CN103360931A - 一种用于金属临时性保护的水性可剥离涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于金属临时性保护的水性可剥离涂料。制备该涂料时，先向水中依次加入润湿剂、分散剂和增稠剂，搅拌；然后在1200rpm～2500rpm下高速分散，得到稳定的分散液；然后在搅拌下，往分散液中加入水性聚氨酯和苯丙乳液，搅拌；调节搅拌速度为200rpm～600rpm，加入流平剂、成膜助剂、水性脱皮剂、水性缓蚀剂和消泡剂，制得金属用水性可剥离涂料。经测试，当本发明干膜厚度为0.08mm～0.09mm，涂层平均拉伸强度达到10.78MPa，平均断裂伸长率达到353.5%。涂膜耐水性和耐3%NaCl溶液测试超过48h，无明显起泡和生锈；涂膜的防腐蚀性能较好，且具有抗紫外线功能。

Description

一种用于金属临时性保护的水性可剥离涂料

技术领域

本发明涉及一种水性涂料，特别是涉及一种适用于金属临时性保护的水性可剥离涂料及其制备方法，属于金属防护涂料领域。

背景技术

钢材、零部件和仪器设备在运输和贮存的过程中，容易受到来自酸雨、水汽、油污、微生物等多方面的侵蚀以及人为刮伤，使其表面受到不同程度的损害，缩短使用寿命。一般的防腐蚀措施有刷油漆、热喷涂等方法。若需要在使用时除去漆膜，常常利用有机溶剂溶解漆膜，甚至直接用工具刮去。这样的方法不仅要花费人力物力，而且漆膜难以除尽，甚至会有损基材表面。若在这些材料或设备表面覆盖一层临时性的保护膜，能够隔绝外界不良因素的侵蚀，大大减少损害的发生。在材料或设备重新投入使用时，保护膜能够成片剥离，不影响器材的外观和性能。可剥离防护涂料的产生满足了这方面的需求。这种新型涂料生产工艺简单，施工方便，采用喷涂、刷涂等方法涂膜，因此可以运用在结构复杂的工件上。

在我国，可剥离涂料的研究和应用起步比其他国家晚，产品种类、质量和性能上都相对落后。此外，由于有机溶剂型可剥离涂料在强度、弹性和防护性方面都表现较出色，目前为我国这领域的主流产品，相关的研究也比较多。但为，溶剂型可剥离涂料需要使用大量的有机溶剂，不仅污染环境，危害人的身体健康，而且造成严重的资源浪费。随着人们环保和节能意识的提高，以水为溶剂的环保型水性可剥离涂料具有巨大的发展潜力，将成为日后该行业的研究热点。

目前，国内关于水性可剥离涂料的相关文献不多。例如郭军红等2011年在中国建材科技上发表了自合成的水性聚氨酯和苯丙乳液复配的水性可剥离涂料的研制。该涂料在涂膜0.2mm时剥离效果较好，耐水性达10h。刘宏宇等2012年在中国表面工程上发表了以聚氨酯乳液为成膜物质，纳米碳酸钙为填料的水性可剥离涂料的制备及性能研究。该涂料在涂膜厚度为0.13mm～0.14mm时剥离效果较好，拉伸强度9.51MPa，断裂伸长率274.54%，耐酸碱性和耐水性达12h。以上方法制备的可剥离涂料虽然满足了对基材短时间防护以及涂膜能够完整剥离的要求，但涂膜达到较好的剥离效果所需的厚度较大，单位面积上使用的涂料量较多。此外，涂膜的耐水性较低，防腐性能有待提高。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于金属临时保护的水性可剥离涂料；该涂料剥离效果和防护性能较好；涂膜具有较高拉伸强度和断裂伸长率，低剥离强度，较好的耐水性和耐盐水性；涂膜还能明显地阻止紫外线穿透。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其特征在于，以质量百分比计，原料配方包括如下组分：

所述的水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯水分散体；

所述的苯丙乳液为苯乙烯/丙烯酸酯共聚物；

所述的水性脱皮剂为亲水改性的有机硅聚合物或脂肪酸盐；

所述的润湿剂为Hydropalat 140、Carbowet DC01、Surfynol 104H、Surfynol 465和TegoWet270中的一种或多种；

所述的分散剂为BYK-190、Tego Dispers750W、 hydro disper 151和 Dispert KPA中的一种或多种；

所述的消泡剂为BYK-024、BYK-019、tego Foamex810和道康宁62中的一种或多种；

所述的增稠剂为WP QP52000H、 HS30000YP2、 Rheo T30和 RM-8W中的一种或多种；

所述的流平剂为RM2020、BYK-359、 CA-401和1210中的一种或多种；

所述的成膜助剂为乙二醇、丙二醇、丙二醇苯醚和醇酯十二中的一种或多种；

制备时，先在搅拌速度为200rpm～600rpm下，向水中依次加入润湿剂、分散剂和增稠剂，搅拌5min～20min；然后在1200rpm～2500rpm下高速分散15min～40min，得到稳定的分散液；然后在搅拌速度为600rpm～1500rpm下，往分散液中加入水性聚氨酯和苯丙乳液，搅拌10min～30min；调节搅拌速度为200rpm～600rpm，加入流平剂、成膜助剂、水性脱皮剂、水性缓蚀剂和消泡剂，搅拌5min～30min，制得金属用水性可剥离涂料。

所述的润湿剂为德国巴斯夫Hydropalat140、美国气体化工Carbowet DC01、Surfynol104H、Surfynol465和德国迪高TegoWet270中的一种或多种；

所述的分散剂为德国毕克BYK-190、德国迪高Tego Dispers750W、深圳海润化工有限公司hydro disper151和深圳明佳科技有限公司Dispert KPA中的一种或多种；

所述的消泡剂为德国毕克BYK-024、BYK-019、德国迪高tego Foamex810和道康宁62中的一种或多种；

所述的增稠剂为陶氏化学WP QP52000H、科莱恩HS30000YP2、深圳市明佳科技有限公司Rheo T30和罗门哈斯RM-8W中的一种或多种；

所述的流平剂为罗门哈斯RM2020、德国毕克BYK-359、广州宣宁化工科技有限公司CA-401和深圳市摩能化工有限公司1210中的一种或多种；

所述的成膜助剂为乙二醇、丙二醇、丙二醇苯醚和醇酯十二中的一种或多种；

制备时，先在搅拌速度为200rpm～600rpm下，向配方质量份水中依次加入配方中的润湿剂、分散剂和增稠剂，搅拌5min～20min；将配方中的无机填料加入其中并使其充分润湿，然后在1200rpm～2500rpm下高速分散15min～40min，得到稳定的分散液；然后在搅拌速度为600rpm～1500rpm下，往分散液中加入配方中的水性聚氨酯和苯丙乳液，搅拌10min～30min；调节搅拌速度为200rpm～600rpm，加入配方中的流平剂、成膜助剂、水性脱皮剂、水性缓蚀剂和消泡剂，搅拌5min～30min，制得金属用水性可剥离涂料。

为进一步实现本发明目的，所述的水性聚氨酯乳液为上海源禾化工有限公司Acure8110、Bayhydrol XP2558，广州昊禾化工有限公司Acure2593或广东天银化工有限公司TC-303。

所述的苯丙乳液为巴德富集团RS733、RS899，德国汉高Napoly7199A或Napoly7166T。

所述的原料配方中还包括无机填料，以质量百分比计，无机填料占0～20%；所述无机填料为云母粉、滑石粉、高岭土、硅灰石、硅藻土中的一种或多种；制备时，加入润湿剂、分散剂和增稠剂搅拌5min～20min后加入无机填料。

所述的原料配方中还包括水性缓蚀剂，以质量百分比计，水性缓蚀剂占0～2.0%；所述的水性缓蚀剂为佛山市中迪贸易公司CH07A，上海劲辉化工有限公司Raybo70和Raybo60中的一种或多种；制备时，水性缓蚀剂与流平剂、成膜助剂、水性脱皮剂和消泡剂一起加入。

所述的水性脱皮剂为东莞杰臣化工有限公司AA-204、AA-306，上海水基化工有限公司SJ-W85或湖南市菱湖新望化学有限公司X800。

该涂料用刮涂或喷涂的方法涂布在事先经过除锈、除油的金属上；涂膜在室温通风环境下静置自干，表干时间20min～35min，实干时间2h～3h，干燥后的涂膜为灰白色半透明。

该涂料干膜厚度为0.08mm～0.09mm时，涂膜平均拉伸强度达到10.78MPa，平均断裂伸长率达到353.5%；涂膜耐水性和耐质量浓度3%NaCl溶液超过48h，无明显起泡和生锈，且能阻止紫外线的穿透。

本发明选用市售水性聚氨酯乳液为主要成膜物质。该乳液具有较强的拉伸强度（大于40MPa）、良好的可剥离性以及较好的耐溶剂性能，但为断裂伸长率较低（小于200%）；加入一种市售的柔韧性、耐溶剂性较好的苯丙乳液可以调节聚氨酯乳液的柔韧性。在成膜过程中，水性聚氨酯和苯丙乳液中的单体官能团相互缠绕，形成牢固的化学键或不稳定的氢键，从而使整个涂膜形成一种带有苯环、脂环、甲基、羧基、酯键等支链的网状高分子聚合物。这种结构不仅使涂膜具有良好的柔韧性，还使涂膜具有一定的强度和硬度。随着水分的挥发，涂料中两种成膜物质会不断的缠绕、固化，最后形成一层连续、透明的涂膜。

本发明具有微观片状结构的无机填料均匀分散在涂膜中，能够有效阻挡水汽和紫外线的穿透，其表面的羟基能够有效锁住水分，因此该填料能够提高涂层的防腐蚀性和抗紫外线功能。此外，片状结构使填料具有弹性，能够提高涂膜的断裂伸长率。

本发明添加适量的水性脱皮剂，能够降低涂层与基材之间的附着力，使涂层容易剥离，并调节涂膜的硬度和柔韧性。尤其是，该脱皮剂还具有疏水性，能够提高涂膜的防水性。

本发明缓蚀剂能够在金属表面形成一层防护膜，防止湿膜在固化过程生锈，并能提高干膜的防腐蚀性。

本发明具有如下优点：

（1）本发明所制备的水性可剥离涂料性能稳定，干膜厚度小于0.1mm即可完整剥离，比市面上同类产品所需剥离厚度低，节省了涂料；涂膜拉伸强度和断裂伸长率较高，性能优于同类产品。

（2） 本发明所制备的水性可剥离涂料以水性聚氨酯和苯丙乳液按一定配比复配而成，并使用价格低廉的无机填料，因此生产成本相对较低，同时该涂料具有水性涂料共有的优点即低VOC排放。

（3） 不同于市面上大部分可剥离涂料只能用于表面光滑的材料，本发明所制备的水性可剥离涂料能直接用于保护表面粗糙的金属材料，且不存在初期闪锈问题；防腐蚀性能较好，且具有抗紫外线功能，对金属材料以及仪器设备可以起到很好的防护作用，减缓它们的损耗。

附图说明

图1为实施例2涂膜的紫外-可见光透过率。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1

一种用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，由如下重量配比的原料组成：

用于金属临时性保护的水性可剥离涂料的制备方法：取28g水置于宽敞的反应器中，在搅拌速度为200rpm下，先加入0.5g WP QP52000H，搅拌使其溶解，然后依次加入0.2gHydropalat 140、0.5g BYK-190，搅拌30min；将3g硅灰石缓慢加入其中，待其充分润湿后，在转速1200rpm下分散30min； 调节搅拌速度为600rpm，依次加入54g Bayhydrol XP 2558、6g RS733，搅拌10min；调节转速为200rpm，依次加入0.2g RM2020、6g乙二醇、5g AA-204、0.5g CH07A和0.5g BYK-024，搅拌5min。

涂料静置24h后，使用四边高度分别为0.05mm、0.075mm、0.1mm、0.15mm的四刃湿膜制备器在经过打磨、除锈、除油的120mm×30mm×0.28mm马口铁上涂膜，使干膜厚度为0.08mm～0.09mm。涂膜在室温下放置7天，分别按照表1的国标进行拉伸强度、剥离强度、耐水性和耐盐水性测试，测试标准见表1，测试结果如表2所示。

实施例2

一种用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，由如下重量配比的原料组成：

用于金属临时性保护的水性可剥离涂料的制备方法：取23g水置于宽敞的反应器中，在搅拌速度为400rpm下，依次加入0.6gCarbowet DC01、0.8g BYK-180，0.7g RM-8W，搅拌10min；将5g滑石粉缓慢加入其中，待其充分润湿后，在转速1500rpm下分散30min；调节搅拌速度为1000rpm，依次加入45g Acure 2593、19g RS899，搅拌20min；调节转速为500rpm，依次加入0.6g CA-401、4g醇酯十二、0.5g AA-306、0.7g Raybo70和0.5gBYK-019，搅拌20min。

涂膜与测试机械性能的步骤与实施例1相似，最后的测试结果见表2。

用该实施例制备的可剥离涂膜进行紫外-可见光透过率测试，结果如图1所示。可剥离涂膜对紫外光有明显的阻挡作用，特别是波长200nm～300nm的紫外光透过率均在30%以下。

实施例3

一种用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，有如下重量配比的原料组成：

本实施例的用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其制备方法如下：取22g水置于宽敞的反应器中，在搅拌速度为250rpm下，依次加入0.2gCarbowet DC01、1.0g Dispert KPA，0.8g Rheo T30，搅拌15min；将5g云母粉缓慢加入其中，待其充分润湿后，在转速1800rpm下分散30min； 调节搅拌速度为900rpm，依次加入47g Acure8110、20g RS733，搅拌30min；调节搅拌速度为500rpm，依次加入0.6g RM-2020、2.0g醇酯十二、1.0g AA-204、0.7g CH07A和0.5g BYK-019，搅拌20min。

涂膜与测试机械性能的步骤与实施例1相似，最后的测试结果见表2。

实施例4

一种用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，有如下重量配比的原料组成：

本实施例的用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其制备方法如下：取20g水置于宽敞的反应器中，在搅拌速度为600rpm下，依次加入0.2g TegoWet270、0.8g TegoDispers750W，0.8g RM-8W，搅拌5min；另取8.0g硅藻土缓慢加入其中，待其充分润湿后，在转速2500rpm下分散20min； 调节搅拌速度为1300rpm，依次加入45g TC-303、19g Napoly7199A，搅拌10min；调节转速为600rpm，依次加入0.5G BYK-359、2.0g丙二醇、1.0g SJ-W85、0.7g Raybo60和0.6g Tego foamex810，搅拌5min。

涂膜与测试机械性能的步骤与实施例1相似，最后的测试结果见表2。

实施例5

用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，有如下重量配比的原料组成：

本实施例的可用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其制备方法如下：取17g水置于宽敞的反应器中，在搅拌速度为300rpm下，依次加入0.2g Surfynol 104H、0.2g Surfynol465，0.2g hydro disper151、0.5g Dispert KPA，0.7g RM-8W，搅拌15min；将15g高岭土缓慢加入其中，待其充分润湿后，在转速2000rpm下分散25min；调节搅拌速度为1000rpm，依次加入43g Acure8110、18g Napoly7166T，搅拌30min；调节搅拌速度为500rpm，依次加入0.4g1210、2.0g丙二醇苯醚、1.0g X800、0.7g Raybo60和1.0g道康宁62，搅拌30min。

涂料放置24h后，按照涂料对水的质量比3:1在涂料中加入水，在转速400rpm下搅拌30min，然后使用喷枪对经过打磨、除锈、除油的120mm*30mm*0.28mm马口铁喷涂，喷涂次数为3～4次，后一次喷涂必须在前一次喷涂的涂膜实干后才可进行。最终涂膜厚度为0.08mm～0.09mm。涂膜在室温下放置7天分别进行拉伸强度、剥离强度、耐水性和耐盐水性测试，最后测试结果见表2。

表1为本发明实施例所得涂膜的基本机械性能的测试标准，其中拉伸性能包括表2中的平均拉伸强度和平均断裂伸长率的测试。图1为实施例2制备的涂膜的紫外-可见光透过率测试结果。

表1涂膜性能测试标准

表2涂膜的基本机械性能

水性可剥离涂料普遍存在拉伸强度和断裂伸长率低、防腐蚀性能不足的缺点，原因可能是成膜树脂本身强度低，剥离效果差，耐水和耐酸碱性能不好，或者涂料配方设计没有考虑到防腐蚀方面。首先，本发明采用的成膜树脂为拉伸强度很高、剥离强度低、耐水和耐溶剂性能良好的水性聚氨酯，复配柔韧性好、耐水耐溶剂的苯丙乳液。苯丙乳液大分子嵌入水性聚氨酯大分子中，相互缠绕并形成牢固的化学键或不稳定的氢键，从而使整个涂膜形成一个网状高分子结构，增加涂膜的挠曲性、柔性，并使水分子和有机分子难以通过，提高涂膜的耐水性和耐溶剂性。其次，本发明加入了一种片层状功能填料。该填料容易在涂料中定向排列，层层交错。乳液分子包覆在填料周围，两者紧密结合，相互作用，使涂膜更致密。填料加入后涂膜的拉伸强度大大提高，且片状结构使填料富有弹性，可弯曲，涂膜的断裂伸长率也明显提高。水汽分子通过涂膜一般经历吸附、溶解、扩散、解吸等过程。涂膜中层层交错的粉体使吸附和溶解在涂膜中的水汽分子扩散路径增长，透水率低；填料表面的活性羟基对水汽分子有较大的作用力，被吸附的水汽分子填充到涂膜的空隙中，且解吸较困难，因此该功能填料能够降低涂膜水汽透过率。功能填料具有特殊的晶体结构，使它具有屏蔽紫外线的功能。测试表明加入了该功能填料后涂膜的紫外线透过率显著降低。乳液与功能填料的相互作用使涂膜具有良好的力学性能和防护性。再者，为了使涂膜具有更好的剥离效果，本发明还加入了一种水性脱皮剂。该脱皮剂能够在涂膜与金属基材之间形成一层有机隔离层，从而降低涂膜的基材附着力；该脱皮剂还具有增塑功能，使涂膜柔性提高，有利于涂膜缓解外界冲击。水性涂料用在金属基材上容易出现涂膜干燥初期闪锈问题，因此本发明加入了一种水性缓蚀剂，能够抑制金属基材表面发生阴极化反应，避免金属被空气中的氧所氧化，防止金属基材在湿膜固化初期出现生锈，并能提高干膜的防腐蚀性。从表2可以看出，本发明所制备的可剥离涂膜具有较高拉伸强度和断裂伸长率，低剥离强度，较好的耐水性和耐盐水性；图1表明可剥离涂膜具有明显的抗紫外线穿透的功能。本发明所制备的水性可剥离涂料其涂膜的力学性能和防护性高于市面上同类产品。

Claims (8)

1.一种用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其特征在于，以质量百分比计，原料配方包括如下组分：

所述的水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯水分散体；

所述的苯丙乳液为苯乙烯/丙烯酸酯共聚物；

所述的水性脱皮剂为亲水改性的有机硅聚合物或脂肪酸盐；

所述的润湿剂为Hydropalat 140、Carbowet DC01、Surfynol 104H、Surfynol 465和TegoWet270中的一种或多种；

所述的分散剂为BYK-190、Tego Dispers750W、 hydro disper 151和 Dispert KPA中的一种或多种；

所述的消泡剂为BYK-024、BYK-019、Tego Foamex810和道康宁62中的一种或多种；

所述的增稠剂为WP QP52000H、 HS30000YP2、 Rheo T30和 RM-8W中的一种或多种；

所述的流平剂为RM2020、BYK-359、 CA-401和1210中的一种或多种；

所述的成膜助剂为乙二醇、丙二醇、丙二醇苯醚和醇酯十二中的一种或多种；

制备时，先在搅拌速度为200rpm～600rpm下，向水中依次加入润湿剂、分散剂和增稠剂，搅拌5min～20min；然后在1200rpm～2500rpm下高速分散15min～40min，得到稳定的分散液；然后在搅拌速度为600rpm～1500rpm下，往分散液中加入水性聚氨酯和苯丙乳液，搅拌10min～30min；调节搅拌速度为200rpm～600rpm，加入流平剂、成膜助剂、水性脱皮剂、水性缓蚀剂和消泡剂，搅拌5min～30min，制得金属用水性可剥离涂料。

2.根据权利要求1所述的用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其特征在于：所述的水性聚氨酯乳液为Acure8110、Bayhydrol XP2558、Acure2593或TC-303。

3.根据权利要求1所述的用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其特征在于：所述的苯丙乳液为RS733、RS899，Napoly7199A或Napoly7166T。

4.根据权利要求1所述的用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其特征在于：所述的原料配方中还包括无机填料，以质量百分比计，无机填料占原料的0～20%；所述无机填料为云母粉、滑石粉、高岭土、硅灰石、硅藻土中的一种或多种；制备时，加入润湿剂、分散剂和增稠剂搅拌5min～20min后加入无机填料。

5.根据权利要求1所述的用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其特征在于：所述的原料配方中还包括水性缓蚀剂，以质量百分比计，水性缓蚀剂占原料的0～2.0%；所述的水性缓蚀剂为CH07A、Raybo70和Raybo60中的一种或多种；制备时，水性缓蚀剂与流平剂、成膜助剂、水性脱皮剂和消泡剂一起加入。

6.根据权利要求1所述的用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其特征在于：所述的水性脱皮剂为AA-204、AA-306、SJ-W85或X800。

7.根据权利要求1所述的用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其特征在于：该涂料用刮涂或喷涂的方法涂布在事先经过除锈、除油的金属上；涂膜在室温通风环境下静置自干，表干时间20min～35min，实干时间2h～3h，干燥后的涂膜为灰白色半透明。

8.根据权利要求7所述的用于金属临时性保护的水性可剥离涂料，其特征在于：该涂料干膜厚度为0.08mm～0.09mm时，涂膜平均拉伸强度达到10.78MPa，平均断裂伸长率达到353.5%；涂膜耐水性和耐质量浓度3%NaCl溶液超过48h，无明显起泡和生锈，且能阻止紫外线的穿透。