刘运学，朱冉冉，范兆荣，谷金，谷亚新

（1.沈阳建筑大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110168；2.中铁九局集团有限公司，辽宁 沈阳 110013）

0 引言

在喷漆过程中，由于压缩空气的作用会产生大量“飞漆”，“飞漆”落入喷漆车间的水池，黏附在车间四壁，形成“漆渣”。机动车表面的漆膜多数是采用喷涂工艺涂装的，随着我国汽车工业的快速发展，汽车车漆喷涂过程中所产生的漆渣量不断增加。以我国汽车工业生产为例，截至2019年，我国汽车年产量高达2553 万辆，按照每辆汽车用漆量为35 kg 计算，大约需要汽车漆89 万t，按照65%的利用效率计算，每年漆渣的产生量为31 万t[1]。目前，我国对漆渣的处置主要采用填埋和焚烧2种方法，填埋会占用土地且造成坏境污染等问题，焚烧会产生有毒气体污染空气[2]。

据统计，目前聚氨酯材料占我国防水材料总用量的70%以上，以聚氨酯防水涂料为主[3]。聚氨酯防水涂料具有物理性能优、耐化学品性好、防水效果优等优点而备受重视，适用于建筑物的防水防潮以及堵漏，目前已被广泛应用于各类防渗工程中[4]。

本文将沈阳某机车厂喷涂车间产生的漆渣回收进行简单预处理后，然后以有机填料的形式加入到单组分聚氨酯沥青防水涂料中进行搅拌，研究其力学性能和热性能的影响[5]，为漆渣的综合利用提供有价值的参考。

1 实 验

1.1 主要原材料

聚氨酯防水涂料：自制，其性能见表1；漆渣：取自沈阳某机车厂喷涂车间，黑色固体粉末，有肉眼可见的杂质，外观如图1所示。

表1 聚氨酯防水涂料的性能

图1 漆渣的形貌

1.2 主要仪器设备

STA4493F3 型热重分析仪，德国耐驰公司；IS5 型傅立叶红外光谱仪，赛默飞世尔科技公司；SEM 多功能分散机，上海穗兴机电发展有限公司；TCS-2000 万能试验机，高铁科技股份有限公司。

1.3 制备方法

将回收的漆渣进行筛分，取100 目和200 目漆渣置于搪瓷盘中，然后将搪瓷盘放在电热鼓风干燥箱中，烘箱的温度设置为110 ℃，烘干时间为2 h。烘干后的漆渣自然降温至室温后备用。

取100 g 聚氨酯防水涂料，分别掺入占聚氨酯防水涂料质量的0、5%、10%、15%、20%的漆渣，室温条件下搅拌，搅拌速度为100～120 r/min，搅拌时间为5～10 min。

涂膜前，将玻璃板（25.4 mm×76.2 mm）放入水中超声清洗，再用乙醇和蒸馏水冲洗后进行干燥。然后将防水涂料涂刷到抹有脱模剂的玻璃板上，涂膜最终成型厚度为（1.5±0.2）mm。放置室温自然固化48 h 后备用。

1.4 分析与测试

力学性能：采用TCS-2000 型万能试验机参照GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》进行测试，采用哑铃型试样，拉伸速度为200 mm/min。

热重分析：采用STA4493F3 型热重分析仪，在氮气氛围下从室温升至800 ℃，升温速率为10 ℃/min。

红外分析：采用IS5 型傅立叶红外光谱仪进行红外光谱（FI-IR）分析，防水涂膜采用反射法，漆渣采用溴化钾压片法。

2 实验结果与讨论

2.1 漆渣对防水涂料施工性能的影响

实验发现，适当掺入漆渣可以明显改善单组分聚氨酯沥青防水涂料的施工性能，图2 为200 目漆渣不同掺量防水涂膜干燥后的照片。

图2 聚氨酯防水涂料涂膜外观

图2 可见，未掺漆渣的聚氨酯防水涂料涂膜表面凹凸不平，流平性较差；掺15%漆渣的聚氨酯防水涂料涂膜表面较为光滑，流平性较好；掺20%漆渣的聚氨酯防水涂料表面有刮痕，流平性一般。本试样采用塑料刮板进行刮涂，操作中发现漆渣掺量不超过15%时，漆渣的掺入并没有明显增大防水涂料的黏度，对刮涂施工未产生任何影响。漆渣掺量超过15%时，防水涂料的黏度明显增大，导致刮涂施工困难并对涂膜表面产生影响。

2.2 漆渣掺量对防水涂料涂膜力学性能的影响

（见图3、图4）

图3 漆渣掺量对防水涂料涂膜拉伸强度的影响

图4 漆渣掺量对防水涂料涂膜断裂伸长率的影响

由图3、图4 可知，100 目和200 目的漆渣对聚氨酯防水涂膜的力学性能影响规律相同，随着漆渣掺量的增加，聚氨酯防水涂膜的拉伸强度先提高后降低，当漆渣掺量为15%时，采用200 目漆渣改性的聚氨酯防水涂料的拉伸强度最大，比未改性的提高10%（100 目和200 目漆渣改性效果差别不大）。这是因为当漆渣掺量不超过15%时，漆渣的加入可以在一定程度上改善防水涂膜的致密性（200 目效果略好于100目），气孔数量减少，拉伸强度略有提高。当漆渣掺量超过15%时，改性后的防水涂料黏度增大，涂膜干燥后气孔增多，拉伸强度下降。

由图4 可知，随着漆渣掺量的增加，100 目和200 目漆渣改性的聚氨酯防水涂料断裂伸长率均逐渐减小。这是因为漆渣的加入使得防水涂膜弹性变差所导致的。当漆渣掺量不超过15%时，改性后的防水涂膜断裂伸长率大于450%，仍能符合GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》的要求。

综上可知，少量添加漆渣能够改善涂膜的致密程度，气孔数量减少，拉伸强度提高。漆渣掺量过多，会使得防水涂料施工性能下降，而且会使气孔数量增加，从而导致拉伸强度降低。所以漆渣的掺量宜控制在15%以内。

2.3 红外分析

未改性及掺15%200 目漆渣改性防水涂膜和原材料的红外图谱见图5。

图5 改性前后防水涂料和原材料的红外图谱

由图5 可见：

（1）本次实验选用的漆渣在650 cm-1处有一弱峰为Ti—O键特征峰。1421cm-1处的强峰为羟酸盐羟基的反对称伸缩振动峰，在改性后的谱图中，这一吸收峰强度和位置略有变化。1687cm-1附近的吸收峰可能混合了酰胺羰基的伸缩振动峰和酯羰基的伸缩振动峰，根据元素分析中漆渣含N 元素，该清漆所用树脂可能为（多组分）聚氨酯。可以看到，3220 cm-1吸收峰为亚甲基的伸缩振动峰。在3440 cm-1存在较弱的吸收峰，可知这些区域的峰主要由TiO2贡献。

（2）掺15%200 目漆渣改性后的聚氨酯防水涂料的吸收峰与未改性的聚氨酯防水涂料吸收峰在1421 cm-1处和3200～3500 cm-1处有稍微不同，是因为漆渣本身在这2 处存在稍强的吸收峰。可以看出，改性前后聚氨酯防水涂料的红外曲线总体趋势相同，没有发生太大的变化。漆渣对聚氨酯防水涂料的改性为物理改性。

2.4 热分析

2.4.1 热重分析（TG）

对不同掺量漆渣改性聚氨酯防水涂料进行TG 分析，可以直观反映改性防水涂料质量与温度直接的变化，结果如图6所示。

图6 200 目漆渣不同掺量防水涂料的TG 曲线

由图6 可见，采用200 目漆渣，温度升至230 ℃之前质量的增加，主要是在此温度范围内吸附了氮气，导致质量增加。涂料的起始分解温度约为230 ℃，终止温度约为400 ℃。根据最大失重速率所对应温度来看，热稳定顺序为：20%＞15%＞10%＞5%＞0。即随着漆渣掺量的增加，漆渣改性聚氨酯防水涂料的热稳定性有所提高，但效果有限。

2.4.2 差示扫描量热分析（DSC）

图7 是不同漆渣掺量时防水涂料的DSC 曲线。

由图7 可以看出，漆渣改性聚氨酯防水涂料的玻璃化转变温度Tg 在350 ℃左右。在240 ℃之前涂料处于低温段，材料相对稳定。随着温度的升高，材料内部发生变化，在350 ℃涂料吸热达到峰值。放热峰峰值大约在370 ℃，熔融峰温度为490 ℃。漆渣掺量为15%和20%时放热峰平缓，与其耐热性能好有关。可以明显的看到放热峰面积相差很大，这是由于漆渣与聚氨酯防水涂料的分子链相互作用，有形成凝聚缠结及物理交联网的趋向，这种凝聚的密度和强度依赖于漆渣的掺量。当掺量越来越大时，局部链段的运动使分子链向高能态转变，必然形成新的凝聚缠结，同时释放能量。

图7 200 目漆渣不同掺量的DSC 曲线

3 结论

（1）当漆渣掺量不超过15%时，漆渣的加入并没有明显提高防水涂料的黏度，对刮涂施工未产生任何影响，而且可以有效降低气孔的产生，改善防水涂膜的施工质量。

（2）不同目数的漆渣对聚氨酯防水涂膜力学性能影响规律相同。拉伸强度随漆渣掺量的增加先提高后降低，当漆渣掺量为15%时，拉伸强度达到最大。断裂伸长率随漆渣掺量的增加逐渐减小。

（3）漆渣的加入对聚氨酯防水涂膜的热稳定性略有改善，但效果有限。从红外光谱中看出漆渣对聚氨酯防水涂料的改性过程为物理改性，没有新的吸收峰产生。