随着“碳达峰”和“碳中和”战略的提出，传统能源由于会排放大量CO2而受到限制。核能作为一种清洁能源，具有可靠性高、碳排放量少等优点。提高核能的运用，可降低对化石资源的依赖，有效减少温室气体的排放。但核设备在使用寿命结束后，面临着退役问题，如何方便、有效降低放射性核素污染是开发核能和解决核设备退役问题的关键之一。可剥离涂料技术是一种应用范围广、操作简便、产生的二次废物易处置、可用于大面积去污的表面放射性去污技术。在可剥离涂料中引入光固化技术，可解决环保问题、降低环境对固化的影响、提高施工效率，推动可剥离涂料的发展。
由CO2合成的绿色原料聚碳酸亚丙酯二醇（PPC）不仅减少了石化资源的使用，同时还消耗了一部分的CO2，为“碳中和”做出了贡献。PPC分子链中存在碳酸酯键和醚键，因此具有较高的内聚力、耐磨性和耐水性。高内聚力可提供涂料极好的可剥离性能，同时也会增加可剥离涂料与基材的附着力，合适的附着力除了能保证可剥离涂料的基材保护能力外，还能增加与污染物的黏附作用，避免剥离过程中污染物从涂料表面脱落，进而提高去污率。
基于以上研究背景，课题组在涂料领域顶级期刊《Progress in Organic Coating》发表题为“Preparation of UV-curable strippable coatings based on polyurethane acrylate from CO2-polyol and different isocyanates”的论文，通过聚碳酸亚丙酯二醇（PPC2000）和不同结构的异氰酸酯制备了两种聚氨酯丙烯酸酯，加入活性稀释剂和不同光引发剂制备了可剥离涂料，主要路线如图1所示。
图1 可剥离涂料组分化学结构及制备路线
如图2所示，在聚氨酯丙烯酸酯加入活性稀释剂丙烯酸异冰片酯（IBOA），降低涂料粘度的同时调控机械性能，并研究不同光引发剂（1173、184、TPO）对所制备的可剥离涂料性能的影响。最后根据双键转化率，选择了3% 1173，3% 184和1% TPO作为最佳引发剂用量。
图2 不同引发剂及其含量对可剥离涂料双键转化率的影响
图3a为可剥离涂料的应力应变曲线，可以看出，在相同引发剂条件下，使用HMDI的可剥离涂料的拉伸强度均高于IPDI的可剥离涂料。在相同引发剂条件下，相比于HMDI基PUA可剥离涂料，IPDI基PUA可剥离涂料的180°强度更高，可达到2.57N/cm。
图3 不同光固化可剥离涂料的拉伸性能（a）和180°剥离强度测试（b）
由图4可知，使用不同引发剂的涂料均能从基材表面完整剥离，但因涂料与基材附着力不同，剥离后会对基材表面造成不同的影响。混凝土表面为多孔结构，涂料从孔隙中易渗入混凝土内部，涂料与混凝土具有较高的附着力，混凝土表面疏松部分被膜体剥离、移除。玻璃和钢板表面不易损坏，在剥离后可发现两种基材上残留白色固体。
图4 可剥离涂料在被污染基材表面剥离的数码照片
综上所述，课题组利用由CO2合成的绿色原料聚碳酸亚丙酯二醇合成了两种不同的聚氨酯丙烯酸酯，通过配方调控制备出具有优异机械性能和可剥离性的可剥离涂料，在不同的基材上都表现出了良好的去污率，为去除核退役设备放射性污染提供了一种绿色高效的新材料。
DOI：https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107865
