中，在轉速200~600r/min攪拌下依次加入適量潤濕劑、分散劑、增稠劑，攪拌5~10min。然后加入無機填料，在轉速1500~2500r/min下分散20~40min。調節轉速為700~1300r/min，加入聚氨酯乳液和苯丙乳液，攪拌15~20min。調節轉速為200~600r/min，依次加入流平劑、成膜助劑、有機硅剝離劑、水性緩蝕劑，并調節pH為8~9。
1.4 漆膜的制備
取規格為120mm×30mm×0.28mm的馬口鐵若干片，用砂紙對鐵片進行打磨和除銹，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環境下自干。按照涂料與水質量比為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，然后對處理好的馬口鐵進行多次噴涂，最終使干膜厚度為0.08~0.09mm。
1.5 涂膜性能測試
涂料細度按照GB/T1724–1979《涂料細度測定法》測試，干燥時間按照GB/T1728–1979(1989)《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》測試，黏度按照GB/T1723–1993《涂料粘度測定法》測試(涂–4杯)，固體含量按照GB/T1725–2007《色漆、清漆和塑料不揮發物含量的測定》測試;漆膜拉伸性能按照GB/T1040.3–2006《塑料拉伸性能的測定第3部分：薄膜和薄片的試驗條件》測試，180°剝離強度按照GB/T2790–1995《膠粘劑180°剝離強度試驗方法撓性材料對剛性材料》測試，耐水性按照GB/T1733–1993《漆膜耐水性測定法》測試，耐鹽水性(3%NaCl溶液)按照GB/T1763–1979《漆膜耐化學試劑性測定法》測試，沖擊強度按照GB/T1732–1993《漆膜耐沖擊測定法》測試。
2·結果與討論
2.1 成膜樹脂的選擇
制備可剝離涂料的樹脂必須具有一定的可剝離性。樹脂內聚力足夠大，滿足漆膜在剝離過程中不容易斷裂或在基材上殘留;樹脂與基材附著力適中，既可保證涂膜對基材的粘附，同時在需要剝離時又能輕易剝離。此外，成膜樹脂還必須具有一定的彈性，能夠減緩外界對基材的沖擊。目前，制備水性可剝離涂料的成膜樹脂有丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、聚乙烯醇和有機硅樹脂等[6]。
以聚氨酯乳液為主要成膜物質的涂料在耐摩擦性、耐酸、耐堿、耐油、柔韌性上都表現出色。因此，本文選用水性聚氨脂為主要成膜物質。
選擇市售的幾種水性聚氨酯為成膜物質，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，然后繼續放置5d使涂膜完全固化，測試不同漆膜的拉伸性能和180°剝離強度，結果如表1所示。
由表1可以看出，相對于其他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度，剝離過程不容易斷裂，而且漆膜對基材的附著力適中，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。
表1 不同聚氨酯漆膜的機械性能比較
2.2 兩種乳液配比對涂膜力學性能的影響
用陰離子脂肪族聚酯聚氨酯乳液制備的漆膜拉伸強度高，剝離強度適中，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配。兩者配比對涂膜的力學性能有顯著影響。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性能，結果如表2所示。