馮學彪，張愛黎，姜 影

(沈陽理工大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧 沈陽 110168)

0 前 言

涂料具有裝飾、防腐、標志以及各種特殊功能，越來越廣泛地應用于工業(yè)生產及人們的日常生活中。涂裝中產品出現(xiàn)的突起、針孔、厚邊、泛白等瑕疵需要脫漆重新涂裝；長期使用后漆膜開裂、脫落等老化的漆膜不再具備應有的功能同樣需要脫漆重涂。脫漆劑的研究與使用成為業(yè)內關注的重要問題之一。目前，由于環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展、國家對于環(huán)保的要求，環(huán)保型脫漆劑成為研究熱點[1]。針對不同基材的性能要求，研究開發(fā)了適用于不同需要的脫漆劑。駱高丹等[2]研究了以正丁醇作為主溶劑、乙二醇丁醚為助溶劑、乙酸為促進劑的工程塑料表面脫漆劑，其脫漆能力為2 m2/L；段寧等[3]研究了二元酸酯為主溶劑的環(huán)保型脫漆劑對鍍錫鋼板的腐蝕性；顏杰紅[4]研究了環(huán)保型脫漆劑在飛機零件上的應用；馮俠[5]研究了用于零部件表面脫漆的環(huán)保型脫漆劑，拉鏈頭用水性高效脫漆劑的制備及應用；王金梅等[6]研究了主溶劑、助溶劑等各組分對拉鏈頭聚酯類漆膜的脫漆作用；侯偉等[7]針對特殊彎曲結構漆膜，研究的二氯異氰尿酸鈉與有機溶劑復配脫漆劑取得良好效果。董穎女等[8]以N - 甲基吡咯烷酮以及苯甲酸甲酯為主溶劑，配合助溶劑、活化劑針對環(huán)氧富鋅底漆涂層研究了一種乳液型脫漆劑；楊軍等[9]對飛機脫漆劑進行了組成分析。傳統(tǒng)的涂層脫漆劑大多含有氯代烷以及苯類溶劑，汽車輪轂脫漆劑中含有苯酚，這些脫漆劑高效但是毒性高、污染大。而替代傳統(tǒng)溶劑型脫漆劑的水性脫漆劑、乳液型脫漆劑常常脫漆效果比較差，特別是對一些體型聚合交聯(lián)樹脂、較厚的涂層，使用了液體石蠟類助劑，在抑制有機溶劑揮發(fā)的同時，帶來脫蠟后處理問題。為此，本工作研制了無鹵、無苯、無苯酚類物質的乳液型脫漆劑，配合脫漆設備，對熱固性環(huán)氧涂料以及企業(yè)提供的成品汽車輪轂多層復合漆進行脫漆研究，取得了良好效果。

1 試 驗

1.1 試驗藥品及材料

乙酸乙酯，OP - 10，苯甲醇，甲醇，甲酸，乙酸，以上試劑均為化學純。十六烷基三甲基溴化銨(分析純)，自制去離子水。試驗基材為35CrNiMo合金鋼，涂層為熱固性環(huán)氧涂料，漆膜厚(105±5) μm。鋁合金輪轂樣件長約50 mm、高30 mm，漆膜厚160～180 μm。汽車輪轂多層復合漆待脫漆樣件由企業(yè)提供，鋁合金輪轂件經過噴砂、除油、堿蝕、水洗等前處理步驟后，噴涂液體環(huán)氧底漆，160 ℃高溫烘烤固化，然后噴涂丙烯酸樹脂粉末涂料做透明面漆，180 ℃固化。

1.2 脫漆劑性能檢測

1.2.1 脫漆劑的脫漆效率

根據(jù)HG/T 3381-2003規(guī)定方法測定脫漆劑的脫漆效率。脫漆效率計算公式見式(1)：

(1)

1.2.2 脫漆劑的揮發(fā)速率

稱取100.00 g脫漆劑置于干燥、潔凈的500 mL燒杯中，將其在室溫下置于通風櫥內，每隔30 min稱重1次，48 h后計算其揮發(fā)率。揮發(fā)率計算公式見式(2)：

(2)

2 結果與討論

2.1 脫漆劑基礎配方的確定

由于試驗樣件較大，試驗時使用分體三頸燒瓶，配回流冷凝管以及溫度計，見圖1。樣件置入燒瓶后，合上燒瓶上蓋，鋼箍固定燒瓶上下兩部分。使用分體式回流冷凝設備，低沸點有機溶劑通過冷凝管回流至設備，減少了溶劑損失，降低了VOC排放量，同時分體式脫漆設備可以使樣件加熱前后浸泡，增加脫漆效果。設備可加熱，對于厚膜、熱固性涂料等難以脫漆涂料有很好的作用。脫漆溫度為溶劑呈穩(wěn)定回流速率時的溫度，記錄回流時脫漆劑溫度與脫漆時間。

圖1 脫漆裝置示意

通過單因素比較確定了脫漆劑基礎配方(質量分數(shù))為：乙酸乙酯21.5%，苯甲醇36.4%，甲醇5.6%，甲酸15.1%，乙酸6.9%，去離子水11.60%，十六烷基三甲基溴化銨1.2%，OP-10為1.2%。以黃金分割法進一步細化比較配方中各組分對35CrNiMo合金鋼的熱固性環(huán)氧涂料脫漆效果的影響。根據(jù)基礎配方確定試驗范圍a，b(表1)，黃金分割計算公式如下：

表1 黃金分割法各組分取值范圍與計算結果

X1=a+0.618(b-a)

(3)

X2=a+0.382(b-a)

(4)

試驗中基礎配方的其他量不變，只改變研究變量用量或者用量比例，其結果見表2。由表2可知，編號7的樣件脫漆效率為100%。同時看到，雖然苯甲醇和甲醇都具有氫鍵，氫鍵溶解度參數(shù)相近，可以作為助溶劑使用，但是脫漆效果不同。可能原因是苯甲醇的相對分子質量大，色散力溶解度參數(shù)與色漆相近，而甲醇分子量小，對色漆的溶脹性能更好，所起作用不同所致。同樣，促進劑甲酸和乙酸用量不同，脫漆效果不同，甲酸用量大，脫漆效果更好。

表2 脫漆劑成分對脫漆效果的影響

2.2 正交試驗法優(yōu)化脫漆劑配方

2.2.1 優(yōu)化配方的確定

在表2的試驗基礎上結合黃金分割法，選擇4因素3水平進行正交試驗研究脫漆劑優(yōu)化配方。正交試驗的因素 - 水平見表3。以脫漆劑對樣件的脫漆效果為評價標準研究脫漆效率，正交試驗結果見表4。

表3 因素 - 水平

表4 正交L9(34)試驗結果

由表4可知，各因素對脫漆效率的影響大小依次為：去離子水質量分數(shù)>苯甲醇與甲醇質量分數(shù)比>甲酸與乙酸質量分數(shù)比>乙酸乙酯質量分數(shù)。由正交試驗極差分析法中R值和k值計算得到的優(yōu)化配方為A2B2C1D1，為驗證該配方，與正交9組試驗中第6組(A2B3C1D2)脫漆效率為100%對比，達脫漆效率為100%時的時間延長為33 min，因此選擇第6組為最優(yōu)配方。即35CrNiMo合金鋼的熱固性環(huán)氧涂料脫漆劑的優(yōu)化配方：乙酸乙酯質量分數(shù)21.96%，苯甲醇與甲醇質量分數(shù)比為2.01∶1.00，甲酸與乙酸質量分數(shù)比為6.62∶1.00，去離子水質量分數(shù)11.60%。

2.2.2 優(yōu)化配方脫漆劑的基礎理化性能

優(yōu)化配方下脫漆劑的各項理化性能測試結果見表5。由表5可知，脫漆劑呈弱酸性，為乳液型脫漆劑，不燃；由于不存在黏度較大液體石蠟類原料，產品易于沖洗。

表5 脫漆劑理化性能

2.2.3 優(yōu)化配方脫漆劑揮發(fā)性測試

配制100.00 g脫漆劑置于干燥、潔凈的500 mL燒杯中，將其在室溫下置于通風櫥內，每隔30 min稱重1次。12 h為1個連續(xù)測試周期，夜間脫漆劑置于帶磨口錐形瓶中，次日連續(xù)測試，合計48 h揮發(fā)后計算其揮發(fā)率，其結果見圖2。

圖2 脫漆劑揮發(fā)量變化

由圖2可知，脫漆劑前6 h揮發(fā)量大，溶劑揮發(fā)快。48 h脫漆劑總揮發(fā)量為32.58 g，即揮發(fā)率為32.58%，平均每小時揮發(fā)率為0.68%。與傳統(tǒng)有機溶劑型脫漆劑相比，研制的脫漆劑揮發(fā)性較低。

2.3 汽車輪轂漆脫漆效果研究

2.3.1 汽車輪轂漆樣件脫漆

樣件為企業(yè)提供的有瑕疵成品汽車輪轂多層復合漆件切割的。汽車輪轂漆件基材為鋁合金，涂裝了熱固性環(huán)氧底漆、丙烯酸樹脂面漆。脫漆劑配方選用35CrNiMo合金鋼表面熱固性環(huán)氧涂料脫漆優(yōu)化配方，脫漆劑溫度到達74 ℃后保持回流15 min，反應結束后冷卻10 min取出，水沖洗。脫漆后的汽車輪轂樣件表面呈光亮銀白色，三頸燒瓶內溶液中漂浮大量透明漆膜。

試驗中發(fā)現(xiàn)成品汽車輪轂切割后的樣件表面與脫漆后樣件同樣呈光亮銀白色，在脫漆容器即分體式玻璃燒瓶中漂浮漆膜，不易觀察脫漆狀態(tài)。所以以樣件完全脫漆為標準，研究脫漆劑重復使用性能。

2.3.2 脫漆劑的重復利用

脫漆劑首次將汽車輪轂漆樣件脫漆后，將樣件取出放入新樣件繼續(xù)脫漆，研究脫漆劑重復使用效果。溫度達74 ℃后恒溫反應6 min，冷卻6 min后取出水洗，觀察零件表面，判斷脫漆效果。冷卻至室溫后，過濾脫漆劑，將分體燒瓶內漂浮漆膜過濾，重復試驗。脫漆劑重復使用4次，樣件脫漆完全，表面呈光亮銀白色。

當?shù)?次使用后，同樣的反應時間和溫度，樣件表面有漆膜殘留，需要增加脫漆時間才能夠實現(xiàn)完全脫漆。

脫漆裝置使用的是可分體燒瓶，可以放置較大樣件，有回流冷凝裝置，加熱回流，使低沸點溶劑揮發(fā)損失小，可多次重復使用。過濾燒瓶中漆膜后補加過濾漆膜時損失的溶劑，脫漆劑仍然可以使用。

3 脫漆劑機理分析

脫漆劑的脫漆原理主要包括溶劑對漆膜的溶脹作用、溶解度參數(shù)、相似相溶原理以及溶劑化規(guī)律。其中脫漆劑與漆膜能夠形成氫鍵時，會導致漆膜被溶解[10，11]。選用乙酸乙酯為主溶劑，對環(huán)氧樹脂以及丙烯酸樹脂有很好的溶解力。選用苯甲醇與甲醇復配作為助溶劑，甲酸與乙酸復配為促進劑，水作為無機溶劑，都可以提供氫鍵，能夠與丙烯酸樹脂中羰基以及環(huán)氧樹脂醚鍵氧原子形成氫鍵，促使漆膜溶解。水作溶劑，降低了有機溶劑的使用量及其揮發(fā)至大氣中的VOC含量。采用加熱回流方式，使脫漆劑分子以及漆膜分子熱運動增加，溶脹效果增強，脫漆效果提高。選用分體式燒瓶，解決了樣件大、取放不便的問題，同時避免了配方中采用的低沸點強溶劑乙酸乙酯，小分子促進劑甲醇等有機溶劑飽和蒸汽壓加大及其揮發(fā)度增大、增加大氣中VOC含量的問題。針對目前脫漆劑中常加入液體石蠟類物質阻止有機低沸點溶劑揮發(fā)[12]，但是脫漆劑使用后液體石蠟的去除又產生大量有機廢水問題，采用的加熱回流脫漆設備，將不使用液體石蠟類物質阻止脫漆劑揮發(fā)成為可能。

4 結 論

(1)研制出了低毒環(huán)保乳液型無鹵、無苯、無苯酚類物質的脫漆劑，配合可加熱回流的分體式燒瓶設備，對于35CrNiMo合金鋼上涂裝的較厚熱固性環(huán)氧漆膜，以及涂裝了熱固性環(huán)氧底漆、丙烯酸樹脂面漆的汽車輪轂漆具有較高的脫漆效率。

(2)設備加熱回流時脫漆劑中易揮發(fā)成分通過冷凝管回流至燒瓶，減少了脫漆劑物料損失，降低了VOC排放量。脫漆劑不使用液體石蠟，使樣件水洗容易，有機廢液減少，并且脫漆劑可以重復使用。