PE工程塑料表面脱漆剂的研制

2021-02-05骆高丹余倩郝志峰余林高泉梁瀚恒

应用化工 2021年1期

骆高丹，余倩，2，郝志峰，2，余林，2，高泉，梁瀚恒

(1.广东工业大学轻工化工学院，广东广州 510006；2.广东省高等学校清洁化学技术重点实验室，广东广州 510006；3.九江天赐高新材料有限公司，江西九江 332000；4.江苏佰健环保科技有限公司，江苏盐城 215000)

聚乙烯(PE)分子结构简单，具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性和加工性能，且价格低廉，是应用最广的塑料品种[1]，主要用于工业上的油桶、涂料桶等包装容器[2]。为了使其显得美观和增加工程塑料基材的耐候性和耐溶剂性，往往会在基材表面涂上一层涂料[3]。使用的过程中，因为一些外界因素的侵蚀或机械损伤造成涂层不同程度的损坏，因此需要将旧的漆膜去除干净，以利于二次涂装和使用[4]。早期脱漆剂大多含有卤化物族、甲醛和易挥发等毒性和挥发性都比较大的有机溶剂[5-6]，因此必将被低毒或无毒、低挥发性、对基材表面无损伤、对人员和环境友好的脱漆剂所替代。本实验考察不同溶剂对PE塑料表面丙烯酸脂涂层的脱漆效果，筛选出具有良好脱漆效果溶剂，最后确定脱漆剂各溶剂的比例，该脱漆剂对PE涂层具有良好的脱漆效果。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

苯甲酸甲酯、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、正丁醇、乙二醇、异丙醇、二乙二醇丁醚、环己酮、乙酸、氢氧化钠均为分析纯；聚乙烯试片(PE基体，50 mm×40 mm×1 mm)；丙烯酸酯涂料(快尔美)。

KQ3200DE数控超声波清洗器。

1.2 实验方法

脱漆剂主要对涂料漆膜起到溶解作用，本文采取极性相似相溶原则，结合脱漆剂与聚合物氢键的强弱对溶解性的影响入手，观察其对试片的清洗效果，并结合所选试剂的毒性参数等来确定脱漆剂的主溶剂及其配比。

PE试片用砂纸打磨，使PE表面的粗糙度增大。超声水洗，除去表面的灰尘和杂质。把PE基体分别放入适量的溶剂中，经测试，实验用试剂对PE基体无腐蚀作用。提前1 d以上在PE试片上喷涂丙烯酸酯涂料，使表面漆膜厚度均匀一致。将试片置于溶剂中，浸泡20 min后，观察涂层表面的溶解情况，用抹布进行擦除，并记录下相应时间的脱漆效果。

2 结果与讨论

2.1 主溶剂的选择

从文献[7-10]中筛选出一部分溶剂，分别作为主溶剂对PE试片进行测试，结果见表1、图1。

表1 溶剂自身性质与对漆膜的适应性(室温)Table 1 Self properties of solvent and itsadaptability to paint film

图1 各溶剂的脱漆效果Fig.1 Paint removal effect of each solventa.苯甲酸甲酯；b.N，N-二甲基甲酰胺；c.乙酸乙酯；d.正丁醇

由图1可知，溶剂在单独使用的情况下，漆膜脱落的面积从大到小依次是：d>b>a>c。乙酸乙酯的沸点最低，短时间内溶剂容易挥发；苯甲酸甲酯的分子量大，其渗透到涂层中的能力较弱；而N，N-二甲基甲酰胺和正丁醇的分子量小，且沸点高，故两者的脱漆效果比较接近。正丁醇含有羟基(—OH)，属于强氢键溶剂，可以增加对聚合物漆膜的溶解性，使漆膜可以更快速被溶解和脱落，取得相对彻底的脱漆效果；另一方面，正丁醇属于低毒环保型溶剂，故可以把正丁醇定位脱漆剂的主溶剂。

2.2 助溶剂的选择[11-12]

醇、醚、酮类溶剂作为助溶剂加入主溶剂中，主溶剂∶助溶剂=2∶1，单独使用30 min后对PE基体无明显腐蚀，把PE试片分别浸泡在溶剂中，直到试片上的漆膜完全脱落，结果见表2(室温下)。

由表2可知，加入醇类的效果反而比较差，故将乙二醇和异丙醇分别单独作用于PE试片上观察其脱漆效果，结果见图2。

表2 助剂作用时间Table 2 Action time of auxiliaries

图2 乙二醇(左)和异丙醇(右)Fig.2 Glycol (left) and isopropanol (right)

由图2可知，浸泡1 h后，两者无明显变化，抑制了主溶剂的效果。二乙二醇丁醚和环己酮对漆膜的溶解有明显的促进作用，环己酮有致癌作用，对人体有害，且沸点要比二乙二醇丁醚的沸点低，故选择二乙二醇丁醚作为脱漆剂的助溶剂。

2.3 促进剂对脱漆效果的影响

酸性促进剂乙酸和碱性促进剂氢氧化钠对PE基体均无腐蚀现象[11]，在室温下分别把PE试片浸泡10 min，其脱漆效果见图3。

图3 加入乙酸(左)和加入氢氧化钠(右)Fig.3 Adding acetic acid (left) and sodiumhydroxide (right)

由图3可知，加入酸性促进剂乙酸的脱漆效果要远远好于加入氢氧化钠的脱漆效果，涂层是丙烯酸酯涂料，乙酸能够使大分子链产生一定程度上的酸解，使主溶剂能更快速更轻易地渗入漆膜中，也有利于彼此间产生氢键并且互溶，加速漆膜的脱除，也使整个体系的稳定性得到保证。而加入氢氧化钠会产生抑制现象，说明在碱性环境下，丙烯酸酯涂料会更稳定，不利于漆膜的脱落。

在室温下分别将试片在配制好的脱漆剂中浸泡10 min，促进剂对脱漆剂脱除丙烯酸酯漆膜的效果对比见图4。

图4 有促进剂(左)和无促进剂(右)Fig.4 Accelerator (left) and accelerator (right)

由图4可知，加入促进剂，使溶剂的脱漆速度提高，相同时间内脱除的漆膜面积大于无促进剂的。实验结果充分显示了酸性促进剂在脱漆剂中的积极作用。

2.4 脱漆剂配方的配比

2.4.1 有机相的配比脱漆剂的主溶剂是正丁醇，助溶剂是二乙二醇丁醚，促进剂是乙酸。主溶剂的最佳用量一般为50%～80%；由于促进剂显酸性，在大量生产时，溶剂可能会腐蚀生产设备内部结构，从而可能会导致生产事故的发生和造成更大的经济损失，不需要大量的使用，能达到满足脱漆的效果即可，所以促进剂可定为10%。助溶剂的量随着主溶剂的量变化而变化。在室温下，分别取主溶剂为50%，60%，70%和80%的量配制脱漆剂，将PE试片分别置于脱漆剂中浸泡10 min，其脱漆效果见图5。

图5 不同百分含量的主溶剂的对照实验Fig.5 The control experiment of main solvent withdifferent percentage content

由图5可知，含有50%和60%主溶剂的脱漆剂的脱漆面积明显小于含有70%和80%主溶剂的脱漆剂的脱漆面积，而主溶剂的百分含量为70%和80%的脱漆剂的脱漆效果相差不大，两者漆膜的脱出面积都很彻底，从成本和环保角度来看，脱漆剂有机相中主溶剂的百分含量应该选择70%，则助溶剂百分含量为20%，促进剂百分含量为10%，即配比为有机相∶助剂∶促进剂=7∶2∶1。

2.4.2 水对脱漆效果的影响在脱漆剂中加入去离子水，不仅可以有效减少脱漆剂中有机溶剂的使用和降低成本，还起到减少对环境的污染和提高脱漆剂的性价比的作用[12]。所以，在已确定的有机相配比下加入去离子水。设定水∶有机相=1∶9，2∶8，3∶7 和4∶6，在室温下分别将PE试片在脱漆剂中浸泡10 min，脱漆效果见图6。