PE工程塑料表面脫漆劑的研制

駱高丹，余倩，2，郝志峰，2，余林，2，高泉，梁瀚恒

(1.廣東工業大學 輕工化工學院，廣東 廣州 510006；2.廣東省高等學校清潔化學技術重點實驗室，廣東 廣州 510006；3.九江天賜高新材料有限公司，江西 九江 332000；4.江蘇佰健環保科技有限公司，江蘇 鹽城 215000)

聚乙烯(PE)分子結構簡單，具有良好的化學穩定性、耐腐蝕性和加工性能，且價格低廉，是應用最廣的塑料品種[1]，主要用于工業上的油桶、涂料桶等包裝容器[2]。為了使其顯得美觀和增加工程塑料基材的耐候性和耐溶劑性，往往會在基材表面涂上一層涂料[3]。使用的過程中，因為一些外界因素的侵蝕或機械損傷造成涂層不同程度的損壞，因此需要將舊的漆膜去除干凈，以利于二次涂裝和使用[4]。早期脫漆劑大多含有鹵化物族、甲醛和易揮發等毒性和揮發性都比較大的有機溶劑[5-6]，因此必將被低毒或無毒、低揮發性、對基材表面無損傷、對人員和環境友好的脫漆劑所替代。本實驗考察不同溶劑對PE塑料表面丙烯酸脂涂層的脫漆效果，篩選出具有良好脫漆效果溶劑，最后確定脫漆劑各溶劑的比例，該脫漆劑對PE涂層具有良好的脫漆效果。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

苯甲酸甲酯、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、正丁醇、乙二醇、異丙醇、二乙二醇丁醚、環己酮、乙酸、氫氧化鈉均為分析純；聚乙烯試片(PE基體，50 mm×40 mm×1 mm)；丙烯酸酯涂料(快爾美)。

KQ3200DE數控超聲波清洗器。

1.2 實驗方法

脫漆劑主要對涂料漆膜起到溶解作用，本文采取極性相似相溶原則，結合脫漆劑與聚合物氫鍵的強弱對溶解性的影響入手，觀察其對試片的清洗效果，并結合所選試劑的毒性參數等來確定脫漆劑的主溶劑及其配比。

PE試片用砂紙打磨，使PE表面的粗糙度增大。超聲水洗，除去表面的灰塵和雜質。把PE基體分別放入適量的溶劑中，經測試，實驗用試劑對PE基體無腐蝕作用。提前1 d以上在PE試片上噴涂丙烯酸酯涂料，使表面漆膜厚度均勻一致。將試片置于溶劑中，浸泡20 min后，觀察涂層表面的溶解情況，用抹布進行擦除，并記錄下相應時間的脫漆效果。

2 結果與討論

2.1 主溶劑的選擇

從文獻[7-10]中篩選出一部分溶劑，分別作為主溶劑對PE試片進行測試，結果見表1、圖1。

表1 溶劑自身性質與對漆膜的適應性(室溫)Table 1 Self properties of solvent and itsadaptability to paint film

圖1 各溶劑的脫漆效果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

由圖1可知，溶劑在單獨使用的情況下，漆膜脫落的面積從大到小依次是：d>b>a>c。乙酸乙酯的沸點最低，短時間內溶劑容易揮發；苯甲酸甲酯的分子量大，其滲透到涂層中的能力較弱；而N，N-二甲基甲酰胺和正丁醇的分子量小，且沸點高，故兩者的脫漆效果比較接近。正丁醇含有羥基(—OH)，屬于強氫鍵溶劑，可以增加對聚合物漆膜的溶解性，使漆膜可以更快速被溶解和脫落，取得相對徹底的脫漆效果；另一方面，正丁醇屬于低毒環保型溶劑，故可以把正丁醇定位脫漆劑的主溶劑。

2.2 助溶劑的選擇[11-12]

醇、醚、酮類溶劑作為助溶劑加入主溶劑中，主溶劑∶助溶劑=2∶1，單獨使用30 min后對PE基體無明顯腐蝕，把PE試片分別浸泡在溶劑中，直到試片上的漆膜完全脫落，結果見表2(室溫下)。

由表2可知，加入醇類的效果反而比較差，故將乙二醇和異丙醇分別單獨作用于PE試片上觀察其脫漆效果，結果見圖2。

表2 助劑作用時間Table 2 Action time of auxiliaries

圖2 乙二醇(左)和異丙醇(右)Fig.2 Glycol (left) and isopropanol (right)

由圖2可知，浸泡1 h后，兩者無明顯變化，抑制了主溶劑的效果。二乙二醇丁醚和環己酮對漆膜的溶解有明顯的促進作用，環己酮有致癌作用，對人體有害，且沸點要比二乙二醇丁醚的沸點低，故選擇二乙二醇丁醚作為脫漆劑的助溶劑。

2.3 促進劑對脫漆效果的影響

酸性促進劑乙酸和堿性促進劑氫氧化鈉對PE基體均無腐蝕現象[11]，在室溫下分別把PE試片浸泡10 min，其脫漆效果見圖3。

圖3 加入乙酸(左)和加入氫氧化鈉(右)Fig.3 Adding acetic acid (left) and sodiumhydroxide (right)

由圖3可知，加入酸性促進劑乙酸的脫漆效果要遠遠好于加入氫氧化鈉的脫漆效果，涂層是丙烯酸酯涂料，乙酸能夠使大分子鏈產生一定程度上的酸解，使主溶劑能更快速更輕易地滲入漆膜中，也有利于彼此間產生氫鍵并且互溶，加速漆膜的脫除，也使整個體系的穩定性得到保證。而加入氫氧化鈉會產生抑制現象，說明在堿性環境下，丙烯酸酯涂料會更穩定，不利于漆膜的脫落。

在室溫下分別將試片在配制好的脫漆劑中浸泡10 min，促進劑對脫漆劑脫除丙烯酸酯漆膜的效果對比見圖4。

圖4 有促進劑(左)和無促進劑(右)Fig.4 Accelerator (left) and accelerator (right)

由圖4可知，加入促進劑，使溶劑的脫漆速度提高，相同時間內脫除的漆膜面積大于無促進劑的。實驗結果充分顯示了酸性促進劑在脫漆劑中的積極作用。

2.4 脫漆劑配方的配比

2.4.1 有機相的配比 脫漆劑的主溶劑是正丁醇，助溶劑是二乙二醇丁醚，促進劑是乙酸。主溶劑的最佳用量一般為50%～80%；由于促進劑顯酸性，在大量生產時，溶劑可能會腐蝕生產設備內部結構，從而可能會導致生產事故的發生和造成更大的經濟損失，不需要大量的使用，能達到滿足脫漆的效果即可，所以促進劑可定為10%。助溶劑的量隨著主溶劑的量變化而變化。在室溫下，分別取主溶劑為50%，60%，70%和80%的量配制脫漆劑，將PE試片分別置于脫漆劑中浸泡10 min，其脫漆效果見圖5。

圖5 不同百分含量的主溶劑的對照實驗Fig.5 The control experiment of main solvent withdifferent percentage content

由圖5可知，含有50%和60%主溶劑的脫漆劑的脫漆面積明顯小于含有70%和80%主溶劑的脫漆劑的脫漆面積，而主溶劑的百分含量為70%和80%的脫漆劑的脫漆效果相差不大，兩者漆膜的脫出面積都很徹底，從成本和環保角度來看，脫漆劑有機相中主溶劑的百分含量應該選擇70%，則助溶劑百分含量為20%，促進劑百分含量為10%，即配比為有機相∶助劑∶促進劑=7∶2∶1。

2.4.2 水對脫漆效果的影響 在脫漆劑中加入去離子水，不僅可以有效減少脫漆劑中有機溶劑的使用和降低成本，還起到減少對環境的污染和提高脫漆劑的性價比的作用[12]。所以，在已確定的有機相配比下加入去離子水。設定水∶有機相=1∶9，2∶8，3∶7 和4∶6，在室溫下分別將PE試片在脫漆劑中浸泡10 min，脫漆效果見圖6。

圖6 水與有機相在不同比例下PE試片的脫漆情況Fig.6 Depainting of PE specimen in different proportionof water and organic phase

由圖6可知，A組和B組的脫漆效果明顯比C組和D組的脫漆效果要好，產生這樣的原因可能是：①水的量過大，稀釋了有機相的溶劑，導致脫漆劑的脫漆能力相對減弱；②過量的水與有機相結合得較慢。從減少脫漆劑中有機溶劑的使用、降低成本和脫漆效率的角度看，選擇B組(水∶有機相=2∶8)的配比。

2.5 脫漆劑的有效脫漆面積

由圖7可知，在25 mL的脫漆劑內可除去的PE(50 mm×40 mm)試片數量為25，則可除去的有效總面積為0.05 m2，脫漆劑的脫漆能力為2 m2/L。

圖7 25 mL脫漆劑的脫漆面積Fig.7 Depainting area of 25 mL depainting agent

3 結論

以正丁醇為主溶劑，二乙二醇丁醚為助溶劑，乙酸酸性促進劑有機相各溶劑比例為主溶劑∶助溶劑∶促進劑=7∶2∶1，水∶有機相=2∶8，脫漆劑的脫漆能力為2 m2/L。