从敏感衬底的表面去除涂层的方法以及可用于该方法的喷丸清理介质

本发明涉及一种从敏感金属和复合材料表面或类似的衬底表面去除涂层的方法以及可用于该方法的喷丸清理介质。

人们经常需要清理或去除从建筑物到工业装置的各种各样结构和设备表面的涂层。大家知道有许多可用于该目的的方法，包括从机械磨蚀方法到用化学药品清理或去除涂料、密封材料、油漆等表面涂层的方法。坚硬而耐久的表面，如花岗石墙或厚钢板，可用象喷砂那样的剧烈的磨蚀方法清理或去除。较为敏感的表面则需采用侵蚀性较小的处理方法，以防止损伤衬底。

商业航空公司和军事机构都耗费巨资用于定期去除或磨蚀现代飞机外表面的油漆和其他涂层。这些表面包括重量很轻的铝或其他合金或复合材料，它们都是较软的，从其表面去除油漆或其他涂层时必须小心从事，以避免过分磨蚀或化学损伤。在极个别的情况下，这种损伤会导致机械破坏。

人们提出了各种各样与喷砂相似的、从敏感金属和复合材料的飞机表面或类似的表面去除涂层的改进的方法。可用于该目的的喷丸清理介质应符合以下准则的要求：1.侵蚀性小（莫氏硬度约为2.0～3.0）;

2.具有适合于处理不同衬底的各种粒径分布;

3.在很高湿度的条件下和在很宽的空气压力和介质流率的范围内都能自由流动;

4.可溶于水，不会造成污染，以易于与剥除下来的不溶的油漆和树脂分离，便于废物处理。

1988年3月15日授予Carr的第4，731，125号美国专利描述了用塑料介质对敏感金属和复合材料表面进行喷丸清理的方法。但是这类材料较贵，而且使用这类材料还会带来废物处理问题。

也有人提出用碳酸氢钠作为从象飞机零件那样的敏感衬底的表面去除涂层的喷丸清理介质。碳酸氢盐是用于这方面的理想的介质，因为它易于满足以上第1、2和4准则的要求。例如，它的侵蚀性小（莫氏硬度约为2.5），可制成各种各样粒径，可溶于水且通常用于污水处理装置以控制碱度和PH值。碳酸氢钠由于其具有轻度磨蚀特性，以前已用于例如抛光牙齿的介质。可参阅例如美国专利第3，882，638;3，972，123;4，174，571;4，412，402;4，214，871;4，462，803;4，482，322，4，487，582;4，492，575;4，494，932和4，522，597号。

用碳酸氢钠作喷丸清理介质的主要缺点是碳酸氢钠会由于压实，或更为重要的是会由于处于高湿度的条件下而结块。这个问题在工业上的喷丸清理操作中尤为尖锐，因为工业上进行喷丸清理所用的压缩空气流基本上已为水分所饱和，也就是说其相对湿度达90%或90%以上，并含有来自空气压缩机的油类杂质。此外，市场上能买到的碳酸氢钠产品，由于具有正常的粒径分布和晶体的形状，其固有的流动特性是很差的。

已知在碳酸氢钠中加入助流剂能改善其流动和防结块性能。因此以前已有人提出在发酵组合物和牙科空气喷射预防介质中添加磷酸三钙（TCP）使其与碳酸氢钠共混。添加这种物质能大大改善碳酸氢盐的流动和防结块特性。但是经TCP处理的碳酸氢钠在环境条件下的贮存期限仅为3～6个月，这是因为TCP会吸收水分直至饱和，此后该产品即结块。

因此，本发明的目的之一是提供含有碳酸氢盐的喷丸清理介质以及利用这种介质从敏感金属和复合材料表面去除涂层的方法。可这样应用的碳酸氢盐喷丸清理介质在工业上不利的喷丸清理条件下能自由流动且具有很长的贮存期限，而且可用作在高湿度和很宽范围的精确控制的高流率和空气压力的条件下工作的喷丸清理介质。从下面对本发明的优选方案所作的描述可以明显地看出本发明的其他目的和优点。

本发明提供一种从敏感衬底的表面去除涂层的方法，该方法用粒径约为10～500微米的水溶性碳酸氢盐与用量至少约为碳酸氢盐重量的0.2%（最好约为0.2～3%）的疏水性二氧化硅助流剂/防结块剂的混合物作喷丸清理介质，借助压力约为10～150磅/英寸2的基本饱和的压缩空气流对敏感衬底的表面进行喷丸清理。与不含助流剂或含有诸如TCP或亲水性二氧化硅之类的其他常用助流剂的类似的介质相比，这种含有疏水性二氧化硅的介质的流动特性好得多。而且，本发明的含有疏水性二氧化硅助流剂的碳酸氢盐喷丸清理介质的贮存期限长得多，基本上是无限期的，并对工业上的压缩空气流的很高的相对湿度具有很好的抵抗能力。

在本发明的喷丸清理介质中最好用碳酸氢钠作磨料。但其他水溶性碳酸氢盐，例如碱金属碳酸氢盐（如碳酸氢钾）或碳酸氢铵也可使用。因此，虽然下面的描述主要涉及优先选用的含碳酸氢钠的喷丸清理介质，但不用说，本发明也包括含有其他水溶性碳酸氢盐磨料的喷丸清理介质。

以前人们已用疏水性二氧化硅与亲水性二氧化硅混合作牙病预防用抛光介质的助流剂。这种介质的应用条件与工业上的喷丸清理介质是显然不同的。例如，牙病预防介质含有粒径约为65～70微米的碳酸氢盐颗粒，应用时是在压力约为50～100磅/英寸2的洁净的实验室压缩空气源的压力作用下以约3克/分的流率通过1/16～1/32英寸的喷嘴。十分重要的是这种气源基本上没有为水分所饱和，其流动和结块的问题与工业上的喷丸清理介质在饱和压缩空气气流中高速通过的那种应用条件下所固有的流动和结块问题是大不相同的。

本发明的喷丸清理介质主要是由与疏水性二氧化硅颗粒相混合的水溶性碳酸氢盐（例如碳酸氢钠）组成的。疏水性二氧化硅与大家知道的亲水性二氧化硅不同，它基本上不含非氢键合硅烷醇基团和吸水。

一种可用于本发明的喷丸清理介质的优先选用的疏水性二氧化硅是Degussa AG公司供应的品名为Aerosil R972的产品。该产品是一种纯净的凝固二氧化硅气溶胶，其表面上的硅烷醇基团约有75%与二甲基二氯硅烷发生了化学反应，生成的产物在其每100米2的表面积上含有约0.7毫摩尔的化合的甲基，生成的产物并含有约1%碳。其颗粒的直径为10～40毫微米，比表面积约为110米2/克。它可用一种亲水性二氧化硅进行火焰水解而制得，有关这方面的较为详细的描述可参阅Angew Chem 72，744（1960）;F-PS1，368，765和DT-AS

1，163，784。有关这种材料的详情登载在Degussa    AG    1986年8月发表的题为“Basic    Characterisfics    and    Applications    of    AEROSIL”的技术通报中。

所述的疏水性二氧化硅颗粒与碳酸氢钠喷丸清理剂混合，其用量至少约为碳酸氢钠重量的0.2%，但最多约为3%。碳酸氢盐颗粒的粒径可在大约10～500微米的范围内任选。当该喷丸清理介质是用于去除飞机外表面的油漆时，宜采用平均粒径约为250～300微米的碳酸氢盐颗粒。

这样组成的喷丸清理介质可用于清理或去除例如用于飞机外表面的敏感金属（例如铝或铝合金）或复合材料衬底的表面的涂层，而不会使衬底磨蚀或受到损伤。可用本发明的喷丸清理介质处理的复合材料包含基体（例如环氧树脂），基体可含有诸如玻璃纤维、石墨纤维之类的纤维以增加强度。

这样组成的喷丸清理介质在工业压缩空气流中应用，即在基本上为水分所饱和（相对湿度达90%或90%以上）并含有来自压缩机的油类杂质的压缩空气流中应用。该碳酸氢盐/疏水性二氧化硅喷丸清理介质在应用时可在约10～150磅/英寸2的空气压力下以约1～10磅/分的流率从1/4或1/4英寸以上的喷嘴喷出。如上所述，并如下面更分详细的说明所示，已发现按照本发明的方法组成和使用的喷丸清理介质不会结块，具有极好的贮存期限而且是自由流动的。因此易用于工业喷丸清理操作，以去除敏感金属和复合材料表面的涂层。

以下的实施例说明本发明的喷丸清理介质的不结块和自由流动的特性。在这些实施例中，除非另有说明，所有份数和百分比均按重量计，所有温度均用°F表示。

实施例1和2-本发明的喷丸清理介质的防结块性能的实验室试验方法用含有平均粒径约为70微米的碳酸氢钠颗粒的下列组合物评定其相对结块特性：实施例1：NaHCO3+0.2%疏水性二氧化硅（Aerosil R972）对照试样A：NaHCO3+0.2%亲水性二氧化硅（Sylox15）对照试样B：NaHCO3+0.2%TCP实施例2：NaHCO3+0.5%疏水性二氧化硅（Aerosil R972）对照试样C：NaHCO3+0.5%亲水性二氧化硅（Sylox15）对照试样D：NaHCO3+0.5%TCP对照试样E：NaHCO3（未加任何助流剂）将这些组合物置于许多闭合的硬纸板容器中，在100%相对湿度下保持3天，评定其抗结块性。将进行试验的每种组合物倒出到-20号美国标准试验筛上，并轻轻敲打，直至所有产物（除任何结块的产物外）均通过筛子为止。然后将已过筛的产物倒入许多空箱中，并从1英寸高处轻敲5下，然后将箱子密封。

每种组合物取三份试样，任意地放在一保持100%相对湿度和环境温度的环境试验室内，各试样之间的距离至少为1/2英寸。在环境试验室内老化3天后，取出试样，并使其在周围环境的湿度和温度的条件下再平衡24小时，然后才评定其结块情况。

老化和平衡后，打开试样箱，并测定碳酸氢盐总含量和剩余的结块部分（轻轻摇动之后）的重量。然后测定各试样的结块部分所占的比例，并将每种组合物的三份试样的平均百分比写入报告。所得试验结果如下：实施例或    结块试样对照试样    助流剂%实施例1    0.2%Aerosil    R-972    12.3%对照试样A    0.2%Sylox15    39.7%对照试样B    0.2TCP    35.8%实施例2    0.5%Aerosil    R-972    0.6%对照试样c    0.5%Sylox15    22.0%对照试样D    0.5%TCP    31.7%对照试样E    无助流剂    32.1%从以上所述可以看出，含有疏水性二氧化硅防构块助剂（Aerosil    R-972）的组合物（实施例1和2）的防结块性能明显地优于含有其他助流剂的组合物（对照试样A～D）或不含助流剂的组合物（对照试样E）。

实施例3-含有碳酸氢钠喷丸清理介质的现场试验取两种平均粒径各为250～300微米左右、且其中一种与0.5%Aerosil    R-972疏水性二氧化硅混合的碳酸氢钠试样，用作标准喷砂装置中的介质。该装置是Houston    Texas的Schmidt    Manufacturing    Ino.制造的Schmidt    Accnship    System，其喷嘴的直径为0.5英寸，并有一与6立方英尺喷砂罐和800立方英尺/分压缩机相连的Thompson阀。该喷砂罐安装在一秤上，这样能测定介质的流率。

利用周围的压缩空气使各碳酸氢盐组合物在60磅/英寸2表压下通过喷嘴喷吹出来，所述的压缩空气在其通过喷砂罐中的喷丸清理介质时已为水分所饱和。

不含疏水性二氧化硅助流剂的碳酸氢钠颗粒断断续续流过该系统，很快使喷嘴阻塞，不能进一步流动。因此不能保持持续的流动。

碳酸氢盐与疏水性二氧化硅的组合物在流率控制在1～5磅/分的情况下能连续地长达65小时以上流过该系统，没有遇到流动问题。

从以上公开的内容可以看出，本发明提供一种从敏感衬底的表面清理或去除油漆或其他涂料的改进的方法，并涉及可用于该方法的含有碳酸氢钠的喷丸清理介质。不用说，在上面描述的优先选用的实施方案中作为例子的喷丸清理方法和喷丸清理介质，还可以在不脱离本发明的范围的情况下有各种各样的变化。因此，应把前面的描述看作是说明性的，而不是限制性的。