DBE脫漆劑的脫漆性能研究

段 寧，胡艷麟，張銀鳳

（1. 武漢科技大學(xué)， 湖北 武漢 430081； 2. 中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院， 湖北 武漢 430081）

鍍錫鋼板俗稱馬口鐵，是指表面鍍有一層錫的鐵皮，目前被廣泛應(yīng)用于食品包裝行業(yè)。目前，隨著人民生活水平的提高，罐裝食品的需求量越來越大，鍍錫鋼板的廢棄量也呈逐年上升的趨勢(shì)。由于生銹、色偏、套印不準(zhǔn)、印跡干燥不良、牢固度差及油墨性能不穩(wěn)定等原因[1]，每年都會(huì)有大量印廢的鍍錫鋼板產(chǎn)生。廢棄鍍錫鋼板是冶煉含錫易切削鋼的原料[2]，其表面印刷的漆膜在冶煉前必須脫除，否則在高溫冶煉過程中會(huì)分解成芳烴、鹵代烴等多種有害物質(zhì)[3]，嚴(yán)重污染環(huán)境，危害操作人員健康。脫漆是廢棄鍍錫鋼板回收利用的核心技術(shù)，它使食品罐的再生利用具有生產(chǎn)率高、能耗低、損耗小、制成品合金組分易控制等優(yōu)點(diǎn)[4]。脫漆的方法有很多，常見的有燃燒法、噴砂法、手工或機(jī)械清除法、激光褪漆法、脫漆劑法等[5,6]，其中脫漆劑法以其溶解、滲透、溶脹、剝離和反應(yīng)等一系列物理、化學(xué)作用使漆膜快速脫除[7]，從而得到了廣泛的應(yīng)用。

目前，工業(yè)上所用的脫漆劑通常含有二氯甲烷、苯酚、芳香族化合物、易揮發(fā)溶劑等有毒有害物質(zhì)，造成脫漆劑的揮發(fā)性、腐蝕性和毒性都較大[8,9]。因此，研制出新型低毒低揮發(fā)、脫漆效率高、金屬腐蝕性小、價(jià)格低廉且對(duì)操作人員和環(huán)境無害的脫漆劑是十分必要的。本文針對(duì)食品罐用鍍錫鋼板表面的白涂、金屬油墨及罩光清漆漆膜研制出一種環(huán)保型脫漆劑——以 DBE（二元酸酯及其混合物）為主溶劑的高沸點(diǎn)脫漆劑，并重點(diǎn)對(duì)其脫漆效率的影響因素進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 脫漆劑的制備

脫漆劑主要分成包括主溶劑、助溶劑、促進(jìn)劑、表面活性劑、緩蝕劑、增稠劑及抑揮發(fā)劑等。配制脫漆劑時(shí)，依據(jù)配方（見表 1）稱取各組分，以從固體到液體的順序投加到燒杯中，常溫下用磁力攪拌器攪拌10 min使各組分混合均勻，然后將脫漆劑密封備用。

表1 脫漆劑的配方Table 1 The formula of paint stripper

1.2 試驗(yàn)樣品

本實(shí)驗(yàn)樣品來自于上海喬良包裝有限公司印廢的用于食品罐的白涂、金屬油墨和罩光清漆漆膜鍍錫鋼板（尺寸為2×2 cm2）。

1.3 脫漆效率的測(cè)定

將白涂、金屬油墨和罩光清漆漆膜樣板分別投入盛有脫漆劑的燒杯內(nèi)，觀察漆膜表面溶脹鼓起情況，記錄樣板從浸泡到漆膜能夠完全被剝離的時(shí)間，用脫漆時(shí)間的長(zhǎng)短作為脫漆劑脫漆效率的考察標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 脫漆劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)

2.1.1 脫漆劑的理化性能

DBE脫漆劑的各項(xiàng)理化性能測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 脫漆劑的理化性能測(cè)試結(jié)果Table 2 The test result of physical and chemical properties of the paint stripper

2.1.2 腐蝕性測(cè)試

將原鍍錫鋼板（2×2 cm2）投入配制好的脫漆劑中，置于常溫下浸泡72 h，測(cè)量其失重。

計(jì)算脫漆劑的腐蝕性，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，該脫漆劑對(duì)鍍錫鋼板的平均腐蝕速率為 0.121 5 g·m-2·h-1，比苯甲醇型水性脫漆劑的腐蝕性稍大。為了保持較高的脫漆效率，本脫漆劑使用溫度較高，從而一定程度上影響了其腐蝕性。但試驗(yàn)結(jié)果表明，脫漆后樣板表面錫層受破壞的程度仍較低，對(duì)樣板的回收和重涂影響不大。

表3 脫漆劑的腐蝕性能測(cè)試結(jié)果Table 3 The test result of corrosivity of the paint stripper

2.1.3 揮發(fā)性測(cè)定

室溫條件下，將一定量配置好的脫漆劑倒入干燥、潔凈的玻璃培養(yǎng)皿（直徑10 cm）中，測(cè)量脫漆劑隨時(shí)間推移的質(zhì)量保留百分?jǐn)?shù)，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可知，該脫漆劑配制好后，前16 h內(nèi)揮發(fā)速率較快。敞口放置8 h后其質(zhì)量保留率為91%，16 h后，質(zhì)量保留率為89%。隨后脫漆劑的揮發(fā)速率開始減緩，放置24 h后，質(zhì)量保留率超過88%，48 h后，質(zhì)量保留率為84%。與苯甲醇型水性脫漆劑相比，該脫漆劑抑揮發(fā)性較好。

2.1.4 使用壽命測(cè)定

將配制好的脫漆劑置于常溫條件下密封保存，6個(gè)月內(nèi)定期對(duì)白涂、金屬油墨及罩光清漆樣板進(jìn)行脫漆試驗(yàn)，結(jié)果見圖2。

圖1 脫漆劑揮發(fā)性能測(cè)試Fig.1 The test result of volatility of the paint stripper

圖2 脫漆劑使用壽命測(cè)試Fig.2 The test result of working life of the paint stripper

由圖2可知，該DBE脫漆劑的使用壽命良好。對(duì)于白涂和金屬油墨漆膜，脫漆劑在使用兩三個(gè)月后，脫漆時(shí)間明顯縮短。根據(jù)“相似相容”原理，部分漆膜聚合物能溶解到脫漆劑中，使脫漆劑與漆膜的溶解度參數(shù)更接近，從而促使脫漆速率加快。2個(gè)月后，脫漆劑脫漆速率趨于穩(wěn)定，漆膜的脫除時(shí)間能保持在一定水平上。對(duì)于罩光清漆漆膜，脫漆速率變化則不明顯，6個(gè)月中其脫漆時(shí)間均穩(wěn)定在5~6 min內(nèi)。

2.2 溫度對(duì)脫漆效率的影響

按表1列出的配方配制脫漆劑，并將其置于不同溫度的水浴環(huán)境中。待燒杯內(nèi)脫漆液溫度上升穩(wěn)定后，測(cè)定各樣板的脫漆時(shí)間，得出脫漆劑脫漆效率與溫度變化的關(guān)系曲線，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，當(dāng)溫度由25 oC上升到45 oC時(shí)，脫漆時(shí)間迅速縮短，因?yàn)榧訜崮苡行Т偈褂袡C(jī)物降解，并降低鍍錫鋼板與漆膜間的結(jié)合力。當(dāng)溫度達(dá)到70 oC時(shí)，曲線逐漸趨于平緩，脫漆速率不隨溫度上升而繼續(xù)加快。溫度過高會(huì)加速有機(jī)物揮發(fā)和分解，從而改變脫漆劑組成，降低脫漆效率并縮短其使用壽命，影響試驗(yàn)結(jié)果。另外，考慮到試驗(yàn)的可操作性和節(jié)能問題，應(yīng)盡可能選擇在較低溫度下進(jìn)行，故脫漆溫度確定為75 oC。

圖3 溫度對(duì)脫漆效率的影響Fig.3 The effect of temperature to the stripping efficiency

2.3 攪拌對(duì)脫漆效率的影響

將配制好的脫漆劑置于75 oC恒溫條件下，改變攪拌狀態(tài)，測(cè)定各樣板脫漆時(shí)間。結(jié)果見圖4。

由圖4可知，攪拌狀態(tài)對(duì)脫漆效率影響不大。脫漆劑脫漆效率的高低主要基于主溶劑滲透到漆膜聚合物中速率的快慢。高速攪拌所產(chǎn)生的部分氣泡會(huì)附著在漆膜表面，從而抑制溶劑向聚合物分子中滲透，使漆膜溶脹和溶解作用降低，因此抵消了攪拌對(duì)漆膜產(chǎn)生的撕裂作用。對(duì)于罩光清漆樣板，脫漆所需時(shí)間較長(zhǎng)，攪拌會(huì)加速有機(jī)物揮發(fā)，使脫漆劑有效成分減少，從而延長(zhǎng)其脫漆時(shí)間，所以攪拌對(duì)罩光清漆影響略大。

圖4 攪拌對(duì)脫漆效率的影響Fig.4 The effect of stirring to the stripping efficiency

2.4 鍍錫鋼板的表征

對(duì)原鍍錫鋼板和脫漆后的白涂、金屬油墨及罩光清漆樣板進(jìn)行掃描電鏡檢測(cè)，結(jié)果見圖5。

圖5 樣板脫漆前后的表面形貌(×10 000)Fig.5 The SEM of tinplate before or after stripping

由圖5可知，與原鍍錫鋼板相比，白涂、金屬油墨及罩光清漆樣板在脫漆之后，表面仍存在明顯的磷化膜。磷化膜均表現(xiàn)為完整、連續(xù)的形態(tài)，且未見明顯的晶界變化或空缺，說明該脫漆劑對(duì)鍍錫鋼板表面磷化膜的破壞力較小，對(duì)金屬基材的腐蝕程度較輕，樣板在脫漆后可重新涂裝投入使用。

對(duì)原鍍錫鋼板和脫漆后的白涂、金屬油墨和罩光清漆樣板進(jìn)行x射線能譜分析，結(jié)果見圖6和表4。

表4給出了各樣板表面錫的質(zhì)量百分比和原子百分比，數(shù)據(jù)表明，脫漆后除罩光清漆樣板外，白涂和金屬油墨樣板表面的錫元素含量與原鍍錫鋼板基本保持在同一個(gè)水平。這是因?yàn)檎止馇迤崞崮さ拿摮龝r(shí)間較長(zhǎng)，使樣板與熱的脫漆液接觸過久，造成了一定程度的腐蝕。

圖6 樣板脫漆前后的能譜分析Fig.6 The EDX of tinplate

表4 樣板脫漆后表面錫含量分析結(jié)果Table 4 The content of tin before or after stripping

該脫漆劑對(duì)鍍錫鋼板表面錫層被破壞的程度較輕，屬誤差范圍內(nèi)，不影響樣板脫漆后的重涂和再利用。

3 結(jié) 論

利用己二酸二甲酯作為主溶劑，配制的一種用于脫除鍍錫鋼板表面各類漆膜的環(huán)保型高沸點(diǎn)脫漆劑，具有較好的的脫漆效率。將配制好的脫漆劑置于室溫條件下，48 h后其質(zhì)量保留率仍達(dá)84%。試驗(yàn)結(jié)果表明，該脫漆劑的揮發(fā)性不大，性質(zhì)較穩(wěn)定，反復(fù)使用不會(huì)造成脫漆速率明顯降低。通過掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)結(jié)果可知，脫漆后各樣板表面仍存在連續(xù)的磷化膜，鍍錫鋼板的錫含量仍維持在一定水平上，說明該脫漆劑對(duì)鍍錫鋼板的腐蝕性較小，脫漆后不影響樣板的重涂和再利用。

［1］翟茹.馬口鐵印刷及常見問題淺析[J].廣東印刷，2005，26(4)：51-52.

［2］李聯(lián)生，朱榮，郭漢杰，等.含錫易切削鋼的冶煉和性能研究[J]. 特殊鋼，2004，25(6)：10-12.

［3］Cao L, Muhlberger F, Adam T, et al. Pyrolysis behavior of paint in car steel sheet recycling process [J]. Journal of Iron and Steel Research,2006, 18(1):54.

［4］李全祥，程博聞，康為民，等.一種廢舊易拉罐表面處理劑：中國，101392384A[P]. 2009-03-25.

［5］夏志國，劉云.脫漆劑的研究進(jìn)展與展望[J].日用化學(xué)工業(yè)，2004，34(4)：235-237.

［6］趙照軍.脫漆工藝及其在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].材料保護(hù)，1999，32(12)：22-23.

［7］孫杰，趙武強(qiáng)，孟錦宏.低毒低揮發(fā)性脫漆劑的研制[J].電鍍與涂飾，2008，27(4)：52-54.

［8］MACHAC J R Jr. MARQUIS E T, et al. Paint and coating remover: US,6482270[P]. 2002-11-19.

［9］HANS H B. Paint stripping with nontoxic chemicals [J]. Transactions of the Institute of Metal Finishing, 1995, 93(4): 34-35;37.