（材料学专业论文）用于醇酸树脂及聚氨酯类钢桥防护漆的水性脱漆剂研究.pdf

摘要 摘要 钢结构防腐涂装历来为人们所重视。即使是多层加厚的重防腐涂装也有它有限的使用寿 命，一般为5 到1 5 年就需要完全脱除旧漆、涂装新漆。现有的桥梁脱漆技术尚存在很多问 题，费时费力及存在噪音污染等。目前市场上的常规脱漆剂尚不适用于桥梁脱漆，其组成成 分中含磷化合物或卤代烃，若是用于桥梁脱漆会对水体造成污染。因此环境相容性好的绿色 环保水性脱漆剂的研发具有重要意义。 国外自上世纪9 0 年代就已开展水性脱漆剂的相关研究工作。本文在前人研究工作的基 础上研发绿色环保水性脱漆剂。研究了绿色环保水性脱漆剂的脱漆机理，选择目前我国应用 最为广泛的醇酸树脂涂料及聚氨酯涂料作为脱漆剂的目标脱除漆膜，进行绿色水性脱漆剂的 组分筛选、配方设计、制备工艺研究，以及性能测试。 本文对水性脱漆剂的脱漆机理进行了详细分析，用红外谱图证明脱漆剂能够脱除漆膜是 由化学断链与物理溶胀的协同作用。 通过对脱漆机理的研究以及脱漆效果验证试验，逐步确定出脱漆剂的各组成成分。本文 使用新溶剂参数原理结合相似相容原则及溶剂化原理，作为筛选使漆膜溶胀的低毒、低挥发 性溶剂的依据。选择出溶剂后，再逐步确定出脱漆剂的其他成分，包括活化剂、乳化剂、增 稠剂、缓蚀剂以及水。通过正交设计以及观察脱漆实验中脱漆剂的各项性能进一步筛选配方， 得到对醇酸树脂涂料以及聚氨酯涂料有效的两系列配方。 本文详细描述了如何将脱漆剂各组分混合制备成水包油乳液的制备工艺。将脱漆剂制成 水包油乳液，可在保持脱漆剂高效脱除漆膜的同时，降低成本、降低脱漆荆中溶剂的挥发性。 水性脱漆剂的各项性能试验表明，本文研制的水性脱漆剂符合国标中对脱漆剂的各项要 求。包括：可在半小时内完全脱除漆膜，施工简便易行，室温下直接刷涂或喷涂与基材表面 即可脱除漆膜。另外，本文中研制的脱漆剂对基材无腐蚀，挥发性低，且不影响钢板脱漆后 的二次涂装。 为了考察所研制的脱漆剂对实际漆膜老化程度、配方差异以及环境温度的适应性，随机 选取三个不同厂家的涂料产品、经紫外光照射不同时间后、在环境温度为1 0 - 4 5o c 下进 行脱漆试验。结果表明，本文研制的水性脱漆剂对不同厂家的漆膜，在上述温度下均具有 较好的脱漆效果；并能脱除紫外光老化的漆膜，但老化程度不同会影响脱漆时间。 关键词：醇酸树脂、聚氨酯、环境相容性、水性、脱漆剂、脱漆效率 a b s t r a c t a b s t r a c t a n t i c o r r o s i v ec o a t i n gp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei ns t e e ls t r u c t u r e sd u r a b i l i t y b u te v e nt h e a n t i c o r r o s i v ec o a t i n gw i t hm u l t i p l a y e rh a sal i m i t e ds e r v i c el i f ea b o u t5t o15y e a r s a n d t r a d i t i o n a lp a i n tr e m o v e rt e c h n o l o g ye x i t e dl o t so fp r o b l e m ss u c ha st i m ec o n s u m i n ga n dn o i s e p o l l u t i o n f u r t h e r m o r ec o n v e n t i o n a lp a i n tr e m o v e r sh a dp h o s p h o r o u sc o m p o u n d so rh a l i d ei nt h e i r i n g r e d i e n t , w h i c hw i l lp o l l u t et h ew a t e ri fi tu s e dt or e m o v ep a i n ti nb r i d g e s oi t i ss i g n i f i c a n t l y i m p o r t a n tt os t u d yt h eg r e e na q u e o u sc o a t i n gr e m o v e r t h er e s e a r c ho fa q u e o u sc o a t i n gr e m o v e rh a sb e e ns t a r t e ds i n c e9 0 sl a s tc e n t u r y i nt h i sp a p e r , an e wt y p eo fg r e e na q u e o u sc o a t i n gr e m o v e rw h i c ha i m e dt or e m o v ea l k y dr e s i na n d p o l y u r e t h a n ec o a t i n g sw a sd e v e l o p e db a s e do nt h ep r e v i o u sr e s e a r c h a n di t sc o m p o s i t i o n s e l e c t i o n ，f o r m u l a t i o nd e s i g n ，p r e p a r a t i o nt e c h n o l o g ya n dp e r f o r m a n c et e s tw e r ei n t r o d u c t i o n t h ew o r k i n gm e c h a n i s mo ft h i st y p eo fg r e e na q u e o u sc o a t i n gr e m o v e rw a sd e t a i l e da n a l y z e d b yi n f r a r e da n a l y s i sa n dt h er e s u l t ss h o w nt h a tt h es y n e r g i s t i ce f f e c to fc h e m i s t r yc h a i n b r e a k i n g a n dp h y s i c a ls o l v e n ts w e l l i n gm a d et h ep a i n tr e m o v e t h ec o m p o n e n t so fg r e e na q u e o u sp a i n tr e m o v e rw e r ed e c i d e db ys t u d y i n gt h ew o r k i n g m e c h a n i s ma n dc o m p a r i n gt h ee x p e r i m e n t a le f f e c t s f i r s t l y , t h ei n n o c u o u sa n dl o wv o l a t i l es o l v e n t w a sc h o s e nb yt h ep r i n c i p l e so ft h en e ws o l u t i o np a r a m e t e rt h e o r y , t h es i m i l a rd i s s o l v em u t u a l l y t h e o r ya n ds o l v e n te f f e c t t h e nt h eo t h e rc o m p o n e n t ss u c ha sa c t i v a t o r , e m u l s i f i e r , t h i c k e n e r , c o r r o s i o ni n h i b i t o ra n dw a t e rw e r ec o n f i r m e d f i n a l l y , t h ef o r m u l a t i o n sw e r eo p t i m i z e db y c o m p a r i n gt h ee x p e r i m e n t a le f f e c t s i nt h i sp a p e rt h et e c h n o l o g yo fm a k i n ga q u e o u sc o a t i n gr e m o v e ri n t oo i l - i n - w a t e re m u l s i o n w a sd e t a i l e dd e s c r i b e d ，w h i c hc o u l db o t hp r e s e r v et h eh i 。曲e f f i c i e n to ft h er e m o v ec o a t i n ga b i l i t y , a n dd e c r e a s et h ec o s ta n dv o l a t i l i t yo fs o l v e n t t h ef o r m u l a t i o n sw e r ef u r t h e rs c r e e n i n gb yo r t h o g o n a ld e s i g na n dc o m p a r i n ge x p e r i m e n t a l e f f e c t sa n dt h et w os e r i e se f f e c t i v ef o r m u l a t i o n sw e r ed e c i d e d t h e nt h ep e r f o r m a n c eo ft h i sg r e e na q u e o u sc o a t i n gr e m o v e rw a st e s t e d a n dt h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a ti t sv a r i o u sp r o p e r t i e ss a t i s f i e dt h er e q u i r e m e n to fn a t i o n a ls t a n d a r di n c l u d i n g r e m o v i n gw h o l ec o a t i n gi nh a l fa nh o u r , w o r k i n gc o n v e n i e n t l ya n dr e m o v i n gp a i n td i r e c t l yb y s m e a r i n go rs p r a y i n gt h ep a i n tr e m o v e ro n t ot h es u r f a c e i na d d i t i o n , t h ep a i n tr e m o v e rw em a d e h a sn oc o r r o s i o nt om a t r i x t h es t e e lp l a t e sw h i c hh a db e e nt r e a t e db yt h ep a i n tr e m o v e rw e r ep a i n t e db yt h es e c o n dt i m e t h ea d h e s i v ef o r c eo ft h en e wc o a t i n g sw a ss t u d i e da n dt h er e s u l t ss h o w nt h a tp a i n tr e m o v e rh a s n oe f f e c tt ot h es e c o n dc o a t i n go nt h em a t r i xs t e e l i no r d e rt os i m u l a t et h ew i d e l yu s eo ft h i sg r e e np a i n tr e m o v e r , t h ep e r f o r m a n c ee x p e r i m e n t s i i 东南大学硕上学位论文 w e r em a d eu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n ss u c ha sd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e ，v a r i o u sa g i n gd e g r e ea n dt h e c o a t i n gm a d eb yd i f f e r e n tm a n u f a c t u r e s t h er e s u l t ss h o w nt h i st y p eo fa q u e o u sc o a t i n gr e m o v e r c o u l dr e m o v et h ew h o l ec o m i n g se f f e c t i v e l yu n d e ra b o v ec o n d i t i o n s k e yw o r d s ：a l k y dr e s i np o l y u r e t h a n e ；e n v i r o n m e n t a lc o m p a t i b i l i t y ；a q u e o u s ；c o a t i n gr e m o v e r ； c o a t i n gr e m o v ee f f i c i e n t i i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特 l q j n 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电子 信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 签名期：勿缈尹轵g 7 一 第一章绪论 1 1 钢桥腐蚀现状 1 中国钢桥发展状况 第一章绪论 钢桥是由钢材通过铆接、焊接、栓接等手段拼装雨成。钢材本身是一种抗拉、抗压和 抗剪强度均较高的均质材料，所以钢桥具有较人的跨越能力。相对于其它形式的桥梁，锕桥 具有强度高，韧性好、制作方便、施工速度快、适州范川广等一系列优点，已r 泛应什j 干铁 路及公路桥中”i 。 我国的铜桥建设已有1 0 0 多年的历史， 期的钢矫以铁路桥和公路铁路两用桥为主， 其中武汉江大桥和南京江太桥( 见图11 ) 灶中国早期晟具影响力和代表性的铡桥。随着 改革开放的不断进行，中国桥粱事业e 速发展，特别从上1 | = 纪九十年代以米r 一国钢桥( 特 制是公路钢挢) 发展尤为迅速，钢挢的发展呈现出太跨度化的特点。 t簟 图1 1 南京江大桥 犬跨度钢桥以索桀结构体系为最适合的桥式( 如息索桥和斜拉桥) 。香港青马桥、江阴长 江公路桥和润扬长江公路犬桥替息索桥，以及南京长江三桥、苏通火桥等斜拉桥都是其中具 有代表性的大跨度钢桥“。目前还有很多在建的太跨度铜桥如：香港昂船洲公路j = 桥、舟 山西堠门公路大桥等。 图1 2 苏通大桥 东南大学硕士学位论文 可以预见，随着经济的发展，交通将显得更为重要，而桥梁( 包括钢结构桥) 作为交通中 重要的纽带，在跨越大江、大河，乃至跨越海峡中必将进一步发挥其优势。 1 1 2 桥梁的腐蚀及防腐涂装状况 钢结构的腐蚀问题是当今材料科学与工程领域不可忽略的课题。经过长期的应用实践， 人们发现钢结构较少由于单纯机械因素( 如拉、压、冲击、疲劳、断裂和磨损等) 或其他物理 因素( 如热能、光能等) 引起破坏，绝大多数金属结构的破坏事故都与其周围环境的腐蚀因素 有关。因此，钢结构的腐蚀与防腐蚀已成为当今材料科学、化学工业与工程等领域的重大课 题，受到了政府与钢结构应用相关的各行业重视。 从1 9 5 5 年第一座跨越长江的钢桁架桥梁武汉长江大桥的建成以来，大型钢结构桥 梁不断涌现，这类桥梁的钢材用量一般都在万吨甚至十万吨以上。表面腐蚀、应力腐蚀和腐 蚀疲劳是使这种特大钢桥构件产生外观缺陷、寿命降低以至失去工作能力的重要原因p j 。 另外，工业化进步的同时带来当时预想不到的对气候的损害，酸雨就是汽车工业、水泥 工业、炼钢工业以及化学工业的发展带来的副产物向空气中大量排放造成的。酸雨侵入水体、 土壤和建筑物，加剧结构物的腐蚀破坏。因为环境造成的腐蚀日益严重，所以防腐涂装日益 引起人们的重视。 从刚开始的两层涂漆到现在的三层加厚涂漆的重防腐涂装方式已成为钢桥防腐涂装的 主流，其发展过程足以体现出人们对于涂装防腐的重视。在重防腐涂料中，防腐涂装工艺和 涂料品种都非常相似，即涂层是由底漆、中间漆和面漆组成：油漆品种主要以环氧( 无机) 富 锌底漆、环氧云母氧化铁中间漆和聚氨酯类、环氧类、醇酸树脂类及目前较先进的聚硅氧烷 或氟碳面漆类等组成。 这种涂装方式的主要作用是： ( 1 ) 屏蔽作用：涂层将钢铁与腐蚀环境机械隔离开，是涂层防腐的主要措施。 ( 2 ) 钝化缓蚀作用：涂装体系中，第一道底漆对钢铁有钝化缓蚀作用，增加油漆层附着力。 ( 3 ) 阴极保护作用：防腐底漆中添加锌粉( 如富锌底漆) ，对钢铁提供阴极保护。 涂层对桥梁钢结构提供的腐蚀保护以机械屏蔽的隔离防护为主，涂层的老化、粉化使这 种隔离作用减弱或失去作用，起阴极保护作用的锌粉散布在涂料中经由成膜物质与钢铁相粘 合，随着成膜物质的裂解、老化使锌粉无法与钢铁相结合，这样阴极保护作用自然消失。其 次，油漆涂层本身有无数微针孔，长期处在盐雾、潮湿环境下，氯离子、水分子等会透过针 孔腐蚀金属基体，在油漆层与基体金属交界处钢铁腐蚀产物体积积聚膨胀，导致油漆层剥落， 金属腐蚀沿着油漆层剥落处向四周迅速扩展，导致整个防腐体系失效1 4 j 。钢结构由于腐蚀造 成的事故危及到结构的安全运行，腐蚀引起的灾难性事故屡见不鲜，特别是焊接钢结构和承 受较大应力状况下的钢结构，因为在应力作用下，腐蚀将大大的加速。 所以即使是多层加厚的重防腐涂装方式也有它有限的使用寿命，一般为5 到1 5 年就需 要完全脱除旧漆进行重新涂装。而现有的桥梁脱漆技术尚存在很多问题，费时费力及存在噪 2 第一章绪论 音污染等。常规脱漆所使用的脱漆剂尚不适用于桥梁脱漆，因为现在市场上的脱漆剂含有磷 化合物或者卤代烃，若是用于桥梁脱漆会对水体造成污染。下文详细介绍现有桥梁脱漆技术 存在的不足，及过去人们研发的脱漆剂的种种利弊。 1 2 桥梁脱漆技术发展现状 1 2 1 桥梁脱漆技术现状 钢桥漆膜经过长期暴露，会出现老化、龟裂、起皮及脱落等现象，导致漆膜失去保护作 用。因为环境损害以及漆膜老化带给钢结构的潜在威胁一定要提前预防，在漆膜完全失去保 护能力之前脱除旧漆，涂装新漆，从而能够延长桥梁的使用寿命。关于桥梁脱漆方式过去有 用火焰烧烤法，这种方法会产生大量没有燃烧完全的氧化物排入大气中，污染环境，且不够 安全。高压水射流喷砂是2 0 世纪7 0 年代兴起的一项桥梁脱漆技术，8 0 年代被引入中国，随后 在全国各地得到普遍应用，其主要优点为成本低廉。喷砂的工作原理是利用高压水射流的负 压吸附作用，采用后混合方式，在高压水射流中加入适当标号的固体颗粒，利用同液混合 流体的楔形剥离、射流冲击、剪切等复合破坏作用，清除附着在基体表面的油漆涂层或其它 覆盖物。但由于污染严重，包括噪音和大气污染等，且对人身健康也有危害，所以逐步被其 他除锈除漆方法所取代p j 。 脱漆剂是目前应用于脱除基材表面漆膜的常规方法，脱漆剂的作用原理是通过破坏漆膜 的空间结构或漆膜与基材的结合力从而达到脱漆目的。脱漆剂中的溶剂分子渗透到漆膜聚合 物的分子链段中，漆膜溶解；或聚合物大分子体积增大产生内应力，当内应力足以破坏漆膜 与基材的粘合力时，漆膜就被清除掉了。其操作工艺比起目前正应用于桥梁的射流喷砂更为 简便易行。但是目前中国市场上的脱漆剂很难应用于桥梁钢结构表面，其最主要原冈就是一 些有机溶剂对环境尤其是水体的污染。环境的不断恶化促使人们对环境给予更多地关注，与 环境友好的可持续发展道路日益深入人心，开发能应用于桥梁的环境友好型脱漆剂成为亟待 解决的课题。 1 2 2 脱漆剂简介 目前市场上的脱漆剂分成三类：一类为碱溶液脱漆剂，一类为酸溶液脱漆剂，另一类是 有机溶剂脱漆剂。一般来说，油基性漆层多用碱性溶液脱漆剂，合成树脂漆层多用有机溶剂 清除。酸溶液脱漆剂因其较强的酸性腐蚀作用，使得具体操作时不易进行。尽管另外两类脱 漆剂一直大量使用，但碱溶液脱漆剂对人体及被脱基底有害，有机溶剂型脱漆剂高毒、易燃， 故其应用受到影响和限制。 与有机溶剂脱漆相比较，碱溶液脱漆剂成本低，但使用时要加热，而且要有脱漆槽和清 洗槽，槽中要有蒸汽加热装置等，操作工艺复杂。有机溶剂脱漆剂的脱漆效率高，常温时对 金属腐蚀小，施工简单，不需要增加设备；缺点包括有毒、易挥发、易燃烧等使它不适用于 桥梁除漆。 从目前来看，国内脱漆剂仍存在一些问题，如毒性大，脱漆效果不够理想，污染严重等。 高质量、高技术含量、高附加值产品较少。脱漆剂一般会添加石蜡，脱漆后石蜡常常残留在 3 东南大学硕士学位论文 需脱漆物体的表面，因此还需要彻底地清除石蜡，由于需脱漆表面的情况各不相同，使得去 除石蜡非常困难，这就给下一步的涂装带来了很大的不便。美国、加拿大等国在脱漆剂研发 方面都做了很多工作，国内的报道源于上世纪8 0 年代，在上世纪9 0 年代中期对脱漆剂研究 比较多，但近年来的研究相对较少，国外在这方面的研究远远多于国内，8 0 年代以前的脱 漆荆以二氯甲烷为主溶剂，自1 9 9 0 年控制大气污染的空气净化法及其修正法颁布后，对挥 发性有机物( v o c ) 的释放量有了严格规定，国外就致力于研制开发高效无毒低挥发性的脱漆 剂，主溶剂以酮、酯、醚等为主。 由于有机溶剂型脱漆剂、强酸性或强碱性脱漆剂的使用存在种种限制，低挥发性的水性 脱漆剂的研发日益受到人们的重视。水性脱漆剂是指以水基单体占大部分的脱漆剂，包含水 及溶于水的部分水溶性有机溶剂的水溶性基体相，油溶性有机溶剂在表面活性荆的作用下稳 定存在于水溶性基体中。水相用有机溶剂饱和，有机溶剂优选为苄醇、二元酯或大分子酮类。 水性脱漆剂可被酸活化或碱活化。使用方法为将漆层与脱漆剂的水相进行接触，这时水相包 含水、溶解的水溶性活化剂、以及有机溶剂，有机溶剂以大约饱和程度存在于水相中，未溶 的有机溶剂与水相处于界面接触状态。 1 2 3 水性脱漆剂研究概况 目前在国内，科研人员已成功地研制出以a 醇代替二氯甲烷为主溶剂的水性脱漆剂。除 了a 醇，它还包括增稠剂、阻挥发剂、活化剂和表面活性剂等。与传统的二氯甲烷型脱漆剂 相比，它的毒性更小，且脱漆速度相当。能脱去环氧类涂料、环氧锌黄底漆，尤其对于飞机 蒙皮漆有良好的脱漆效果。缺点是挥发性过大或用石蜡作为阻挥发剂，妨碍二次涂装，以及 还存在一定毒性，不宜在大型桥梁上使用。国外尤其实美国，日本和欧洲国家对水性脱漆剂 的研究较多，但是价格过于高昂。 ， 张雨山1 6 】发明专利是一种由b 酸、乙醇、三氯甲烷、十二烷基苯磺酸钠、氯乙酸等混合 组成的快速水性脱漆剂，用于在常温下脱除金属表面漆层，尤其适宜脱除自行车零件漆层， 具有脱漆速度快、成本低、应用方便并可反复使用等特点。其特征在于由b 酸、氯乙酸、三 氯甲烷、乙醇、十二烷基苯磺酸钠、司班- - 8 5 、缓蚀剂和水混合而成，各混合成份所占比例 为：b 酸6 1 0 ，三氯甲烷8 一1 4 ，乙醇4 8 ，十二烷基苯磺酸钠8 1 4 ，司班8 5 为2 5 ，缓蚀剂4 6 ，水2 1 5 5 。 刘方f 7 】等研制了一种乳液型的高效无苯脱漆剂，由卤代烷烃、低碳醇、低碳酮、表面活 性剂( 6 6 0 1 + o p 1 0 ) 、水等搅拌使溶液变成均匀的白色乳液。脱漆性能与c h 2 c 1 2 型脱漆剂相 当，但环境污染及毒性都有大幅度的下降。李凤兰1 8 i 等介绍了一种7 , - - 醇醚脱漆剂的组成和 应用，用于脱除非金属基底涂层，它将有可能发展成为有前途的高效、低毒和多功能脱漆剂。 周雅【9 】报道了苯甲醛为溶剂的低毒、低挥发性脱漆剂，溶剂和表面活性剂的水基组分为l ： 1 混合配制而成，体系为酸性。对于脱除金属基体表面的环氧涂层、飞机蒙皮漆效果明显。 文献【1 0 1 提到一种中性环保型脱漆剂，包括以下重量配备的组分：6 5 8 0 份醇、2 1 0 份 4 第一章绪论 酚、2 1 0 份表面活性剂、o 5 5 份增稠剂和0 5 5 份石蜡。这种脱漆剂主要成份不含挥发性氯 代或其它卤素的有机溶剂，并且不含各种酸碱。在中性条件下能够溶解漆膜，使漆膜易于清 除，不损伤工件，不污染环境，而且可以重复使用。该脱漆剂可用于脱除醇酸漆、硝基漆、 丙烯酸漆、环氧漆、氨基漆、酚醛树脂漆及聚氨酯漆等，而且对于需脱漆膜的精密机械元器 件、电子元器件等金属表面没有损伤。但是这一配方存在的严重问题就是，配方组分中含有 石蜡，使得该脱漆剂在脱除漆膜后会在基材表面留下一层腊膜，除去这层蜡膜才可以进行二 次涂装，而蜡膜很难除去，这会给桥梁等大型工程应用的二次涂装带来很大困难。 文献提到一种用于除电子线路板漆层的环保型碱性脱漆剂及其制备、使用方法。脱漆 剂由氢氧化钠溶液、表面活性剂、辅助添加剂、缓蚀剂和水组成。其中，n a o h 浓度为4 0 - - 1 5 0 9 l ，表面活性剂浓度为o 5 5 0 9 l ，辅助添加剂浓度为0 - - 5 0 9 l 1 ，缓蚀剂浓度为0 1 2 5 9 l 1 ，余量为水。该脱漆剂以氢氧化钠水溶液为主体系，再加入适量表面活性剂，辅助 添加剂和缓蚀剂，在5 0 8 0 cj j o 热便其完全溶解而制得。使用时将电子线路板置于脱漆液中， 在5 0 1 0 0 的温度范围内浸泡l o 6 0 分钟即可脱除电子线路板表面漆层，露出基板上光亮 金属铜线。优点在于：脱漆剂成本低、脱漆速度快、低毒、使用安全、可多次重复使用。 然而即使是5 0 到8 0 的温度要求，对于户外的桥梁来说，仍是需要加热才能达到，这对于 实际工程应用并不现实。 文献【1 2 够及一种脱漆剂及其制备方法和使用方法。该脱漆剂，由有机碱3 0 - 5 5 w t 、 有机溶剂4 0 6 5 w t 、缓蚀剂0 5 - 7 w t 组成，在储存和使用期间，脱漆剂的表面具有油 类封闭剂覆盖层；所述有机碱是沸点至少1 6 0 ，分子量小于2 0 0 的醇胺；所述有机溶剂的 沸点至少2 0 0 ；所述缓蚀剂是糖类物质；所述油类封闭剂是植物油或矿物油，其密度低于 脱漆剂而且在脱漆剂中几乎不溶或微溶【1 2 i 。该脱漆剂制备简单、使用方便，符合环保要求。 可脱除多种油漆漆膜、脱漆速度快、对多种底材无腐蚀，适合于大型复杂工件和敏感底材的 脱漆。然而这种溶剂型的脱漆剂存在的问题就是成本偏高。 文献【1 3 】发明公开一种水基脱漆剂。其特征在于所用原料及重量百分比如下：氢氧化钾 或氢氧化钠5 3 0 、烷基磷酸酯和或咪唑啉型表面活性剂l 1 5 、非卤代烃溶剂0 5 1 5 、增溶剂0 1 3 、水余量。具有成本低、脱漆速度快、对钢铁件基体无腐蚀、适用面 广、利于环保等优点。这种脱漆剂存在的问题是p h 值过高，考虑到水体的生态环境，不太 适合桥梁使用。 文献f 1 4 】提到一种脱漆荆组合物，该组合物含有芳香醇、酸和乳化剂，以组合物的总量 为基准，芳香醇的含量为1 0 - - 6 0 w t ，酸的含量为3 0 7 0 w t ，乳化剂的含量为5 - 2 0 w t i l 4 | 。 该脱漆剂的脱漆速度快、效果好、毒性小、低挥发性、对各种基材无腐蚀，脱漆后的基材可 以直接进行二次喷涂，与漆层的附着力良好，免去了二次注塑，为基材的再次回收利用节约 了成本。然而这种脱漆剂一是成本高，二是p h 值过低，也不适合桥梁使用。 徐同剜”j 发明一种脱漆剂，特别是用于脱除环氧漆漆膜，尤其是船底漆漆膜以及船面 漆漆膜的脱漆荆，所述脱漆剂主要包含主溶剂、增稠剂、酸性组分以及任选存在的助溶剂。 5 东南丈学硕士学位论文 j 蒂斯塔索幡”1 脱漆剂配比为苄醇4 0 份、羟丙基纤维素o 5 份、芳香族烃溶剂o 5 份、 石蜡0 3 份、表面活性荆0 7 份，腐蚀抑制剂3 5 份、氨5 0 、水2 5 5 0 份、d 苎烯8 0 份、 毗咯3 5 1 2 份，茴香醚用量为乳状液总量的2 1 6 。茴香醚掺入到油包水乳浊液中的有机 苄醇相中可提高脱漆速率，一定量的苎烯可以减少水和其它溶剂从逆乳状液中蒸发，从而使 这些脱漆剂的使用寿命延长至2 4 小时或更长。这组配方存在的问题是氨及芳香族烃的应用 使该脱漆剂存在一定毒性。 a m 劳罗尔1 1 8 】发明专利包含水相与部分水溶性有机溶剂的有机相。水相用有机溶剂饱 和，有机相优选为苄醇、二元酯或乙基3 乙氧基丙酸酯。有机溶剂占总含量的2 - 2 0 ，所 述脱漆剂可被酸活化或碱活化。专利发现当脱漆剂组合物包含不混溶有机溶剂和水，同时这 种组合物为t 1 3 5 l 液形式，使用具有很好的性能。使用方法为将漆层与两相液体组合物的水相 进行接触，这时水相包含水、溶解的水溶性活化剂、以及有机溶剂( 2 0 c 时在水中的溶解度 为0 1 1 0 ) ，有机溶剂以大约饱和程度存在于水相中，有机相与水相处于界面接触状态。 发明人认为组合物中的水相提供了主要的脱漆功能，即水相进攻基底表面上的油漆，从而使 其脱除。上述组合物可在2 3 h 内从铝基底上脱除聚氨酯漆、丙烯酸酯漆、环氧漆。 j - p 拉利耶【1 9 l 提到一种脱漆剂组合物。用于剥离涂覆在基底上的油漆，尤其是剥离高度 交联的油漆和底漆，特别是环氧型、聚氨酯型和醇酸型漆，其特征在于，它由下列成分构成 或包括下列成分：( a ) 5 0 到8 0 重量份的水；( b ) 2 0 到5 0 重量份的苯甲醛和或苄醇；( c ) 5 到1 5 重量份的至少一种活化剂，该活化剂选自b 酸、全部或部分用碱中和的b 酸、和碱； 以及( d ) 0 5 到1 0 重量份的至少一种增稠剂，当( b ) 单独由苄醇构成时，所述增稠剂需是丙烯 酸性质的增稠剂，( a ) + ( b ) 是1 0 0 重量份。可是苯甲醛的存在降低了该配方的环境相容性。 g a u lk i m b e r l e y a 2 0 】等研发的水性脱漆剂含1 0 4 0 的内酯，如 r 丁内酯，含1 0 0 o - 8 0 的酯类，不含乙酸乙酯和羧酸，含有芳族烃，可用于去除热塑性树脂漆。但是这种脱漆剂配 方对于重防腐涂装的漆膜，脱漆效果并不好。 k i r s c h n e r t 2 l 】提出的专利中讲到用含有小颗粒的研磨剂的脱漆剂喷钢材表面脱漆，这种小 颗粒是水溶性的，且硬度不同，可在脱漆剂液体中自由流动，其成分为天然碱，重碳酸盐和 硫酸钠。这种脱漆方法在应用溶剂溶解漆膜的同时还考虑到应用机械力的作用，是一种非常 新颖的脱漆方式。 s m i t hp a te 2 2 1 在他的专利中讲到一种用于无孔基材表面脱除高聚物漆膜的脱漆剂，并讲 到了脱漆方法。使用过氧化物溶剂和碱性溶剂两相直接作用于漆膜表面，使漆膜软化后用水 冲洗。这种脱漆剂易于储存，运输等，且可以通过控制两相配比和p h 值来控制脱漆速率。 m a c h a cj r t 2 3 l 等人提出一种低毒性的脱漆剂，含有碳酸盐，二价酯，乙基乙氧基丙烯酸 酯，酮，乙二醇，单酯和二甲基亚砜，以及乙二醇酯等等，此种脱漆剂不止低毒性，而且脱 漆效率高，接近卤代烷烃脱漆剂的脱漆效率。 h i a t t ，w i l l i a mn i c h o l a s l 2 4 1 研发一种无毒，无腐蚀性，不易挥发，可生物降解的脱漆剂， 这种脱漆剂具备我们出于保护环境的可持续发展战略所追求的标准。该脱漆剂配方中含有体 6 第一章绪论 积分数5 6 0 的某种醇，5 - 6 0 的某种液体萜烯类物质；辅助添加剂为上述醇与萜烯的 混溶剂，如卵磷脂、甲基纤维素和羧甲基纤维素钠等的某一种或几种，以及研磨剂和水。其 中一种配方示例为：乙醇6 0 m l ；棕檬油精1 5 m l ；卵磷脂以及h c i 、n a 2 s i 0 3 、水等物质适量， 并定溶至l o o m l 。该类配方无毒、无腐蚀、无挥发并可生物降解，符合各国的行业标准及 法规且处理费用也极为低廉。但是它的脱漆效率不太理想。 m a r q u i s ，e d w a r dt 2 s l 于2 0 0 3 年研发出的脱漆剂含有碳酸皿烃酯如丙烯碳酸盐或乙烯碳 酸盐，过氧化氢，水，以及a 醇。此种脱漆剂涂于漆膜表面，会引发漆膜高热和起泡，漆膜 很容易就被脱除，只是该配方含有较大比例的过氧化氢等，即具有强腐蚀性，会伤害钢结构 的表面。 h o l d a r t 2 6 l 组成大约4 5 9 0 体积百分比短链氯化碳化氢，从大约3 - 3 0 体积百分比的短 链二烃基氨化合物，从大约1 5 体积百分比的一个适当的表面活性剂，和从大约2 2 0 体 积百分比的水。 p a l m e r t 2 7 嘏道专利中改良以往的脱漆剂，不含甲醇、氯化烃、苯等毒害大的有机溶剂， 安全环保、低毒性，低挥发性。含有1 5 m o i - 6 0 m 0 1 的n 甲基2 比咯烷酮、n 乙烯基2 吡咯烷酮、丁内酯混合物和3 5 m 0 1 的一个芬芳烃混合物( 烷基萘、烷基苯) ，以及乙二醇醚、 乙醇、异丙醇、正丙醇、苯乙酮、3 原子7 原子的酮类。此外有6 重量比的纤维素类增稠 剂，表面活性剂等。 m a r q u i s 2 粥9 】公开了一种不含二氯甲烷的脱漆剂配方的专利，这种脱漆剂主要含有3 种 成分：碳酸亚烃酯或二烃基碳酸盐中的一种或两种、过氧化氢以及水等。有时也可添加某种 醇作为其中的助剂，如苄醇，以达到更好的脱漆效果。此外也选择乙二醇醚、一个二盐基的 酯( d b e ) 。在另外一处专利中包含丙烯碳酸盐的重量的达大约9 0 ，大约0 1 - - 2 0 过氧 化氢和大约0 1 3 0 的水。在目前适用的亚烃基碳酸盐碳原子数从2 到l o ，代表性例子 包括乙烯碳酸盐和丙烯碳酸盐，在这个发明中使用了丙烯碳酸盐。适用二烃基碳酸盐可以从 3 到2 5 个碳原子，二烃基碳酸盐公式r 0 3 - r i ，r 和r 可以相同或者不同。具体例子中， 二烃基碳酸盐为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯。选择催化剂b 酸或醋酸、草酸等，此外添加乙二 醇醚像是丙烯乙二醇甲基醚( p m ) ，二丙烯乙二醇甲基醚( d p m ) 或二丙烯乙二醇丁基醚 ( d p n b ) ，表面活性剂，腐蚀抑制剂和其他的添加剂。 日本专利公开了一种无有机氯化合物的脱漆剂，它由1 0 4 0 b 酸、2 0 4 0 芳族 溶剂、1 5 表面活性剂、2 0 - 6 0 水和芳香溶剂组成。例如，含有2 5 b 酸、2 5 甲 苯、2 5 丁基溶纤剂、5 的十二烷基苯磺酸钠和2 0 的水的组合物具有良好的脱漆性和不 燃性。此外用于水性涂料的脱漆剂配比如下：水1 9 、芳香族醇5 - - 9 0 、芳香族醚 0 1 3 0 和增稠剂3 6 0 【j u 。 m a c h a c t 3 卜3 2 1 发明专利中包含1 0 9 0 重量比的有机碳酸盐，主要是丙烯碳酸盐，乙 烯碳酸盐或其混合组分。促进剂为烃基取代环烷、大豆油或其组合，其含量为0 1 5 0 质量分数。o 1 2 0 的过氧化氢，0 1 3 0 质量分数的水，聚乙烯吡咯烷酮增稠剂。 7 东南人学硕士学位论文 促进剂的代表性例子包括蔬菜油，烃基环烷和大豆油，蔬菜油有丰富和相对廉宜的来源。可 能被使用的油包括棉籽油、向日葵种子油、椰子油、亚麻子( 亚麻子) 油、芝麻油和红花种子 油等，在此特别采用大豆油，其含有油酸和亚麻仁油酸。烃基取代环烷可能包含环戊烷、环 己胺、甲基环戊烷、环庚烷、l ，1 二甲基环戊烷、l ，2 二甲基环戊烷、l ，3 二甲基环戊烷 和乙基环戊烷、丙基环戊烷、甲基环己胺、1 ，1 二甲基环己胺、l ，2 一二甲基环己胺和l ， 3 二甲基环己胺，乙基环已胺、环辛烷等。催化剂可选择b 酸、乙酸、草酸等，乙二醇醚， 丙烯k , - - - 醇甲基醚( p m ) ，二丙烯乙二醇甲基醚( d p m ) 或二丙烯乙二醇普遍在脱漆荆中使用。 腐蚀抑制剂代表性的例子包括丁炔二醇乙氧基化物，炔丙基醇和硫脲或其混和物，腐蚀抑制 剂典型配比为全部重量的1 0 。可选择各式各样的其他有机助熔剂如乙二醇，乙二醇醚， 乙二醇醚酯为基础的溶剂。在另外处专利中，除采用了碳酸盐、乙二醇醚外，还采用了醋 酸乙酯、醋酸丁酯，3 一乙氧基丙酸乙酯等单酯，尤其是3 乙氧基丙酸乙酯具有低毒性从而使 脱漆剂更加环保。可以脱除家具，汽车，船，火车，飞机，军事的车辆表面的聚硫化物、聚 酯亚胺、瓷漆、环氧基树脂等涂层。 j a c l ( s o n l 3 3 】专利中含有4 个二烃基酯化合物、6 种脂肪族二酸酯、催化剂、增稠剂，一个 表面活性剂和至少一个其他的有机包含非卤素的溶剂。高沸点溶剂n 甲基2 吡咯烷酮，二 丙烯乙二醇酯、单烷基醚、三丙烯乙二醇酯；催化剂为氢氧化氨和单乙醇胺，或是b 酸、乙 酸、草酸等；增稠剂选择乙基纤维素、羟丙基纤维素，有机膨润；表面活性剂选择油酸钾， 烷基钠的萘磺酸盐、磺基丁二酸钠二辛酯。 s u w a l a 3 4 刁5 1 发明包括较低的烃基羧酸，大部分采用b 酸，醋酸或其混合物，这些酸的碱 金属盐可能被用。一般添加5 - 3 5 ，较优配比为1 0 - - 3 0 重量百分比。三丙烯乙二醇 单甲基醚、二丙烯乙二醇单甲基醚、丙二醇单甲基醚或者它们的混合物，添量为3 0 - 6 5 ，较优的配比从4 0 - - 6 0 重量百分比。五元环内酯或内酰胺，y 丁内酯、n - 甲基- 2 一 吡咯烷酮、乙烯吡咯烷酮或者其混合物，添量可以是1 0 5 0 ，内酯或内酰胺较优的含 量为1 5o 6 0 4 0 重量分数。主要为聚氧乙烯烷基酚、脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨醇酯等传统 的润湿剂，配比范围l 8 重量百分比，尤其从大约2 4 重量百分比更好。腐蚀抑 制剂o 5 2 重量分数，其中从大约0 9 - - 1 1 重量百分比为好。纤维素醚类增稠剂5 - - 2 重量百分比，较优的0 8 1 1 重量百分比。 c a s t e d 3 6 】低烃基取代2 嗯唑烷酮被发现是一个优良的油漆脱除剂，低烃基取代2 嗯唑 烷酮有3 烷基取代2 嗯唑烷酮、4 烷基取代2 嗯唑烷酮、5 烷基取代一2 一嘱唑烷酮等1 8 碳原 子的取代基，其中3 烷基取代2 嗯唑烷酮最适宜。进一步包含从有双丙酮醇、n 甲基2 吡 咯烷酮、丁内酯、n 乙烯基2 吡咯烷酮、甲苯和二甲本。增稠剂可以是羟丙基纤维素和乙 基纤维素等，选择3 甲基2 嗯唑烷酮重量大约4 0 6 0 。此发明专利可以明显减少脱漆剂的 毒性。 k u d e r 3 7 】组分有2 0 4 0 重量比的水、2 0 - 4 0 重量比的有机共溶剂n 甲基吡咯烷酮、 y 丁内酯：2 0 - - 4 0 重量比的三氧杂环己烷，以及增稠剂。对除去各式各样的油漆和涂料方 8 第一章绪论 面令人惊讶地是有效的。 前文所述过去国内外对水性脱漆剂的较多研究成果多存在一些问题。有些脱漆剂配方因 某些组分的原因，脱漆剂有毒，不适用于桥梁脱漆。有些脱漆剂配方中有阻挥发剂石蜡，该 种脱漆剂使用后会将石蜡残留在基体表面，影响二次涂装。另外尤其是国外些脱漆剂配方， 其原料价格过于高昂。因此，本文着力于筛选无毒、低挥发性高效脱漆组分，并优化配方， 研制出绿色环保水性脱漆刹。 1 3 论文选题的意义和研究内容 钢结构涂层寿命有限，目前桥梁钢结构脱漆技术存在种种缺陷，因环保或者工艺问题， 常规脱漆剂多不宜用于桥梁。绿色环保水性脱漆剂的研发日益受到人们的重视。 随着科技的进步和社会的发展，人们的环保意识越来越强，对脱漆剂的要求也越来越高。 多年来，涂料界一直努力减少溶剂的使用。但是溶剂是脱漆剂的核心成分，因而筛选低毒、 低挥发性的溶剂并使之以少的量稳定的发挥作用十分重要。环境友好型的高效的水性脱漆剂 即满足上述条件的脱漆剂将成为脱漆剂的发展方向，高科技含量的高档次脱漆剂很有发展前 景。 国外早在上世纪九十年代就已经有氯化烃溶剂型脱漆剂的替代品报道，选用非挥发性的 酯及芳香化合物是其中的一个研究热点，例如a 醇及其酯的使用在很多配方中得到采用。此 外，n 烷基吡咯烷酮类物质作为一种有效的脱漆剂配方助剂也正在逐渐被人们所重视。同时 乳化体形态的脱漆剂开发也有了很大的发展。 因此本课题致力于研究性能优异的脱漆剂，通过脱漆机理的分析，以合理的研究方法得 到脱漆剂的最优配比，使其能够高效的去除各种各样的漆层而且不伤害底材，还应满足毒性 低、稳定性好、配制简单及成本低等