水性可剝離涂料的制備和性能研究

劉宏宇，張松

    （中國人民解放軍９２１１７部隊(duì)，北京１０００７２）

    摘要：以ｔｍ８０３聚氨酯乳液為基體，以ＢＹＫ－１５１為潤濕分散劑、ＢＹＫ－０１１為消泡劑、ＢＹＫ－３３３為流平劑、ＢＹＫ－４２５為增稠劑，以納米碳酸鈣為填料，制備出一種新型水性可剝離防護(hù)涂料。討論了納米碳酸鈣用量及涂層厚度對涂膜拉伸和斷裂性能的影響，研究了放置時間對涂層力學(xué)性能的影響。性能測試表明，當(dāng)納米碳酸鈣的加入量為２％，涂層厚度為０．１３～０．１４ｍｍ時，涂層平均拉伸強(qiáng)度達(dá)９．５１ＭＰａ，平均斷裂伸長率達(dá)２７４．５４％，具有較好的可剝離性能。涂裝７天后，放置時間對涂層性能影響很小，涂層平均拉伸強(qiáng)度及平均斷裂伸長率基本不變，因此可使用該涂料對設(shè)備進(jìn)行長期封存防護(hù)。

    關(guān)鍵詞：水性；可剝離；涂料；聚氨酯；納米碳酸鈣

    中圖分類號：ＴＱ６３０．７  文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ  文章編號：１００７－９２８９（２０１２）０１－００８９－０４

    ０ 引言

    精密儀器及其備品、配件在運(yùn)輸、儲存及組裝過程中經(jīng)常被擦傷、碰傷；同時，由于微生物、油污、鹽霧、潮氣等的侵蝕作用，設(shè)備在儲存過程中極易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕，使設(shè)備表面破損，性能下降，甚至失效報廢［１－６］。為延長設(shè)備使用壽命，通常在設(shè)備表面涂裝可剝離防護(hù)涂料。設(shè)備表面涂裝該涂料后，既可顯著提高設(shè)備防腐蝕性、防霉變性及防機(jī)械擦傷能力，同時，涂層后期又可手工完全剝離，從而實(shí)現(xiàn)快速啟封［７－１０］。

    文中以聚氨酯乳液為基體，以納米碳酸鈣為填料，研制出一種水性可剝離防護(hù)涂料。該涂料具有良好的可剝離性，可在儀器設(shè)備表面長期使用。

    １ 試驗(yàn)

    １．１ 主要原料及設(shè)備

    Ｔｍ８０３聚氨酯乳液，固體含量５０％，陜西東方航天科技有限公司；納米碳酸鈣，平均粒徑為４０ｎｍ，杭州萬景新材料有限公司。砂磨、分散、攪拌多用機(jī)：ＳＦＪ－４００，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司。

    １．２ 生產(chǎn)工藝

    在攪拌條件下（１２００ｒ／ｍｉｎ），向加有１０％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）潤濕分散劑ＢＹＫ－１５１的ｔｍ８０３聚氨酯乳液中加入納米碳酸鈣填料，用砂磨、分散、攪拌多用機(jī)分散２ｈ，再依次加入０．５％的消泡劑ＢＹＫ－０１１、０．３％的流平劑ＢＹＫ－３３３和０．８％增稠劑ＢＹＫ－４２５，分散均勻后即得成品涂料。

    １．３ 涂層制備

    涂層制備包括基體表面清潔及涂層涂刷。首先，對馬口鐵基體進(jìn)行表面清潔。用二甲苯清除基體表面的油、酯及其它污染物。將石油醚涂覆于已經(jīng)除油、除銹的馬口鐵板上，自然放置至干燥，然后進(jìn)行涂層涂刷。將涂料刷涂于鐵板上，實(shí)干后再涂刷第二道，通常涂刷兩道即可。

    １．４ 性能測試方法

    涂膜性能測試參照下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。附著力：漆膜附著力測定法（ＧＢ／Ｔ１７２０—１９７９）；柔韌性：漆膜柔韌性測定法（ＧＢ／Ｔ１７３１—１９９３）；耐沖擊性：漆膜耐沖擊測定法（ＧＢ／Ｔ１７３２—１９９３）；干燥時間：漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r間測定法（ＧＢ／Ｔ１７２８—１９７９）；厚度：漆膜厚度測定法（ＧＢ／Ｔ１７６４—１９７９）；耐化學(xué)試劑性：漆膜耐化學(xué)試劑性測定法（ＧＢ／Ｔ１７６３—１９７９）；涂膜拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率：塑料—拉伸性能的測定（ＧＢ／Ｔ１０４０．３—２００６）。

    ２ 結(jié)果與討論

    ２．１ 涂料性能參數(shù)

    以ｔｍ８０３聚氨酯乳液為基料，并加入ＢＹＫ－１５１、ＢＹＫ－０１１、ＢＹＫ－３３３、ＢＹＫ－４２５等助劑對乳液進(jìn)行改性，制備的可剝離防護(hù)涂料的性能測試結(jié)果如表１所示。

表1 可剝離防護(hù)涂料的性能參數(shù)

    由表１可知，該涂料干燥快，柔韌性好，耐酸、耐堿及耐水性較好，具有合適的附著力，能均勻地形成連續(xù)膜，可手工從設(shè)備表面完全剝離。

    ２．２ 納米碳酸鈣用量對涂層性能的影響

    納米碳酸鈣用量對涂層拉伸和斷裂性能的影響如表２所示。

表2 納米碳酸鈣用量對涂層力學(xué)性能的影響

    隨著納米碳酸鈣用量的增加，涂膜拉伸強(qiáng)度顯著提高，斷裂伸長率則降低。當(dāng)未加入納米碳酸鈣時，雖然涂層具有很高的斷裂伸長率，但由于拉伸強(qiáng)度較低，涂膜剝離時發(fā)生斷裂，無法完全剝離。當(dāng)納米碳酸鈣的加入量小于２％時，納米碳酸鈣填料在涂料中均勻分散，使涂膜拉伸強(qiáng)度顯著提高，斷裂伸長率則降低。當(dāng)加入量為２％時，涂層手工可完全剝離，此時，涂層具有較好的拉伸性能，可剝離性好。從圖１可知，納米碳酸鈣在涂層中分布較為均勻，但在部分區(qū)域已產(chǎn)生少量團(tuán)聚。當(dāng)繼續(xù)增大納米碳酸鈣用量時，由于納米碳酸鈣在涂料體系中用量過大，致使納米顆粒大量團(tuán)聚，涂層斷裂伸長率明顯下降。對涂膜進(jìn)行剝離時，由于其斷裂伸長率較低，手工剝離比較困難。因此，納米碳酸鈣的加入量以２％為宜。

圖1 添加2%納米碳酸鈣涂層的掃描電鏡圖

    ２．３ 涂層厚度對涂層力學(xué)性能的影響

    涂層厚度對涂層拉伸和斷裂性能的影響如表３所示。隨著涂層厚度的增加，涂膜拉伸強(qiáng)度增大，斷裂伸長率則降低。當(dāng)涂層很薄時（只涂刷一道），雖然涂膜具有很高的斷裂伸長率，但由于其拉伸強(qiáng)度相對較低，對涂膜進(jìn)行剝離時，涂膜發(fā)生斷裂，無法一次完全剝離；增大涂層厚度（涂刷二道），對涂膜進(jìn)行剝離時，涂膜可手工快速、完全剝離，可剝離性能好，此時，涂膜具有合適的力學(xué)性能；繼續(xù)增大涂層厚度（涂刷三道），涂層拉伸強(qiáng)度略有提高，斷裂伸長率則下降明顯。對涂膜進(jìn)行剝離時，雖然涂膜可完全剝離，但其剝離面積較小，剝離緩慢。綜合考慮，涂層厚度以涂刷二道時的０．１３～０．１４ｍｍ左右為宜。

表3 涂膜厚度對涂層力學(xué)性能的影響

    ２．４ 涂層耐老化性能研究

    涂層力學(xué)性能隨時間的變化如表４所示。在放置初期，雖然涂層已實(shí)際干燥，但涂層內(nèi)部并未反應(yīng)完全。此時，涂層的拉伸強(qiáng)度相對較低，斷裂伸長率最高。隨著交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，涂層拉伸強(qiáng)度有較大提高，斷裂伸長率則略有降低。涂裝７天后，涂層內(nèi)部反應(yīng)完全，涂層具有較佳的剝離性能。此后，涂層力學(xué)性能基本不變。因此，可使用該涂料對設(shè)備進(jìn)行長期封存防護(hù)。

表4 涂層力學(xué)性能隨時間的變化

    ２．５ 應(yīng)用情況

    該涂料于２０１０年進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，封存了１０個機(jī)械零部件。如圖２所示，經(jīng)過１年的貯存檢驗(yàn)，封存膜外觀光滑均勻，顏色透明，無自行脫落和開裂現(xiàn)象。被封存部件表面無銹蝕、無變色。對試樣進(jìn)行啟封檢驗(yàn)，封存膜可成片完全剝離，迅速啟封，部件表面無任何銹斑，防護(hù)效果良好。

圖2 涂層剝離時設(shè)備表面

    ３ 結(jié)論

    （１）以聚氨酯乳液作為基體，以納米碳酸鈣為填料，制備出一種新型水性可剝離保護(hù)涂料。該涂料具有良好的可剝離性，可對設(shè)備進(jìn)行長期封存。

    （２）納米碳酸鈣的加入，能顯著提高涂層的平均拉伸強(qiáng)度，但會使涂層的平均斷裂伸長率降低。當(dāng)其加入量為２％時，涂層性能最佳。

    （３）隨著涂層厚度的增加，涂膜拉伸強(qiáng)度增大，斷裂伸長率則降低。當(dāng)涂層厚度為０．１３～０．１４ｍｍ時（涂刷二道），涂層平均拉伸強(qiáng)度達(dá)９．５１ＭＰａ，平均斷裂伸長率達(dá)２７４．５４％，可剝離性能最好。

    （４）涂料涂裝后，涂層拉伸強(qiáng)度提高，斷裂伸長率則略有降低。７天后，涂層力學(xué)性能基本不變，涂層具有較佳的剝離性能。