（材料物理与化学专业论文）桥梁钢结构用新型水基脱漆剂的制备与应用研究.pdf

so u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g s u p e r v i s e db y s c h o o lo fm a t e r i a l ss c i e n c ea n de n g i n e e r i n g so u t h e a s tu n i v e r s i t y m a y 2 010 东南大学学位论文使用授权声明 得的研究成果。尽我所 或撰写过的研究成果， 我一同工作的同志对本 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图二1 5 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：导师签名 沙f o r 伽 摘要 桥梁钢结构用新型水基脱漆剂的制备与应用研究 摘要 现阶段国内外钢制桥梁的结构形式非常丰富，数量众多。相对于一般的混凝土桥梁，钢制桥梁 具有跨越能力大、强度高、建造周期短等优势。由于环境的影响，钢结构桥梁的防腐涂层需要定期 进行脱除和二次涂装保护。目前市场上的脱漆剂产品具有毒性高、挥发性大、脱漆效率低等缺陷， 不能满足钢结构桥梁施工特性需要，且处理过程中会对水体造成污染，不适用于桥梁脱漆。因此具 有无毒、挥发性小、脱漆效率高，且适用于钢结构桥梁脱漆用的绿色环保水基脱漆剂的研发与应用 具有重要意义。 本文在前期研究人员研究的基础上，首先从基础配方试验研究入手，采用工业原料代替分析纯 化学试剂进行新型水基脱漆剂的合成制备，研究了放大条件下制备的水基脱漆剂产品的稳定性能、 环保性能和通用性能。稳定性能方面，根据乳液制备原理，选择阴离子表面活性剂和非离子表面活 性剂作为混合乳化剂，研究提出了黏度调节剂纯度对于新型水基脱漆剂产品稳定性能的重要影响。 通过正交实验，研究了新型水基脱漆剂产品制备工艺条件对于产品性能的影响，确定了影响因素的 主次关系和水基脱漆剂产品最佳制备工艺参数。新犁能方面，通过添加弱碱性物质，调节新型水基 脱漆剂体系的p h 值。通用性能方面，研究提出了一种具有良好的纵向和横向通用性能的新型水基 脱漆剂产品，不仅适用于聚硅氧烷涂层，还可作为通用型产品进行使用。最终得到新型水基脱漆剂 放大试验后的基础配方和最佳制备工艺参数。 本文其次从新型水基脱漆荆工程实际应用角度出发，研究了温度、风速对于新型水基脱漆挥发 速率的影响，讨论并得出了最佳控制方法。研究了新型水基脱漆剂产品单位面积最佳使用量。针对 不同钢结构立面处理要求进行分析研究，得到了新型水基脱漆剂适宜的黏度范围和配套最佳施工工 艺。在此基础上，根据新型水基脱漆剂产品后处理的要求，研发了新型除锈、保护剂产品。通过钢 结构表面二次涂装漆膜性能的检测，讨论了新型水基脱漆剂对于钢结构表面的影响。结合施工工艺 条件，确定了最终的新型水基脱漆剂配方以及制各工艺。 再者结合新型水基脱漆剂工程实际应用，研究了不同施工条件下的水基脱漆剂的操作工艺和施 工流程，分析比较了不同施工工艺的优劣，总结出了新型水基脱漆剂的施工工法。 本文最后对新型水基脱漆剂的综合效益进行了分析与评价。研究得出，新型水基脱漆剂的成品 价格在1 0 元每千克左右，单位平方米脱漆成本为2 6 元，在价格上具有竞争力。产品具有良好的 新型能，优异的脱漆效率和良好的施工特性，可以根据不同漆膜涂层的处理要求选择合适的脱漆剂 产品和配套的施工工艺，且对钢结构二次涂装无影响。优化后的制备工艺简单，生产效率高，且质 量稳定。综上所述，本课题研制的新型水基脱漆剂产品具有明显的价格优势，性价比高，具有广阔 的市场应用前景和良好的经济效益。 关键词：水基脱漆剂；配方和制备方法；施工工法；环保；p h ；成本效益分析 a b s t r a c t a tp r e s e n t , s t e e lb r i d g e sh a v eal o to fv a r i o u ss t r u c t u r e sb o t ha th o m ea n da b r o a d c o m p a r e dt o o r d i n a r yc o n c r e t eb r i d g e s ，s t e e lb r i d g e sh a v em u c hs i g n i f i c a n tp e r f o r m a n c es u c h 鹤h i i g hc r o s s - c a p a c i t y , h i g hi n t e n s i t y , s h o r tc o n s t r u c t i o np e r i o d sa n do t h e ra d v a n t a g e s h o w e v e r , o w i n gt ot h ed e s t r o yo ft h e e n v i r o n m e n t , s t e e lb r i d g e sr e q u i r ep e r i o d i cr e m o v a lo fa n t i - c o r r o s i o nc o a t i n g sa n ds e c o n d a r yc o a t i n g p r o t e c t i o n c o n v e n t i o n a lc o m m e m i a lp a i n tr e m o v e r s 眦n o ty e ta p p l i c a b l et os t e e lb r i d g e s s u r f a c e 硒t 1 1 e y h a v es o m ed i s a d v a n t a g e ss u c h 笛h i g ht o x i c i t y ，v o l a t i l i t ya n dl o we f f i c i e n c yw h i c hw i l lc a u s ep o l l u t i o n d u r i n gt h et r e a t m e n t s ot h er e s e a r c ho fe n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yw a t e r - b a s e dr e m o v e r sw h i c ha r e a p p l i c a b l et os t e e lb r i d g e s c o a t i n g si so fg r e a ts i g n i f i c a n c e i nt h i st h e s i s ，o nt h eb a s i so fp r e v i o u sr e s e a r c h , w a t e r - b a s e dr e m o v e r s p e r f o r m a n c e ss u c h 弱s t a b i l i t y ， e n v i r o n m e n t a li n f l u e n c ea n dg e n e r a lp e r f o r m a n c ew e r ef i r s t l ys t u d i e df r o ma m p l i f i c a t i o ne x p e r i m e n tb y u s i n gt h ei n d u s t r i a lc h e m i c a l si n s t e a do ft h ea rd e g r e ec h e m i c a lr e a g e n t s i nt h er e s e a r c ho fs t a b i l i t y p e r f o r m a n c eo fw a t e r - b a s e dr e m o v e r s ，am i x e d s u r f a c t a n to ft h ea n i o n i cs u r f a c t a n ta n dn o n - i o n i cs u r f a c t a n t w a sc h o s e na c c o r d i n gt op r i n c i p l eo fe m u l s i o nt h e o r ya n dt h ep u r i t yo ft h i c k e n e rw a sf o u n dt oh a v ea t r e m e n d o u si m p a c to nt h es t a b i l i t yo fw a t e r - b a s e dr e m o v e r s t h e n ，t h ep r e p a r a t i o np a r a m e t e r sw e r es t u d i e d b yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t s i nt h er e s e a r c ho fe n v i r o n m e n t a li n f l u e n c eo fw a t e r - b a s e dr e m o v e r s ，t h ep h v a l u ew a sm o d i f i e db ya d d i n ga l k a l i n es u b s t a n c e s a sf o rt h eg e n e r a lp e r f o r m a n c eo fw a t e r - b a s e dr e m o v e r s ， i ti si n d i c a t e dt h a tw a t e r - b a s e dp o l y s i l o x a n er e m o v e rc a nb eu s e da sau n i v e r s a lp r o d u c tw h i c hc a nb en o t o n l ya p p l i e dt op o l y s i l o x a n ec o a t i n g sb u ta l s ot op o l y u r e t h a n ea n da l k y dc o a t i n g s o p t i m i z a t i o nf o r m u l a s a n dt h eb e s tp r e p a r a t i o np a r a m e t e r so fw a t e r - b a s e dr e m o v e r sw e r ei n v e s t i g a t e di nt h i ss e c t i o n s e c o n d l y , c o n s t r u c t i o np e r f o r m a n c e so fw a t e r - b a s e dr e m o v e r si n c l u d i n gv o l a t i l i z a t i o nr a t e ，v i s c o s i t y , c o n s t r u c t i o nm e t h o d sw e r ee v a i u a t e d f r o mt h er e s e a r c hi n t ot h ev o l a t i l i z a t i o nr a t eo fw a t e r - b a s e d r e m o v e r sa td i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n dw i n ds p e e da n db yc o m p a r i n gs e v e r a lp r o t e c t i o nm e a s u r e s ，t h eb e s t c o n t r o lm e t h o dw a sp r o p o s e d t h eb e s tu s a g ep e ru n i ta r e ao fw a t e r - b a s e dn m o v e r sw a sa l s os t u d i e d b e s i d e s ，t h es u i t a b l er a n g eo fv i s c o s i t ya n dt h eb e a ts u p p o r t i n gc o n s t r u c t i o nm e t h o do fw a t e r - b a s e d r e m o v e r sw e l ei n v e s t i g a t e da c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ho fp r o c e s s i n gr e q u i r e m e n t so fd i f f e r e n ts t e e lf a c a d e s i na d d i t i o n , l i q u i d - b a s e dd e r u s t i n ga n dp r o t e c t i v ea g e n t sw e r ed e v e l o p e du n d e rt h ep o s t - p r o c e s s i n g r e q u i r e m e n t so fw a t e r - b a s e dr e m o v e r s t h e nt h ei n f l u e n c eo fw a t e r - b a s e dr e m o v e r so nt h es t e e ls u r f a c e s w a sd i s c u s s e db yt e s t i n gp r o p e r t i e so fs e c o n d a r yc o a t i n g s t h ef i n a lf o r m u l ao fw a t e r - b a s e dr e m o v e r sa n d i i a b s t r a c t t h eb e s tp r e p a r a t i o np a r a m e t e r sw e r ec o n f i r m e dc o m b i n i n g c o n s t r u c t i o np r o c e s sc o n d i t i o n s f u r t h e r m o r e ，c o m b i n i n gw i t hp r a c t i c a la p p l i c a t i o no fw a t e r - b a s e dr e m o v e r s ，t h ec o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e sa n dc o n s t r u c t i o np r o c e s so fu s i n gw a t e r - b a s e dr e m o v e r sw e r es t u d i e d t h eo p t i m a lc o n s t r u c t i o n m e t h o dw a ss u m m a r i z e db yc o m p a r e dw i t hs e v e r a lm e a s u r e s f i n a l l y ，t h eo v e r a l le f f e c t i v e n e s so fw a t e r - b a s e dr e m o v e r sw a sa n a l y z e da n de v a l u a t e d t h er e s e a r c h i n d i c a t e dt h a tt h ec o s tp r i c eo fw a t e r - b a s e dr e m o v e r si sa b o u t15 r m b 瓜gw h i c hh a st h ea d v a n t a g ei np r i c e c o m p a r i n gw i t ho t h e rp r o d u c t s f u r t h e r m o r e ，w a t e r - b a s e dr e m o v e r sh a v es i g n i f i c a n tp e r f o r m a n c e ss u c ha s g o o de n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c e ，e x c e l l e n tr e m o v a le f f i c i e n c ya n do u t s t a n d i n gc o n s t r u c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i tc a nb ec h o o s e na c c o r d i n gt od i f f e r e n tt r e a t m e n tr e q u i r e m e n t so fc o a t i n g sa n dh a sn oi n f l u e n c eo f s e c o n d l yc o a t i n g s i ns u m m a r y ，d u et oi t ss i g n i f i c a n tp e r f o r m a n c es u c ha st h es i m p l ep r e p a r a t i o n ，t h eh i i g h p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , l o wp r i c e ，g o o dq u a l i t ya n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，i tc a l lb ee x p e c t e dt h a tt h e w a t e r - b a s e dr e m o v e r sw i l lh a v eab r o a dm a r k e tp r o s p e c ta n dg o o de c o n o m i cb e n e f i t s k e yw o r d s ：e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ；p h ；w a t e r - b a s e dr e m o v e r ；c o n s t r u c t i o nm e t h o d ；c o s t - b e n e f i t a n a l y s i s i i i 符廿表 符号表 水基脱漆剂挥发率 水基脱漆剂挥发前后质量之差，g 水基脱漆剂原始质量，g 挥发一段时间后脱漆荆质量，g 空比重瓶的质量，g 充满测定介质的比重瓶的质量，g 测定温度下测定介质的密度，g c m 3 比重瓶的体积，c m 3 比重瓶里测定介质的体积，c m 3 放入适量试样并充满测定介质的比重瓶质量，g 放人适量试样的比重瓶质量，g 脱漆效率 漆膜起皱松软面积，m 2 脱漆前漆膜总面积，m 2 脱漆剂单位面积用量，g m 2 脱漆剂使用量，g 被涂上脱漆剂的漆膜面积，i n 2 腐蚀速率，g m 2 h 浸泡前后钢板质量之差，g 腐蚀试片总表面积，m 2 浸泡时间，h 除锈等级 黏度调节剂与液体溶剂组分质量比值 新型水基脱漆剂体系的黏度，s 新型水基脱漆剂产品代号 v y 蝴m m q 岛v 啦 鸭叩瓯& r m & 屹删s t 融x y 墩 目录 摘要 目录 a b s t r a c t 符号表 第一章绪论 i v 1 1 桥梁涂装及腐蚀状况 l 1 1 1 1 中国桥梁发展现状l 1 1 2 桥梁的涂装及腐蚀状况1 桥梁钢结构脱漆技术发展现状：! 1 2 1 桥梁脱漆技术进展2 1 2 2 现有脱漆剂应用于桥梁脱漆的不足之处3 1 2 3 脱漆剂的研究进展3 1 3 水基脱漆剂概述4 1 4 论文选题意义与研究目标5 第二章新型水基脱漆剂基础实验研究 2 1 新型水基脱漆剂性能指标、检测方法与标准 7 7 2 1 1 新型水基脱漆剂性能指标7 2 1 2 新型水基脱漆剂性能检测方法与标准7 2 2 实验用仪器和原材料 1 0 2 2 1 实验仪器1 0 2 2 2 实验原料。l l 2 2 - 3 实验用钢板试样。1 1 2 3 新型水基脱漆剂既有研究结果 2 4 新型水基脱漆剂稳定性能研究 1 2 1 3 2 4 1 表面活性剂影响研究13 2 4 2 原料纯度对于新型水基脱漆剂稳定性能影响分析1 4 2 4 3 制备工艺对于新型水基脱漆剂影响分析。l5 2 5 新型水基脱漆剂环保性能研究 1 7 2 6 新型水基脱漆剂通用性研究2 0 2 6 1 新型水基脱漆剂横向通用性能研究一2 0 l 目录 2 6 2 新型水基脱漆剂纵向通用性能研究2 l 2 7 本章小结2 l 第三章从施工性能优化新型水基脱漆剂配方2 3 3 1 新型水基脱漆剂挥发性控制研究。2 3 3 1 1 黏度对于新型水基脱漆剂挥发性影响分析2 3 3 1 2 环境囚素对于新型水基脱漆剂挥发性影响分析2 4 3 1 3 新型水基脱漆剂挥发性控制方法研究2 6 3 2 钢结构待处理面对于新型水基脱漆剂脱漆效果影响2 8 3 2 1 新型水基脱漆剂单位面积最佳使用营研究2 8 3 2 2 钢结构立面对于新型水基脱漆剂施t 性能影响研究2 9 3 3 新型水基脱漆剂后处理研究3 3 3 3 1 现有除锈方法和原理3 3 3 3 2 新型除锈、保护剂的研制3 5 3 4 新型水基脱漆剂对钢结构表面二次涂装性能影响 3 9 3 4 1 钢结构表面二二次涂装一3 9 3 4 2 涂膜力学性能检测一4 0 3 5 本章小结 第四章新型水基脱漆剂现场使用研究 4 1 施工工艺规范化 4 1 4 2 4 2 4 1 1 钢结构表面防腐涂层检测分析4 2 4 1 2 新型水基脱漆剂现场使用操作工艺。4 2 4 1 3 新型水基脱漆后处理4 2 4 1 4 钢结构表面二次涂装保护。4 3 4 2 现场操作实例4 3 4 2 1 扬子巴斯夫法兰脱漆4 3 4 2 2 尹山大桥实桥实验4 5 4 2 3 斜港火桥实桥实验4 9 4 3 本章小结! ；3 第五章新型水基脱漆剂综合效益分析鞘 5 1 新型水基脱漆剂原料成本核算与评价5 4 5 2 新型水基脱漆剂制备工艺分析5 6 5 3 新型水基脱漆剂操作使用工艺分析5 7 2 目录 5 4 新型水基脱漆剂环境性能分析5 9 5 5 新型水基脱漆剂市场前景 第六章结论与展望6 1 6 1 结论：6 1 6 2j i ! 基。6 2 附件l 新型水基脱漆剂产品说明6 3 附件2 钢结构用新型水基脱漆剂施工工法。硒 参考文献 硕士期间论文发表情况 致谢 3 7 l 7 3 7 4 第一章绪论 1 1 桥梁涂装及腐蚀状况 1 1 1 中国桥梁发展现状 第一章绪论 现阶段国内外钢制桥梁的结构形式非常丰富，主要形式有大型钢箱梁、钢桁架结构、钢管拱或 钢箱拱结构，以及多种钢制替合梁结构等。相对于一般的混凝土桥梁，钢制桥梁具有跨越能力大、 强度高、建造周期短等优势【l 】o 1 9 5 5 年，第一座长江大桥一武汉长江大桥的胜利建成，结束了我国万里长江无桥的状况。桥 的止桥为三联3 1 2 8 m 的连续钢桁梁，双线铁路上层公路桥面宽1 8 m ，两侧各设2 2 5 m 人行道，包 括引桥在内全桥总长1 6 7 0 4 m 。大型钢梁的制造和架设、深水管柱基础的施t 建设。对我国现代桥 梁技术的发展开辟了新道路。 1 9 6 9 年胜利建成了举世瞩目的南京长江大桥，这是我国白行设计、制造、施j 二，并使用国产高 强钢材的现代人型桥梁，正桥除北岸第一孔为1 2 8 m 简支钢桁粱外，其余为9 孔3 联，每联为3 1 6 0 m 的连续钢桁粱。上层是公路桥面，下层为双线铁路，包括引桥在内，铁路部分全长6 7 7 2 m ，公路部 分为4 5 8 9 m 。 华夏第一桥江阴长江公路大桥，是我国“八五”规划的“两纵两横”国道主干线中沿海主 骨架的跨江工程，是目前中国第一、世界第四大跨径钢悬索桥。人桥由桥塔、主缆、钢箱梁等主要 部件组成。大桥全长3 0 7 1 m ，主跨1 3 8 5 m ；桥面宽3 3 8 m ，双向六车道，设计车速l o o k m h ：通航净 空为5 0 m ，可通行五万吨级巴拿马型散货轮。江阴长江公路人桥的两根主索，各长约2 4 0 0 m ，直径 近l m ，每根重1 4 万多吨，主索用1 2 7 根直径5 3 m m 的钢丝搅成索，再由1 6 9 股钢索组成主索。主 桥每边有8 5 个吊杆用以连接主索和桥面。两岸索塔标高为1 9 6 2 3 6 m ，相当于6 5 层搂高。北塔基长 4 3 5 m ，宽7 3 5 m ，下有1 2 3 根近9 0 m 长的基础桩。北锚的混凝土沉井平面长6 9 m ，宽5 1 m 。沉入地 面5 8 m ，被称为世界第一大沉井。 随着我国基础设施建设步伐的加快，我国桥梁的建设取得了飞速的发展，截至到2 0 0 9 年底，桥 梁总数约达6 0 万座，较改革开放前增加了5 4 4 l 万座【2 j 。 1 1 2 桥梁的涂装及腐蚀状况 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l o 万吨以上。而表面腐蚀、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 3 1 。 东南人学硕七学位论文 另外，科学技术进步的同时，环境污染日益严重。酸雨，作为汽车工业、水泥工业、炼钢工业 以及化学工业发展带来的副产物，极易侵入水体、土壤和建筑物，加剧结构物的腐蚀破坏。由于环 境造成的腐蚀日益严重，钢结构桥梁的防腐涂装和二次涂装保护维修受到人们的重视。 从过去的两层涂漆到现在的三层加厚涂漆，重防腐涂装已经成为钢桥防腐涂装的主流方式。在 不同的重防腐涂装中，防腐涂装t 艺和涂料品种非常相似，即涂层设计是底漆、中间漆和面漆组成 的多层涂装体系。油漆品种为环氧( 无机有机) 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：漆膜涂层将钢铁与腐蚀环境机械隔离开。 ( 2 ) 钝化、缓蚀作用：涂装体系中，第一道车间底漆对钢铁有钝化、缓蚀作用，并对于中间漆 具有良好的结合力。 ( 3 ) 阴极保护作用：防腐底漆中添加锌粉( 如富锌底漆) ，其中的金属锌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 作用逐渐减弱和消失。起阴极保护作用的锌粉是由涂料中成膜物质固载于钢铁表面上的，随着成膜 物质的裂解、老化，锌粉无法与钢铁紧密结合，阴极保护作用随之消失。其次，由于油漆涂层本身 有无数微孔且长期处在盐雾和潮湿的环境条件中，氯离子、水分子等小分子物质会透过微孔腐蚀金 属基材，在漆层与基体金属交界处产生的腐蚀产物由于积聚膨胀，导致漆层剥落，进而导致整个防 腐体系失效1 4 。 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，在应力作用下，腐蚀速度将大大提高。所以即使是多 层加厚的重防腐涂装也有一定的使用寿命，一般为5 1 0 年就需要完全脱除旧漆膜涂层，进行二次 涂装维修保护。 截止到目前，钢结构的腐蚀问题正在给世界各国的国民经济带来巨大的损失。一些主要的工业 国家每年由于钢结构腐蚀而造成的经济损欠约占国民经济生产总值的2 4 。 1 7 4 1 年英国t e e s 河上的第一座铁桥由于未加任何保护，于六十年后，因铁链锈蚀而倒坍，成为 桥梁防腐史上的一个惨痛教训。近年来，由于环境恶化等一系列原因，有病害的桥梁急剧增长，已 成为桥梁维护工作的一大难题。美国的大约五十万座桥梁中有二十多万座已有损坏，有十三多万座 桥梁带有限制过往卡车重量的标牌，约五千多座桥梁已经关闭，每年平均有一百五十n - 百座桥梁 部分或者完全坍塌。据资料统计，我国铁路桥梁失格率达2 0 p 】。 1 2 桥梁钢结构脱漆技术发展现状 1 2 1 桥梁脱漆技术进展 桥梁钢结构漆膜经过长期暴露，会出现老化、龟裂、起皮及脱落等现象，导致漆膜对基材本体 失去保护作用。所以由于环境带来的伤害以及漆膜老化带给钢结构的潜在威胁一定要提前预防。脱 除旧漆膜涂层，二次涂装新漆，可以有效地对桥梁钢结构部件进行保护，延长桥梁的使用寿命。 2 第一章绪论 对于脱除旧漆膜涂层，过去采用火焰烧烤法，这种方法会产生大量由于没有燃烧完全而产生的 的氧化物，污染大气环境。高压水射流喷砂是2 0 世纪7 0 年代兴起的一项技术，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。常规喷砂在除锈除漆方面已经广泛使用。 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 号的同体颗粒，利用固一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。但由于对环境污染严重，危害人体健康，且不适用于薄壁钢结构， 逐步被其他除锈除漆方法所取代1 6 1 。 脱漆剂是目前应用于脱除基材表面漆膜的常规方法。脱漆剂的主要作用就是破坏漆膜的空间结 构和漆膜与基材的结合力。脱漆剂中的溶剂分子渗透到漆膜聚合物的分子链段中，造成漆膜的溶解 或使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，漆膜就会产生 鼓泡，从基体上剥离开来。其操作工艺比起目前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，其主要原因是有机溶剂对环境污染非常严重，且受制于钢结构 桥梁建筑处理过程中环境因素和施t 条件的制约。 1 2 2 现有脱漆剂应用于桥梁脱漆的不足之处 河湖干枯，土地沙漠化、盐碱化，草地退化，生物多样性减少，全球气温变暖，自然灾害增加， 这些都是我们现在面临的严重的环境问题，是近代以来工业发展带米的环境危害的积累效应。环境 的不断恶化促使人们对于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。 此外，适应于既有建成后的钢结构桥梁的脱漆处理要求的脱漆剂产品匮乏。目前，国内外通常 使用的脱漆剂产品均基于可拆卸条件下的钢结构立面脱漆处理，不能满足对于既有成型的钢结构立 面的处理。施： 环境的变化对于脱漆剂的理化性能也提出了新的要求，这些都是常用脱漆剂所无法 满足的。此外，常用的脱漆剂产品具有毒性高、挥发性强等缺点。能否开发一种能够虑用于桥梁钢 结构环境友好型脱漆剂成为我们思考的一个问题。 1 2 3 脱漆剂的研究进展 目前市场上的脱漆剂主要分为三类：一类是碱溶液脱漆剂，类是酸溶液脱漆剂，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。碱 溶液脱漆剂对人体及被脱基底有害；酸性溶液脱漆剂因其具有较强的酸性腐蚀作用，对基材本身产 生腐蚀损害；有机溶剂型脱漆剂高毒、易燃，故其应用受到影响和限制。 从目前来看，国内脱漆剂仍存在一些问题，如毒性大，脱漆时间长，脱漆效果不够理想，污染 严重等。高质量、清洁环保、高附加值产品较少。现有的脱漆剂产品中一般会添加阻挥发成分石蜡， 而加入的石蜡残留在脱漆物体的表面，后处理时需要进行彻底地清除。由于脱漆处理表面的情况复 杂，使得去除石蜡非常困难，这给下一步的涂装保护带来很大的不便。 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， 3 东南大学硕士学位论文 8 0 年代以前的脱漆剂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i 7 。 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，低挥发性的水基脱漆剂 的研发日益受到人们的重视。水基脱漆荆是指以水作为基体材料的一类脱漆剂。其中包含有水和水 溶性有机溶剂的水溶性基体相和油溶性有机溶剂。油性溶剂组分在表面活性剂的作用下稳定存在于 水溶性基体中。水基脱漆剂可被酸活化或碱活化。使用时，水基脱漆剂中的溶剂组分通过漆膜表面 的微孔渗入漆膜当中，与漆膜发生一系列物理化学作用。一段时间后，漆膜涂层开始溶解、裂化， 形成鼓泡和裂纹，与钢结构基材分离开来，实现有效脱除漆膜的目的。 1 3 水基脱漆剂概述 目前在国内，科研人员已成功地研制出以醇类代替二氯甲烷为主溶剂的水基脱漆剂。除了醇类， 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，缺点是挥发性过大嗍。国外尤其是美国，日本和欧洲国家对水基脱漆剂的研究较多，但是价格 昂贵。 张雨山【9 i 发明专利是一种由促进剂、乙醇、三氯甲烷、十二烷基苯磺酸钠、氯乙酸等混合组成 的快速水基脱漆剂，用于在常温下脱除金属表面漆层，尤其适宜脱除自行车零什漆层，具有脱漆速 度快、成本低、应用方便并可反复使用等特点。 刘方等1 0 1 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、表面活性剂和 水等组分组成。脱漆性能与二氯甲烷型脱漆剂相当，且环境污染及毒性都有大幅度的下降。 李凤兰川等介绍了一种含乙二醇醚的脱漆剂，其适宜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。 周剌1 2 1 报道了一种以苯甲醛为溶剂的低毒、低挥发性脱漆剂。此种脱漆剂对脱除金属基体表面 的环氧涂层和飞机蒙皮漆效果明显。 科雷兹研究的脱漆剂含有苯基取代烷基醇。此种脱漆剂对除去聚氨酯丙烯酸封闭漆等效果 明显。 拉杜f 1 4 】报道了一种高效脱漆组合物，其中含有二价酸酯、萜衍生物或松脂、乙二醇单甲醚乙酸 酯和润湿剂。专利发现特定数量的溶剂混合物优于每一种溶剂使用时的脱漆效果，而且不限漆膜的 类型或基材种类。 蒂斯塔索1 1 5 1 研究的脱漆剂含有醇、芳香族烃溶剂、石蜡、腐蚀抑制剂等。其中茴香醚用量为乳 状液总量的2 - 1 6 ，而茴香醚的掺入可提高脱漆速率。 劳罗裂1 6 1 研究了一种油水混合型脱漆剂。专利发现当脱漆剂组合物包含有机溶剂和水，呈现非 乳液形式，具有很好的使用性能。该脱漆剂产品可在2 3 h 内从铝基底上脱除聚氨酯漆、丙烯酸酯漆、 环氧漆。 4 第一章绪论 p a l m e d l 7 1 报道的专利改良以往的脱漆剂，不含甲醇、氯化烃、苯等毒害人的有机溶剂，安全环 保、低毒性，低挥发性。 m a r q u i s f 嵋1 公开了一种不含二氯甲烷的脱漆剂配方专利，这种脱漆剂主要含有碳酸亚烃酯或二烃 基碳酸盐中的一种或两种、过氧化氢以及水等。 h i a t t 掣1 9 1 公开了一种有柳无机混合物的脱漆剂配方专利。该脱漆剂配方无毒、无腐蚀、低挥发 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。 日本专利口0 1 公开了一种不含有机氯化合物的脱漆剂，它由酸性物质、芳族溶剂、表面活性剂和 水组成，具有良好的脱漆效率且不可燃。 m a c h a c 2 1 】公开的发明专利中包含有机碳酸盐，促进剂烃基取代环烷、大豆油，水和增稠剂。此 种脱漆剂可以脱除家具、汽车、船、火车、飞机、军事车辆表面的聚硫化物、聚酯亚胺、瓷漆、环 氧基树脂等涂层。 k u d e r l 2 2 1 发明专利中脱漆剂中组分有水、三氧杂环己烷，增稠剂等。此种脱漆剂对除去多种油漆 和涂料效果优良。 水基脱漆剂脱漆作用与有机溶剂型脱漆剂相似，主要是利用溶剂组分与漆膜问一系列物理化学 作用，使漆膜溶解、溶胀，进而使漆膜在钢结构基材表面剥离和脱落。考虑剑漆层与基体结合的主 要黏合剂一般为有机高分子化合物，只要将此类聚合物溶解、溶胀，漆层自然会从基体上脱落。 1 4 论文选题意义与研究目标 目前，钢结构涂层寿命有限，桥梁钢结构脱漆技术存在缺陷和不足。由于受到环境因素和施工 条件限制，常规脱漆剂产品不能满足既有桥梁钢结构部件的脱漆处理要求。绿色环保、施工性能优 异的新型水基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，对脱漆剂性能的要求也越来越高。 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 性的溶剂十分重要。环境友好且高效脱漆的水基脱漆剂将成为脱漆剂的发展方向，高科技含量、高 附加值新型的水基脱漆剂具有广阔的应用前景。 本课题在前期研究人员工作的基础上，从基础配方实验研究入手，进行水基脱漆剂产品放人实 验生产，研究放大条件下制备的水基脱漆剂产品的稳定性能、环保性能和通用性能。得到新型水基 脱漆剂放大试验后的基础配方和最佳制备工艺参数。在不伤害基材前提下，达到高效去除目标漆膜 涂层目的；满足毒性低、稳定性好、配制简单及低成本等要求。其次，模拟现场施工条件，分析研 究影响因素，并给出有效控制方案。结合实际工程应用，研究不同施工条件下的水基脱漆剂的操作 工艺和施工流程，形成新型水基脱漆剂施工工法。对新型水基脱漆剂的综合效益进行分析与评价， 归纳总结其市场应用前景和潜在的经济效益。配合新型水基脱漆剂的使用，研究针对钢结构桥梁表 面的锈蚀脱除技术，开发一种高效环保的水基除锈、保护剂产品，脱除表面锈蚀，保护脱漆剂处理 后裸露的钢结构基材表面。 桥梁钢结构用新型水基脱漆剂的制备与应用研究的主要内容为： s 东南大学硕十学位论文 ( 1 ) 采用工业原料代替分析纯化学试剂进行新型水基脱漆剂的合成制备，研究放大条件下制备 的水基脱漆剂产品的稳定性能、环保