过氯乙烯基可剥涂料的制备与性能

刘伟振，赫放，杨景伟，杨振茂，孙杰，*

（1.沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁 沈阳　110159；2.沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司热表厂，辽宁 沈阳　110043）

过氯乙烯基可剥涂料的制备与性能

刘伟振1，赫放1，杨景伟2，杨振茂1，孙杰1，*

（1.沈阳理工大学环境与化学工程学院，辽宁 沈阳110159；2.沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司热表厂，辽宁 沈阳110043）

以热塑性过氯乙烯树脂和酚醛树脂为主成膜物质，增韧剂、缓蚀剂、抗氧化剂等为功能助剂，制备了一种溶剂型可剥涂料。以耐盐雾性能、可剥性能和拉伸性能为指标，通过均匀试验和正交试验优化过氯乙烯树脂、酚醛树脂、邻苯二甲酸二丁酯、羊毛脂和石油磺酸钡的用量，获得的最优配方（以相对于溶剂的质量分数表示）为：过氯乙烯树脂26.0%，酚醛树脂22.0%，邻苯二甲酸二丁酯7.0%，羊毛脂5.0%，石油磺酸钡1.6%。由此制备的膜层抗拉强度高达8.6 MPa，180°剥离强度13.9 N/cm，耐盐雾腐蚀时间大于72 h。

过氯乙烯；酚醛树脂；可剥涂料；力学；耐蚀性

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

工业制品及其备品、备件在运输及组装过程中经常被擦伤、碰伤、磨损、污染；另外，若贮存条件不佳，还会受到微生物、油污、盐雾、潮气等浸蚀，易发生电化学和化学腐蚀，导致装备表面破损、性能下降，甚至失效报废。为延长装备的使用寿命，确保其性能与各项指标始终良好，在其表面涂覆一层可剥离防护涂料是最直接有效的方法［1-2］。可剥涂料是一种起临时性防护作用的功能涂料，它兴起于20世纪70年代初的日本、美国及欧洲一些国家。与大多数普通涂料相似，可剥涂料也是由成膜剂、辅助成膜剂、功能助剂、溶剂等组成，较常见的成膜物质有聚氨酯、聚苯乙烯、氯醋树脂、乙基纤维素、聚苯乙烯、过氯乙烯等［3-5］。可剥涂层在需要去除时很容易从物体表面剥离，且对物体表面不造成任何伤害，无物质残留，被广泛应用于国防工业及仪器、仪表、机械、电子、汽车、运输等行业［6-7］。

目前关于可剥离型防护涂膜的研究很多，但涂层在力学和耐化学介质性能方面还有待完善［8］。本文以过氯乙烯树脂和酚醛树脂为主成膜物质，再添加一定量的增韧剂、缓蚀剂、抗氧化剂等功能助剂，制备了一种溶剂型可剥涂料，并研究了其力学性能、耐化学介质性能及其他常规性能。

1　实验

1. 1主要原料及仪器

过氯乙烯树脂，工业级，济南翡翠化工有限公司；酚醛树脂，工业级，上海水兴实业有限公司；邻苯二甲酸二丁酯，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；石油磺酸钡、羊毛脂、二甲苯、乙酸乙酯，分析纯，沈阳力诚试剂厂；抗氧化剂、流平剂、消泡剂，市售。

SL302电子天平，上海民桥精密科学仪器有限公司；DR370涂镀层测厚仪，广州市东儒电子科技有限公司；LAB1-50W涂膜棒，美国RDS线棒1/4英寸；DCTC盐雾箱，东大金属腐蚀防护技术有限公司；RGT-10微机控制电子万能试验机，济南众创工业测试系统有限公司。

1. 2涂料的制备

采用慢加快搅法在25 °C下先将二甲苯和乙酸乙酯（共50 g）按质量比3∶2于容器中混合均匀，在不断搅拌的条件下缓慢地依次加入过氯乙烯树脂、酚醛树脂、邻苯二甲酸二丁酯、石油磺酸钡、羊毛脂、抗氧化剂、流平剂和消泡剂。加料速率以基料在溶剂中未完全分散之前不出现结块为宜，完成后静置24 h备用。

1. 3涂层的制备

依次使用120#、400#、800#和1000#砂纸将Q235碳钢片表面打磨至光亮，用蒸馏水冲洗干净后，再用吹风机冷风吹干，在相对湿度为 75%的条件下将所制涂料刷涂其上，每涂覆完一层须等到表面在自然条件下干燥后再施涂下一层。除测涂膜拉伸强度时膜厚为100 ～ 300 μm之外，测其余性能时膜厚均为40 ～ 50 μm。

1. 4涂层性能测试及评价

用48 h盐雾腐蚀面积S、180°剥离强度σ180°和拉伸强度σ分别表征涂膜的耐盐雾腐蚀性、可剥性和柔韧性。为便于评价涂膜的综合性能（用Y表示），参照GB/T 12335-1990《金属覆盖层 对底材呈阳极性的覆盖层腐蚀试验后的试样评级》及相关测试结果建立评分规则，见表1。

表1　涂膜各项性能的评分规则Table 1　Evaluation standards for coating properties

其中涂膜的耐盐雾腐蚀性能为主要因素，将其权重定为0.4。在满足耐蚀性要求的前提下，涂膜还应具有良好的可剥性和柔韧性，以便在完成保护作用后顺利从基体表面剥离，故二者的权重皆设为0.3。

由此可得：Y = 耐盐雾评分 × 0.4 + 可剥性评分 × 0.3 + 柔韧性评分 × 0.3。涂层的可剥性能和拉伸性能评分按式（1）计算。

式中，Ni为试样评分；xi为试样测试值；xmin、xmax为测试值所在区间的最小值和最大值；a、b为测试值对应评分区间的最小值和最大值。

2　结果与讨论

2. 1均匀试验

涂料配方的影响因素较多，且各因素的用量范围较大。为有效地减少试验次数，确定各因素的适宜用量，采取均匀试验和正交试验相结合的方法优选涂料的最佳配方。

2. 1. 1均匀试验设计

综合考虑试验次数和精度的要求，选取对涂料性能影响较大且用量较多的5种成分作为主要研究因素，每个因素取10个水平，分别列于均匀设计表U1*0（108）使用表的1、2、4、5、7列，如表2所示。其他成分如抗氧化剂、流平剂、消泡剂等含量较少，不列入设计之中。

表2　均匀试验设计Table 2　Design of uniform experiment

2. 1. 2均匀试验结果分析

均匀试验的测试结果列于表3。

表3　均匀试验结果Table 3　Result of uniform experiment

由表3可知，均匀试验第5组即配方5所得涂膜的综合性能评分最高，确定为各主要成分的适宜用量。即：过氯乙烯树脂11.0 g、酚醛树脂10.0 g、邻苯二甲酸二丁酯4.5 g、羊毛脂1.5 g、石油磺酸钡0.5 g。

2. 2正交试验

2. 2. 1正交试验设计

根据均匀试验的结果，设计了五因素四水平的正交试验以优化配方，多因素水平见表4。

表4　正交试验的因素水平Table 4　Factors and levels of orthogonal test

2. 2. 2正交试验结果分析

正交试验测试结果列于表5。由表5可知，多因素对综合指标的影响顺序为：酚醛树脂 ＞ 石油磺酸钡 ＞ 邻苯二甲酸二丁酯 ＞ 过氯乙烯树脂 ＞ 羊毛脂。通过正交试验优选的配方 A3B4C1D4E3与试验结果最好的配方A2B2C1D4E3并不一致，为确定最佳配方，比较了2个配方所制涂膜的综合性能。相比A2B2C1D4E3组合（72 h盐雾腐蚀面积1%，σ180°= 88.2 N/mm，σ = 8.1 MPa），优选组合A3B4C1D4E3所得涂膜的性能（72 h盐雾腐蚀面积0%，σ180°= 139.0 N/mm，σ = 8.6 MPa）更好。故最优配方为：过氯乙烯树脂13.0 g，酚醛树脂11.0 g，邻苯二甲酸二丁酯3.5 g，羊毛脂2.5 g，石油磺酸钡0.8 g，抗氧剂0.5 g，流平剂0.4 g，消泡剂0.1 g，混合溶剂50.0 g。

表5　正交试验结果Table 5　Result of orthogonal test

2. 3最优配方所得涂料及其涂膜的常规性能

按最优配方制备了涂料，并根据一定的标准测试了其性能，结果见表6。

表6　常规性能测试结果及执行标准Table 6　Results of normal property tests for the coating and related testing standards

从表6可知，所得涂膜的耐盐雾腐蚀时间大于72 h，拉伸强度为8.6 MPa（大于美国军方标准MIL-B-12121C的值3.6 MPa），具有较好的力学性能，且耐化学介质性能优异，完全满足可剥涂料的使用要求。

3　结论

通过均匀试验和正交试验确定了可剥涂料的最佳配方，即：过氯乙烯树脂26份（质量份，后同），酚醛树脂22份，邻苯二甲酸二丁酯7份，羊毛脂5份，石油磺酸钡1.6份，抗氧剂、流平剂和消泡剂共2份，混合溶剂100份。涂膜具有良好的可剥性、耐盐雾腐蚀性和力学性能。

［1］ 张天震， 李淑英. 溶剂型可剥性塑料的研制［J］. 全面腐蚀控制， 2009， 23 （3）: 17-19， 23.

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［5］ 张兴虎， 刘宏宇， 张松. 聚氨酯可剥离涂料的制备和性能研究［J］. 化工新型材料， 2012， 40 （7）: 48-49， 84.

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［7］ STODDARD L B. Coating composition for protecting surfaces and method of using same: US6110525 ［P］. 2000-08-29.

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［ 编辑：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

刘伟振（1986-），男，山东成武人，在读硕士研究生，主要从事表面处理与腐蚀防护方面的研究。

孙杰，教授，（E-mail） jiersun2000@126.com。