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水性可剥离涂料的制备和性能研究
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刘宏宇,张松

(中国人民解放军92117部队,北京100072)

摘要:以tm803聚氨酯乳液为基体,以BYK-151为润湿分散剂、BYK-011为消泡剂、BYK-333为流平剂、BYK-425为增稠剂,以纳米碳酸钙为填料,制备出一种新型水性可剥离防护涂料。讨论了纳米碳酸钙用量及涂层厚度对涂膜拉伸和断裂性能的影响,研究了放置时间对涂层力学性能的影响。性能测试表明,当纳米碳酸钙的加入量为2%,涂层厚度为0.13~0.14mm时,涂层平均拉伸强度达9.51MPa,平均断裂伸长率达274.54%,具有较好的可剥离性能。涂装7天后,放置时间对涂层性能影响很小,涂层平均拉伸强度及平均断裂伸长率基本不变,因此可使用该涂料对设备进行长期封存防护。

关键词:水性;可剥离;涂料;聚氨酯;纳米碳酸钙

中图分类号:TQ630.7 文献标识码:A 文章编号:1007-9289(2012)01-0089-04

0 引言

精密仪器及其备品、配件在运输、储存及组装过程中经常被擦伤、碰伤;同时,由于微生物、油污、盐雾、潮气等的侵蚀作用,设备在储存过程中极易产生电化学腐蚀和化学腐蚀,使设备表面破损,性能下降,甚至失效报废[1-6]。为延长设备使用寿命,通常在设备表面涂装可剥离防护涂料。设备表面涂装该涂料后,既可显著提高设备防腐蚀性、防霉变性及防机械擦伤能力,同时,涂层后期又可手工完全剥离,从而实现快速启封[7-10]。

文中以聚氨酯乳液为基体,以纳米碳酸钙为填料,研制出一种水性可剥离防护涂料。该涂料具有良好的可剥离性,可在仪器设备表面长期使用。

1 试验

1.1 主要原料及设备

Tm803聚氨酯乳液,固体含量50%,陕西东方航天科技有限公司;纳米碳酸钙,平均粒径为40nm,杭州万景新材料有限公司。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(1200r/min),向加有10%(质量分数)润湿分散剂BYK-151的tm803聚氨酯乳液中加入纳米碳酸钙填料,用砂磨、分散、搅拌多用机分散2h,再依次加入0.5%的消泡剂BYK-011、0.3%的流平剂BYK-333和0.8%增稠剂BYK-425,分散均匀后即得成品涂料。

1.3 涂层制备

涂层制备包括基体表面清洁及涂层涂刷。首先,对马口铁基体进行表面清洁。用二甲苯清除基体表面的油、酯及其它污染物。将石油醚涂覆于已经除油、除锈的马口铁板上,自然放置至干燥,然后进行涂层涂刷。将涂料刷涂于铁板上,实干后再涂刷第二道,通常涂刷两道即可。

1.4 性能测试方法

涂膜性能测试参照下列标准进行。附着力:漆膜附着力测定法(GB/T1720—1979);柔韧性:漆膜柔韧性测定法(GB/T1731—1993);耐冲击性:漆膜耐冲击测定法(GB/T1732—1993);干燥时间:漆膜、腻子膜干燥时间测定法(GB/T1728—1979);厚度:漆膜厚度测定法(GB/T1764—1979);耐化学试剂性:漆膜耐化学试剂性测定法(GB/T1763—1979);涂膜拉伸强度及断裂伸长率:塑料—拉伸性能的测定(GB/T1040.3—2006)。

2 结果与讨论

2.1 涂料性能参数

以tm803聚氨酯乳液为基料,并加入BYK-151、BYK-011、BYK-333、BYK-425等助对乳液进行改性,制备的可剥离防护涂料的性能测试结果如表1所示。

表1 可剥离防护涂料的性能参数

表1 可剥离防护涂料的性能参数

由表1可知,该涂料干燥快,柔韧性好,耐酸、耐碱及耐水性较好,具有合适的附着力,能均匀地形成连续膜,可手工从设备表面完全剥离。

2.2 纳米碳酸钙用量对涂层性能的影响

纳米碳酸钙用量对涂层拉伸和断裂性能的影响如表2所示。

表2 纳米碳酸钙用量对涂层力学性能的影响

表2 纳米碳酸钙用量对涂层力学性能的影响

随着纳米碳酸钙用量的增加,涂膜拉伸强度显著提高,断裂伸长率则降低。当未加入纳米碳酸钙时,虽然涂层具有很高的断裂伸长率,但由于拉伸强度较低,涂膜剥离时发生断裂,无法完全剥离。当纳米碳酸钙的加入量小于2%时,纳米碳酸钙填料在涂料中均匀分散,使涂膜拉伸强度显著提高,断裂伸长率则降低。当加入量为2%时,涂层手工可完全剥离,此时,涂层具有较好的拉伸性能,可剥离性好。从图1可知,纳米碳酸钙在涂层中分布较为均匀,但在部分区域已产生少量团聚。当继续增大纳米碳酸钙用量时,由于纳米碳酸钙在涂料体系中用量过大,致使纳米颗粒大量团聚,涂层断裂伸长率明显下降。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,纳米碳酸钙的加入量以2%为宜。

图1 添加2%纳米碳酸钙涂层的扫描电镜图

图1 添加2%纳米碳酸钙涂层的扫描电镜图

2.3 涂层厚度对涂层力学性能的影响

涂层厚度对涂层拉伸和断裂性能的影响如表3所示。随着涂层厚度的增加,涂膜拉伸强度增大,断裂伸长率则降低。当涂层很薄时(只涂刷一道),虽然涂膜具有很高的断裂伸长率,但由于其拉伸强度相对较低,对涂膜进行剥离时,涂膜发生断裂,无法一次完全剥离;增大涂层厚度(涂刷二道),对涂膜进行剥离时,涂膜可手工快速、完全剥离,可剥离性能好,此时,涂膜具有合适的力学性能;继续增大涂层厚度(涂刷三道),涂层拉伸强度略有提高,断裂伸长率则下降明显。对涂膜进行剥离时,虽然涂膜可完全剥离,但其剥离面积较小,剥离缓慢。综合考虑,涂层厚度以涂刷二道时的0.13~0.14mm左右为宜。

表3 涂膜厚度对涂层力学性能的影响

表3 涂膜厚度对涂层力学性能的影响

2.4 涂层耐老化性能研究

涂层力学性能随时间的变化如表4所示。在放置初期,虽然涂层已实际干燥,但涂层内部并未反应完全。此时,涂层的拉伸强度相对较低,断裂伸长率最高。随着交联反应的进行,涂层拉伸强度有较大提高,断裂伸长率则略有降低。涂装7天后,涂层内部反应完全,涂层具有较佳的剥离性能。此后,涂层力学性能基本不变。因此,可使用该涂料对设备进行长期封存防护。

表4 涂层力学性能随时间的变化

表4 涂层力学性能随时间的变化

2.5 应用情况

该涂料于2010年进行了应用试验,封存了10个机械零部件。如图2所示,经过1年的贮存检验,封存膜外观光滑均匀,颜色透明,无自行脱落和开裂现象。被封存部件表面无锈蚀、无变色。对试样进行启封检验,封存膜可成片完全剥离,迅速启封,部件表面无任何锈斑,防护效果良好。

图2 涂层剥离时设备表面

图2 涂层剥离时设备表面

3 结论

(1)以聚氨酯乳液作为基体,以纳米碳酸钙为填料,制备出一种新型水性可剥离保护涂料。该涂料具有良好的可剥离性,可对设备进行长期封存。

(2)纳米碳酸钙的加入,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2%时,涂层性能最佳。

(3)随着涂层厚度的增加,涂膜拉伸强度增大,断裂伸长率则降低。当涂层厚度为0.13~0.14mm时(涂刷二道),涂层平均拉伸强度达9.51MPa,平均断裂伸长率达274.54%,可剥离性能最好。

(4)涂料涂装后,涂层拉伸强度提高,断裂伸长率则略有降低。7天后,涂层力学性能基本不变,涂层具有较佳的剥离性能。

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