過氯乙烯基可剝涂料的制備與性能

劉偉振，赫放，楊景偉，楊振茂，孫杰，*

（1.沈陽理工大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧 沈陽　110159；2.沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司熱表廠，遼寧 沈陽　110043）

過氯乙烯基可剝涂料的制備與性能

劉偉振1，赫放1，楊景偉2，楊振茂1，孫杰1，*

（1.沈陽理工大學環(huán)境與化學工程學院，遼寧 沈陽110159；2.沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司熱表廠，遼寧 沈陽110043）

以熱塑性過氯乙烯樹脂和酚醛樹脂為主成膜物質，增韌劑、緩蝕劑、抗氧化劑等為功能助劑，制備了一種溶劑型可剝涂料。以耐鹽霧性能、可剝性能和拉伸性能為指標，通過均勻試驗和正交試驗優(yōu)化過氯乙烯樹脂、酚醛樹脂、鄰苯二甲酸二丁酯、羊毛脂和石油磺酸鋇的用量，獲得的最優(yōu)配方（以相對于溶劑的質量分數(shù)表示）為：過氯乙烯樹脂26.0%，酚醛樹脂22.0%，鄰苯二甲酸二丁酯7.0%，羊毛脂5.0%，石油磺酸鋇1.6%。由此制備的膜層抗拉強度高達8.6 MPa，180°剝離強度13.9 N/cm，耐鹽霧腐蝕時間大于72 h。

過氯乙烯；酚醛樹脂；可剝涂料；力學；耐蝕性

First-author's address: School of Environmental and Chemical Engineering， Shenyang Ligong University， Shenyang 110159， China

工業(yè)制品及其備品、備件在運輸及組裝過程中經常被擦傷、碰傷、磨損、污染；另外，若貯存條件不佳，還會受到微生物、油污、鹽霧、潮氣等浸蝕，易發(fā)生電化學和化學腐蝕，導致裝備表面破損、性能下降，甚至失效報廢。為延長裝備的使用壽命，確保其性能與各項指標始終良好，在其表面涂覆一層可剝離防護涂料是最直接有效的方法［1-2］?？蓜兺苛鲜且环N起臨時性防護作用的功能涂料，它興起于20世紀70年代初的日本、美國及歐洲一些國家。與大多數(shù)普通涂料相似，可剝涂料也是由成膜劑、輔助成膜劑、功能助劑、溶劑等組成，較常見的成膜物質有聚氨酯、聚苯乙烯、氯醋樹脂、乙基纖維素、聚苯乙烯、過氯乙烯等［3-5］。可剝涂層在需要去除時很容易從物體表面剝離，且對物體表面不造成任何傷害，無物質殘留，被廣泛應用于國防工業(yè)及儀器、儀表、機械、電子、汽車、運輸?shù)刃袠I(yè)［6-7］。

目前關于可剝離型防護涂膜的研究很多，但涂層在力學和耐化學介質性能方面還有待完善［8］。本文以過氯乙烯樹脂和酚醛樹脂為主成膜物質，再添加一定量的增韌劑、緩蝕劑、抗氧化劑等功能助劑，制備了一種溶劑型可剝涂料，并研究了其力學性能、耐化學介質性能及其他常規(guī)性能。

1　實驗

1. 1主要原料及儀器

過氯乙烯樹脂，工業(yè)級，濟南翡翠化工有限公司；酚醛樹脂，工業(yè)級，上海水興實業(yè)有限公司；鄰苯二甲酸二丁酯，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；石油磺酸鋇、羊毛脂、二甲苯、乙酸乙酯，分析純，沈陽力誠試劑廠；抗氧化劑、流平劑、消泡劑，市售。

SL302電子天平，上海民橋精密科學儀器有限公司；DR370涂鍍層測厚儀，廣州市東儒電子科技有限公司；LAB1-50W涂膜棒，美國RDS線棒1/4英寸；DCTC鹽霧箱，東大金屬腐蝕防護技術有限公司；RGT-10微機控制電子萬能試驗機，濟南眾創(chuàng)工業(yè)測試系統(tǒng)有限公司。

1. 2涂料的制備

采用慢加快攪法在25 °C下先將二甲苯和乙酸乙酯（共50 g）按質量比3∶2于容器中混合均勻，在不斷攪拌的條件下緩慢地依次加入過氯乙烯樹脂、酚醛樹脂、鄰苯二甲酸二丁酯、石油磺酸鋇、羊毛脂、抗氧化劑、流平劑和消泡劑。加料速率以基料在溶劑中未完全分散之前不出現(xiàn)結塊為宜，完成后靜置24 h備用。

1. 3涂層的制備

依次使用120#、400#、800#和1000#砂紙將Q235碳鋼片表面打磨至光亮，用蒸餾水沖洗干凈后，再用吹風機冷風吹干，在相對濕度為 75%的條件下將所制涂料刷涂其上，每涂覆完一層須等到表面在自然條件下干燥后再施涂下一層。除測涂膜拉伸強度時膜厚為100 ～ 300 μm之外，測其余性能時膜厚均為40 ～ 50 μm。

1. 4涂層性能測試及評價

用48 h鹽霧腐蝕面積S、180°剝離強度σ180°和拉伸強度σ分別表征涂膜的耐鹽霧腐蝕性、可剝性和柔韌性。為便于評價涂膜的綜合性能（用Y表示），參照GB/T 12335-1990《金屬覆蓋層 對底材呈陽極性的覆蓋層腐蝕試驗后的試樣評級》及相關測試結果建立評分規(guī)則，見表1。

表1　涂膜各項性能的評分規(guī)則Table 1　Evaluation standards for coating properties

其中涂膜的耐鹽霧腐蝕性能為主要因素，將其權重定為0.4。在滿足耐蝕性要求的前提下，涂膜還應具有良好的可剝性和柔韌性，以便在完成保護作用后順利從基體表面剝離，故二者的權重皆設為0.3。

由此可得：Y = 耐鹽霧評分 × 0.4 + 可剝性評分 × 0.3 + 柔韌性評分 × 0.3。涂層的可剝性能和拉伸性能評分按式（1）計算。

式中，Ni為試樣評分；xi為試樣測試值；xmin、xmax為測試值所在區(qū)間的最小值和最大值；a、b為測試值對應評分區(qū)間的最小值和最大值。

2　結果與討論

2. 1均勻試驗

涂料配方的影響因素較多，且各因素的用量范圍較大。為有效地減少試驗次數(shù)，確定各因素的適宜用量，采取均勻試驗和正交試驗相結合的方法優(yōu)選涂料的最佳配方。

2. 1. 1均勻試驗設計

綜合考慮試驗次數(shù)和精度的要求，選取對涂料性能影響較大且用量較多的5種成分作為主要研究因素，每個因素取10個水平，分別列于均勻設計表U1*0（108）使用表的1、2、4、5、7列，如表2所示。其他成分如抗氧化劑、流平劑、消泡劑等含量較少，不列入設計之中。

表2　均勻試驗設計Table 2　Design of uniform experiment

2. 1. 2均勻試驗結果分析

均勻試驗的測試結果列于表3。

表3　均勻試驗結果Table 3　Result of uniform experiment

由表3可知，均勻試驗第5組即配方5所得涂膜的綜合性能評分最高，確定為各主要成分的適宜用量。即：過氯乙烯樹脂11.0 g、酚醛樹脂10.0 g、鄰苯二甲酸二丁酯4.5 g、羊毛脂1.5 g、石油磺酸鋇0.5 g。

2. 2正交試驗

2. 2. 1正交試驗設計

根據(jù)均勻試驗的結果，設計了五因素四水平的正交試驗以優(yōu)化配方，多因素水平見表4。

表4　正交試驗的因素水平Table 4　Factors and levels of orthogonal test

2. 2. 2正交試驗結果分析

正交試驗測試結果列于表5。由表5可知，多因素對綜合指標的影響順序為：酚醛樹脂 ＞ 石油磺酸鋇 ＞ 鄰苯二甲酸二丁酯 ＞ 過氯乙烯樹脂 ＞ 羊毛脂。通過正交試驗優(yōu)選的配方 A3B4C1D4E3與試驗結果最好的配方A2B2C1D4E3并不一致，為確定最佳配方，比較了2個配方所制涂膜的綜合性能。相比A2B2C1D4E3組合（72 h鹽霧腐蝕面積1%，σ180°= 88.2 N/mm，σ = 8.1 MPa），優(yōu)選組合A3B4C1D4E3所得涂膜的性能（72 h鹽霧腐蝕面積0%，σ180°= 139.0 N/mm，σ = 8.6 MPa）更好。故最優(yōu)配方為：過氯乙烯樹脂13.0 g，酚醛樹脂11.0 g，鄰苯二甲酸二丁酯3.5 g，羊毛脂2.5 g，石油磺酸鋇0.8 g，抗氧劑0.5 g，流平劑0.4 g，消泡劑0.1 g，混合溶劑50.0 g。

表5　正交試驗結果Table 5　Result of orthogonal test

2. 3最優(yōu)配方所得涂料及其涂膜的常規(guī)性能

按最優(yōu)配方制備了涂料，并根據(jù)一定的標準測試了其性能，結果見表6。

表6　常規(guī)性能測試結果及執(zhí)行標準Table 6　Results of normal property tests for the coating and related testing standards

從表6可知，所得涂膜的耐鹽霧腐蝕時間大于72 h，拉伸強度為8.6 MPa（大于美國軍方標準MIL-B-12121C的值3.6 MPa），具有較好的力學性能，且耐化學介質性能優(yōu)異，完全滿足可剝涂料的使用要求。

3　結論

通過均勻試驗和正交試驗確定了可剝涂料的最佳配方，即：過氯乙烯樹脂26份（質量份，后同），酚醛樹脂22份，鄰苯二甲酸二丁酯7份，羊毛脂5份，石油磺酸鋇1.6份，抗氧劑、流平劑和消泡劑共2份，混合溶劑100份。涂膜具有良好的可剝性、耐鹽霧腐蝕性和力學性能。

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［ 編輯：杜娟娟 ］

Preparation of chlorinated polyvinyl chloride-based strippable coating and its properties

LIU Wei-zhen， HE Fang，YANG Jing-wei， YANG Zhen-mao， SUN Jie*

A solvent type strippable coating was prepared based on thermoplastic chlorinated polyvinyl chloride （CPVC） and phenolic resin with flexibilizer， corrosion inhibitors， antioxidants and other functional additives. The contents of CPVC，phenolic resin， dibutyl phthalate， lanolin and barium petroleum sulfonate were optimized by uniform experiment and orthogonal test using salt spray resistance， peeling strength and tensile strength as the evaluating indexes. The optimized main composition is as follows （vs. solvent content）: CPVC 26.0wt%， phenolic resin 22.0wt%， dibutyl phthalate 7.0wt%， lanolin 5.0wt%， and barium petroleum sulfonate 1.6wt%. The coating prepared therefrom has a tensile strength up to 8.6 MPa， 180° peel strength 13.9 N/cm， and salt spray corrosion resistance longer than 72 h.

chlorinated polyvinyl chloride； phenolic resin； strippable coating； mechanics； corrosion resistance

TQ630.7

A

1004 - 227X （2016） 10 - 0511 - 05

2015-10-11

2016-02-21

劉偉振（1986-），男，山東成武人，在讀碩士研究生，主要從事表面處理與腐蝕防護方面的研究。

孫杰，教授，（E-mail） jiersun2000@126.com。