可剥性涂料是一种用于对基材表面进行保护、去污、防锈或防腐蚀等的功能性涂料。经过70年代至今的发展,现已在机电、家具、建筑、汽车以及核工业等各个行业得到广泛应用。国内外目前研究的可剥性涂料主要包括热熔型和溶剂型这两大类。热熔型涂料主要是以乙酸丁酸纤维、乙基纤维素为主要成膜物质,在加热条件下将树脂材料与其他辅助材料混合溶解而成。该涂料在室温下为坚韧的塑料,使用时必须加热到140~180℃熔融后才能浸涂。施工操作不便并在施工尺寸上也受到限制,同时其成本也很高。而溶剂型涂料主要采用聚乙烯醇、过氯乙烯树脂、聚丙烯酸树脂、低分子量聚苯乙烯、SBS共聚物和尼龙共聚物等为成膜材料,将其溶于有机溶剂中,并加入其它辅助材料配制而成,大多数为室温浸涂,使用很方便。因此,溶剂型可剥性涂料被广泛使用。本文主要对溶剂型可剥性涂料的种类、性质、研究现状和应用等方面进行详细阐述。
1 可剥性涂料的分类及其研究现状
可剥性涂料按其功能可分为可剥性表面保护涂料、可剥离式放射性去污涂料、可剥性防锈涂料和可剥性防腐蚀性涂料等。
1.1 可剥性表面保护涂料
可剥性表面保护涂料是一种用于对基材表面进行保护的功能性涂料。通过浸渍、涂刷或喷涂等方法将其涂抹到被保护的基材表面上,能在常温下快速形成一层保护膜,起到保护物件表面的作用,在完成保护任务后,能完全将其剥离下来,而对被保护材料没有任何影响。主要是对机械设备及其零件、家用金属器具及其他金属材料、有色金属、玻璃和木制品等表面进行临时性保护为目的。张世荣采用过氯乙烯树脂为成膜物质制备出了一种电镀绝缘可剥性保护涂料。该涂料具有满足电镀、清洗工艺要求的条件,起到了一定的保护作用,且原料易得,成本低廉,一次可多配而不变质,随时都可使用,涂膜可回收再用。但该涂料不能进行有效的保护且可剥性不好,施工有一定困难。鉴于上述各种因素,杨玉平选用氯丁橡胶可剥涂料进行实验。实验发现,氯丁橡胶可剥涂料能耐酸、碱、水和盐等化学介质腐蚀,有良好的附着力、耐热性、弹性及可剥性,涂膜坚韧,经电镀后可方便的剥下,较好地满足了局部电镀的要求。但是,橡胶型可剥涂料在施工过程中有异味,涂层干燥时间长,涂层不光滑,且涂层采用硫化剂交联,容易产生凝胶和早期硫化大,大大影响其使用效果。为了克服上述缺陷,刘印文、刘振华采用苯乙烯类热塑性弹性体SBS为基料研制出了一种可剥性电镀保护涂料。结果表明其耐酸碱性、结合力和可剥性都非常优良,经有关工厂电镀保护应用试验,比同类化铣可剥涂料省时、省力、效果更好,可以大量节约电镀液,其中包括含有昂贵的金、银等金属材料的电镀液。
此外,国外对可剥性表面保护涂料的研究也非常广泛。日本的Takada等制备了一种抗静电的可剥表面保护材料。该膜材料由含聚(醚酯酰胺)的合成聚合物底材以及粘合剂层构成,该膜材料透明度高,抗静电剂不会析出,适用于覆盖液晶显示板、塑料板等。德国的Paukner等发明了一种保护汽车车身的可剥性涂层。该涂层是将乙烯基酯或(甲基)丙烯酸酯聚合物或乳胶的水分散体喷涂于汽车的水平表面上,再经干燥而制成。所得涂膜耐紫外线照射大于等于4个月,耐温范围为-35~80℃,剥离后残存的涂膜可用水除去。德国的Crowhurst等公开了一种用于保密文件的可剥性保护涂料。该发明主要包括将载有信息的底材排列起来,再在底材上涂覆上涂料,从而至少在载有信息的底材部位形成不透明涂层。其特点在于可根据涂层对底材的附着性和涂层的抗张强度来确定涂层的厚度,从而在涂层边缘只需施加比附着力大但低于涂层抗张强度的剥离力,便可使涂层基本完整地被剥离下来。
1.2 可剥离式放射性去污涂料
可剥离式放射性去污涂料是近几年来发展起来的一种新型的放射性去污材料。该种材料是具有多种官能团的高分子化合物,加入各种助剂:成膜助剂、络合剂、乳化剂等,以增强涂料的去污能力以及改善它的物理化学性能。成膜前它是一种溶液或水性的分散乳液,采用喷雾法或刷涂法将其涂于沾污表面,干燥后成膜。在成膜过程中,高分子链上的活性官能团以及其中添加的络合剂与引起沾污的核素等发生物理化学作用,使它们从污染表面进入膜中,剥离掉涂膜后达到去污目的。对不同的沾污状态,其作用原理是不一样的。目前普遍认同如下三种去污原理:化学结合、表面吸附及粘力。清华大学的陶家洵等研究的可剥离去放射性涂料,以丁醛改性聚乙烯醇和聚乙烯-醋酸乙烯两种高分子材料,辅以去污剂、滑剂、颜料等以一定的比例混合而成。可用多种方法涂布,具有抗水、抗弱酸、弱碱能力,又具有相当的拉伸强度,以便于剥离,具有较高的去污效果。杨恩波等以聚醋酸乙烯乳液或者其他乳液、聚乙烯醇缩甲醛改性树脂,复合添加剂组成,经过科学加工制成涂膜,涂附于放射性粘污的材料表面,可干燥成膜,剥离可达到去污目的。王天运等研制了一种SMDW 可剥离压制去污剂,该去污剂主要应用于核事故应急救援行动中,成膜后利用机械或人工将膜体清除,并运离现场,从而达到现场去污的目的。谭昭怡等采用聚乙烯醇、聚苯胺及聚醋酸乙烯酯制备了高分子可剥离去污膜液,对固体表面核素的去除研究结果表明:在金属表面采用涂膜电解去污、非金属光滑固体表面采用直接涂膜去污、非金属粗糙固体表面采用涂膜超声去污工艺,其去污率均可达99%以上,优于其他方法。
1.3 可剥性防锈涂料
可剥性防锈涂料是一种具有防锈功能的特殊功能性涂料,通过浸渍或涂刷等方式将其涂抹到被保护的金属材料表面时,能在常温下快速地形成一层保护膜,对金属起到防锈和保护物件表面的作用,在完成保护任务后,可完整地将其剥离下来,而对被保护材料没有任何影响。国内现有的一些可剥性保护涂料在成膜性、可剥性等方面都存在明显的问题,主要表现在涂层可剥性差、脆性大、不耐水、防锈效果差,更为重要的是都不具有气相防锈的功能。
李志广等开发了一种可剥性气相防锈涂料,主要以环氧树脂和乙烯基高分子树脂为成膜物质,另还有复合型油溶性气相缓蚀剂、稳定剂等。该涂料能够在常温下快速成膜,所形成的涂层具有优良的柔韧性能、耐冲击强度、气相防锈性能和可大面积地进行剥离性能。同时针对4种不同的海洋环境进行了实际的防锈性能实验,结果表明该涂料短期内可以在海洋环境下对金属进行防锈。任雅勋采用过氯乙烯树脂为基料研制了一种常温固化可剥性防锈涂料,该涂料所涂覆的涂层具有一定的防锈功能,同时涂层的防腐蚀性能好,具有优良的耐酸、碱、盐、水和霉菌性能,剥除快速简便。
1.4 可剥性防腐蚀涂料
贵重的军用装备或民用设备,在其使用前涉及到运输和储存的过程,由于受到周围介质,如化学物质、空气或水分作用,会产生腐蚀现象,从而使其性能下降,有的甚至失效报废。为减少和避免这种损失,必须找出一种方法使设备和装备整体在储存过程中与自然环境隔离,从而防止设备腐蚀的发生,一旦有需要,又能快速启封,使设备可以迅速投入使用。在这种需求背景下,可剥性防腐蚀涂料诞生了,并获得了快速发展。
汪定江等采用氯代聚氯乙烯作为主要成膜物质研制了一种可剥性防腐蚀封存涂料,应用此种涂料对多台某型军用装备进行了长期整体防腐蚀封存处理,封存时间达4年之长,封存期间不需要对设备进行维护,仅此一项每台设备就可节约维护费用十多万元。紧急启封时,只需用0.5h就可将涂膜层全部剥去。启封后的装备表面光洁如新,各种零部件无任何腐蚀现象发生,达到了防腐蚀封存的要求。曹钰等等以PVDC和PVC为成膜物,加入复合溶剂、复合缓蚀剂、稳定剂等,研制了一种高阻隔性可剥离防腐蚀封存复合膜。性能测试表明,该薄膜具有优良的阻隔性能,可剥性好。王晓俊等用多异氰酸酯和聚醚多元醇为基本原料制备了一种以吸湿固化为成膜机理的有机高分子树脂,添加抗氧剂、复合缓蚀剂、流平剂及紫外线吸收剂等助剂,成功研制了一种可剥离涂料。涂层性能检测结果表明,该涂料在高湿度下可快速成膜,具有良好的耐腐蚀性能、易剥离性和介质阻隔性能,可应用于零部件表面的临时性贴体防护。
2 展望
随着工业化步伐的加快,相关的工业设备的需求,特别是在核工业领域,使用后的大型退役核设施所含有的放射性核污染物以及核泄露事故等,都需要一种有效去污和保护的功能性材料。可剥性涂料就是这样一类功能性涂料,具有操作简单、启封方便的突出优点,因此在先进国家,早已将可剥性涂料用于武器装备、机械设备的防护和封存以及一些核污染物的处理。随着环保意识的增强,人们对可剥性涂料提出了新的要求—环境友好,因此,水性可剥性涂料得到快速发展。但是,现有的一些可剥性涂料仍存在明显的问题,如膜的脆性大、不能大面积揭剥、去污效率低及污染较大等。致使其应用受到了很大的限制。为使武器装备、工业设备时刻处于良好状态,满足军事及民用需求,同时为了应对核工业中核泄露等应急处理事件,未来的可剥性涂料必须具有如下的综合性能:
①能快速成膜、无毒无污染(水性化发展)和可大面积揭剥。
②多功能性,一种可剥性涂料具有多种功能,即可以起到保护,又可以具有防锈、防腐蚀和去除核污染物等功能。
③提高膜的气密性,使膜对所保护的设备具有更好的防锈、防腐蚀功能。
④涂敷工艺简单,可采用喷涂工艺,操作简单方便。
⑤使用结束后剥离的膜后处理方便,污染少,好可生物降解。
⑤使用结束后剥离的膜后处理方便,污染少,好可生物降解。