【中国涂料采购网】环保型水性可剥离防护涂料的研制
钟燕妮，薛超霞，程江，杨卓如
(华南理工大学化学与化工学院，广东广州510640)
摘要：以阴离子脂肪族聚酯聚氨酯乳液为主要成膜物，复配适量的苯丙乳液，并添加一定量的无机填料和有机硅剥离剂，制备了一种环保型水性可剥离涂料。研究了聚氨酯乳液与苯丙乳液的配比、无机填料的种类和用量以及有机硅剥离剂的用量对漆膜综合性能的影响。结果表明，当聚氨酯乳液与苯丙乳液的质量比为7∶3，以云母粉为填料、用量为5%左右，有机硅剥离剂用量为0.8%~1.0%，漆膜厚度为0.08~0.09mm时，所制备的水性可剥离涂料漆膜具有以下性能：平均拉伸强度10.79MPa，平均断裂伸长率353.5%，耐水性和耐3%NaCl溶液超过24h，180°剥离强度0.43kN/m，能够有效抵抗紫外线穿透。
关键词：水性可剥离涂料;聚氨酯;苯丙乳液;有机硅剥离剂;云母
中图分类号：TQ630.7 文献标志码：A
文章编号：1004–227X(2013)12–0059–05
钢材、零部件和仪器设备在运输和贮存过程中，容易受到来自酸雨、水汽、油污、微生物等多方面的侵蚀以及人为摩擦、刮伤等，使其表面受到不同程度的损害，缩短使用寿命。若在这些材料或设备表面覆盖一层临时性的保护膜，则既能够隔绝外界不良因素的侵蚀，减少损害的发生，又能够在材料或设备重新投入使用时剥离，不影响它们的外观和性能。可剥离涂料的产生满足了这方面的需求。由于生产工艺简单，设备投资少，施工方便，防护性能良好，可剥离涂料已推广应用到航空、军用和民用上。经过了几十年的研究，产品质量、品种和性能等方面都有了很大的发展[1-2]。
在我国，可剥离涂料的研究应用起步较晚，产品种类、质量和性能上都落后于国外[3]。此外，由于溶剂型可剥离涂料在强度、弹性和防护性方面都表现得较出色，因而成为主流产品。但是，溶剂型可剥离涂料需要使用大量的有机溶剂，不仅污染环境，危害人的身体健康，而且造成严重的资源浪费[4]。因此，环保、无污染的水性可剥离涂料具有巨大的发展潜力，将成为日后该行业的研究热点。
目前，国内关于水性可剥离涂料的文献不多[5]，研制出的可剥离涂料性能不佳。基于这点，本文以水性聚氨酯复配适量苯丙乳液为主要成膜物质，加入合适的填料以及剥离剂，制备出高强度、容易剥离、防护性能良好的水性可剥离涂料。
1·实验
1.1 实验原料
聚氨酯乳液A、B，国产;聚氨酯乳液C、D，进口;苯丙乳液，巴德富集团;云母粉、硅灰石、碳酸钙，中山华兹卜化工有限公司;润湿剂，美国气体化学;分散剂、增稠剂，深圳明佳科技有限公司;流平剂，罗门哈斯;成膜助剂，姜堰市齐大涂料助剂有限公司;三乙胺，济南沃尔德化工有限公司;有机硅剥离剂及水性缓蚀剂，国产。
1.2 实验设备及仪器
单相串励电动机，上海微达工具有限公司;万能材料试验机，美国;中压喷枪，龙海力霸通用机械有限公司;QSP型ISO刮板细度计、漆膜干燥时间试验器，天津市精科材料试验机厂;紫外可见分光光度计，日本日立有限公司;膜厚测定仪，英国膜厚测定仪器有限公司。
1.3 涂料的制备
将去离子水加入到容器中，在转速200~600r/min搅拌下依次加入适量润湿剂、分散剂、增稠剂，搅拌5~10min。然后加入无机填料，在转速1500~2500r/min下分散20~40min。调节转速为700~1300r/min，加入聚氨酯乳液和苯丙乳液，搅拌15~20min。调节转速为200~600r/min，依次加入流平剂、成膜助剂、有机硅剥离剂、水性缓蚀剂，并调节pH为8~9。
1.4 漆膜的制备
取规格为120mm×30mm×0.28mm的马口铁若干片，用砂纸对铁片进行打磨和除锈，再用丙酮清除铁片表面的污染物。清洁完毕的铁片放置在通风环境下自干。按照涂料与水质量比为3∶1加入去离子水稀释涂料，使涂料黏度在喷枪喷涂范围内，然后对处理好的马口铁进行多次喷涂，最终使干膜厚度为0.08~0.09mm。
1.5 涂膜性能测试
涂料细度按照GB/T1724–1979《涂料细度测定法》测试，干燥时间按照GB/T1728–1979(1989)《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测试，黏度按照GB/T1723–1993《涂料粘度测定法》测试(涂–4杯)，固体含量按照GB/T1725–2007《色漆、清漆和塑料不挥发物含量的测定》测试;漆膜拉伸性能按照GB/T1040.3–2006《塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条件》测试，180°剥离强度按照GB/T2790–1995《胶粘剂180°剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料》测试，耐水性按照GB/T1733–1993《漆膜耐水性测定法》测试，耐盐水性(3%NaCl溶液)按照GB/T1763–1979《漆膜耐化学试剂性测定法》测试，冲击强度按照GB/T1732–1993《漆膜耐冲击测定法》测试。
2·结果与讨论
2.1 成膜树脂的选择
制备可剥离涂料的树脂必须具有一定的可剥离性。树脂内聚力足够大，满足漆膜在剥离过程中不容易断裂或在基材上残留;树脂与基材附着力适中，既可保证涂膜对基材的粘附，同时在需要剥离时又能轻易剥离。此外，成膜树脂还必须具有一定的弹性，能够减缓外界对基材的冲击。目前，制备水性可剥离涂料的成膜树脂有丙烯酸乳液、聚氨酯乳液、聚乙烯醇和有机硅树脂等[6]。
以聚氨酯乳液为主要成膜物质的涂料在耐摩擦性、耐酸、耐碱、耐油、柔韧性上都表现出色。因此，本文选用水性聚氨脂为主要成膜物质。
选择市售的几种水性聚氨酯为成膜物质，按照相同的配方制备成涂料，在马口铁上涂膜，涂膜厚度一致。漆膜在室温下自干，然后继续放置5d使涂膜完全固化，测试不同漆膜的拉伸性能和180°剥离强度，结果如表1所示。
由表1可以看出，相对于其他3种聚氨酯乳液，阴离子脂肪族聚酯聚氨酯乳液可剥离性最好。用该乳液制备的漆膜具有较高的拉伸强度，剥离过程不容易断裂，而且漆膜对基材的附着力适中，使漆膜既能够牢固附着在基材上，又能够在剥离时成片完整剥离。因此，阴离子脂肪族聚酯聚氨酯乳液很适合作为可剥离涂料的成膜物质。
表1 不同聚氨酯漆膜的机械性能比较
2.2 两种乳液配比对涂膜力学性能的影响
用阴离子脂肪族聚酯聚氨酯乳液制备的漆膜拉伸强度高，剥离强度适中，但漆膜硬度较大，手感不佳。为提高漆膜的柔韧性，并降低生产成本，本文选择了一种柔韧性、耐水性、耐溶剂性较好，附着力适中的苯丙乳液与聚氨酯乳液复配。两者配比对涂膜的力学性能有显著影响。维持乳液、填料和助剂的用量不变，改变两种乳液的配比，制备可剥离涂料，并考察所得漆膜的力学性能，结果如表2所示。