聚氨酯可剥离涂料的制备和性能研究

可剥离涂料是一种特殊的功能涂料,由含多种官能团的高分子化合物(成膜物)与各种添加剂(如增稠剂、增塑剂和表面活性剂等)混合制成。当浸渍或涂刷到被保护材料表面上时,在空气中短时间干燥后即能形成一层封闭的保护膜,起到保护物件表面的作用。启封使用时,可轻易撕揭,完全剥离,不影响被保护部件本身[1-5]。由于可剥离涂料具有强去污能力和优良的物理化学性质,因此常用于设备表面去污。当其喷射或者涂刷到被污染设施表面上,涂料通过自身在凝胶的成膜过程中形成的附着力和粘力将设备表面的污染物富集起来,膜剥离即可去除附着在设备上的污染物,从而达到去污的目的[6-8]。笔者研制的这种聚氨酯可剥离涂料,可用于金属表面防护。当防护结束后,用手撕揭,涂层可完全剥离,不影响被保护部件本身。

1 实验部分
1.1 主要原料及设备
PU D8625,阴离子脂肪族聚氨酯分散体,37%,上海源禾化工有限公司;Bayhydrol PR240,阴离子脂肪族聚酯聚氨酯分散体,40%,上海源禾化工有限公司;R960,苏州双溪经贸有限公司;Tego Wet 245,润湿分散剂,深圳市庚申贸易有限公司;Sanduvor 3225,光稳定剂,深圳市庚申贸易有限公司。砂磨、分散、搅拌多用机:SFJ-400,上海现代环境工程技术有限公司。
1.2 生产工艺
在搅拌条件下,向加有Tego Wet 245的混合乳液中加入R960填料,用砂磨、分散、搅拌多用机分散2h,再加入Sanduvor 3225等助剂即得成品涂料。
1.3 涂层的制备
涂层的制备包括基体的表面清洁及涂层的刷涂。基体表面清洁:清除基体表面的可溶性盐、油、酯、水及其他污染物。将有机溶剂涂覆于已经除油、除锈的马口铁板上,待其干燥。
涂层涂刷:将涂料涂刷于马口铁片上,实干后再涂刷第二道。涂刷两道即可,涂膜厚度控制在100μm左右。
1.4 性能测试
附着力:按GB/T 1720-1979测试;柔韧性,按GB/T 1731-1993测试;冲击强度:按GB/T 1732-1993测试;干燥时间:按GB/T 1728-1979 测试;拉伸强度及断裂伸长率:按GB/T1040.3-2006测试;涂层老化性能,按GB/T 1766-1995测试。

2 结果与讨论
2.1 乳液的选择
为实现涂料的可剥离性,要求乳液具有一定的弹性。目前研究较多的弹性乳液主要有丙烯酸乳液,聚氨酯乳液,聚乙烯醇缩丁醛乳液及丙烯酸聚氨酯乳液等,但这些水性可剥离涂料在成膜性、可剥离性等方面都存在明显的问题,主要表现在涂层脆性大、不耐水、可剥离性和防锈效果差,其应用受到了很大的限制。本研究,优选了2种聚氨酯乳液PU D8625和BayhydrolPR 240,将两者以一定比例混合形成的混合乳液作为聚氨酯可剥离涂料的基料。其中,PU D8625为阴离子脂肪族聚氨酯分散体,该乳液耐黄变性优异,湿膜透明性、耐磨性极好,漆膜硬度高且柔韧性好。Bayhydrol PR 240为阴离子脂肪族聚酯聚氨酯分散体,具有高柔韧性,所形成的漆膜具有良好的表面处理性、耐磨性和耐水性。两者混合使用,可使涂料有较强的机械性能与耐化学品性,所形成的涂膜具有优异的可剥离性。聚氨酯可剥离涂料的性能指标见表1。
表1 聚氨酯可剥离防护涂料性能参数

2.2 光稳定剂Sanduvor 3225对涂层性能的影响
为了赋予涂料更好的耐老化性能,在涂料制备过程中,加入光稳定剂Sanduvor 3225对涂膜性能进行改性。当涂料配方中其他组分用量不变的情况下,改变光稳定剂的用量,自然气候曝露试验2000h,测试结果如表2所示。
表2 涂膜自然气候曝露2000h后的耐老化性能

由表2可知,在不添加光稳定剂时,涂层具有较好的耐老化性能。添加光稳定剂Sanduvor 3225后,涂膜的抗变色、抗沾污及抗裂纹性能得到了很大提高。当加入量为0.5%时,涂层具有最佳的耐老化性能。继续增大光稳定剂用量,涂层表面出现轻微粉化和少量开裂,涂层的耐老化性能下降。因此,光稳定剂Sanduvor 3225的加入量以0.5%为宜。
2.3 R960对涂层性能的影响
R960为金红石型钛白粉,是目前世界上公认的性能最好的白色颜料,是所有白色颜料中折射率最大的一种,具有无毒、高遮盖力、高耐侯性和高光泽等特点。涂料中加入R960后,可提高涂层的耐热、耐光及耐候性,改善涂膜的物理化学性能,延长其使用寿命,同时还具有一定的防霉、杀菌作用。在本试验中,选择R960作为聚氨酯可剥离涂料的填料,其用量对涂层性能的影响如表3所示。

由表3可知,当未加入R960时,涂层具有很高的断裂伸长率,但涂层的强度较低。对涂料进行剥离时,涂膜发生断裂,无法完全剥离;随着R960的加入,涂层的拉伸强度增大,断裂伸长率降低。当R960的加入量为8%时,涂层具有最佳的力学性能,涂层手工可完全剥离,可剥离性好。继续增加R960的加入量,虽然涂层的拉伸强度增大,但涂层的断裂伸长率下降明显。对涂膜进行剥离时,由于其断裂伸长率较低,手工剥离比较困难。因此,R960的加入量以2%为宜,此时涂层具有最佳的可剥离性能。
2.4 应用情况
将研制的聚氨酯可剥离涂料于2010年在北京进行了应用试验,对正在使用的2台抽油烟机进行了表面涂装,涂装后抽油烟机继续正常使用,考察可剥离膜的剥离情况及去污效果。6个月后,涂膜表面沾有大量油污,涂膜无自行脱落和开裂现象。对涂膜进行剥离检验,涂膜可成片迅速剥离,无任何油污及涂膜残留,抽油烟机表面无锈蚀、无变色,去污及防护效果良好。

3 结论
(1)以PU D8625、Bayhydrol PR240 2种聚氨酯分散体的混合溶液为成膜物质,以R960为填料,制备出聚氨酯可剥离涂料。该涂料具有良好的可剥离性及去污效果,可用于设备表面去污。
(2)光稳定剂Sanduvor 3225的加入,能提高涂膜的抗变色、抗沾污及抗裂纹性能。当加入量为0.5%时,涂层具有最佳的耐老化性能。
(3)R960的加入,能显著提高涂层的平均拉伸强度,但会使涂层的平均断裂伸长率降低。当其加入量为8%时,涂层平均拉伸强度达7.61MPa,平均断裂伸长率达123.53%,可剥离性能最好。

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