海洋大氣環(huán)境下純聚脲重防腐涂料的應(yīng)用

　　文/謝遠(yuǎn)偉，黃微波，徐菲，孟浩·青島理工大學(xué)

　　本文通過Qtech-412純聚脲涂層耐候老化、耐人工紫外線加速老化QUV及在模擬海洋環(huán)境中實(shí)際防腐效果的研究，表征了海洋欠氣環(huán)境下Qtech-412重防腐涂料的耐久性和防護(hù)性能。

　　根據(jù)研究顯示，在海洋大氣環(huán)境下，金屬材料的腐蝕速度是一般大氣環(huán)境下的8倍，如防護(hù)不當(dāng)，將大大降低其使用壽命，造成重大經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及生命安全。

　　在所有方法中，采用涂裝重防腐涂料時(shí)最有效、最經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用最普遍的方法之一。常用重防腐涂料在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果，但仍存在防腐性能欠佳、污染環(huán)境、封閉性不足、施工復(fù)雜、耐久性差等諸多弊病。因此，具備綠色環(huán)保、高固體分、無溶劑、厚膜、超長壽命和施工簡便等特點(diǎn)的新型重防腐涂料產(chǎn)品成為未來發(fā)展的方向。

　　純聚脲重防腐蝕涂料就是其中一種。這種涂層力學(xué)性能及耐老化、耐腐蝕、防滲漏、抗沖擊、抗疲勞破壞等理化性能十分優(yōu)異，一次涂裝厚度可達(dá)2mm以上，施工簡便、高效，是目前國際重防腐技術(shù)的最新發(fā)展潮流。

涂層的耐久性

　　自然老化

　　按照ASTM G7《非金屬材料的戶外自然曝曬試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)純聚脲試樣進(jìn)行戶外自然曝曬老化實(shí)驗(yàn)。

　　自然曝曬老化600d后，檢測發(fā)現(xiàn)，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率變化很?。槐砻嫔珴梢脖３至己茫坏潜砻婀鉂啥葒?yán)重降低，下降了94.53%，幾乎完全失光，且在前期下降迅速。以此可以初步斷定，純聚脲涂層表面的分子鍵發(fā)生了斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致試樣發(fā)生了化學(xué)降解，出現(xiàn)老化現(xiàn)象。然而，試樣的力學(xué)性能基本沒有降低，說明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)并未受到光老化因素的破壞，試樣表面的失光現(xiàn)象并未對(duì)材料的耐腐蝕性能和服役壽命造成影響，純聚脲僅僅在在裝飾性上有所欠缺。

　　通過微觀試驗(yàn)，進(jìn)一步判斷試樣耐候老化程度。結(jié)果顯示，純聚脲涂層光澤度嚴(yán)重下降是由于其表面發(fā)生了降解變化，涉及的厚度僅表層3~5μm；涂層內(nèi)部沒有老化現(xiàn)象，分子鍵沒有斷裂，結(jié)構(gòu)沒有明顯的變化。

　　綜上所述，純聚脲保光保色性能較差，但未影響其耐候老化性能，戶外自然老化600d后，性能依然穩(wěn)定、優(yōu)異，防護(hù)功能依舊，只是外觀不及老化前鮮艷。

　　人工加速老化

　　太陽光中的短波紫外光通常是引起聚合物破壞的主要原因，而海洋大氣環(huán)境下紫外線輻射較為強(qiáng)烈，因此采用UVA-340紫外燈光源對(duì)Qtech-412純聚脲涂層進(jìn)行人工加速老化試驗(yàn)。分別測試人工加速老化前后試樣光澤度和力學(xué)性能的變化。

　　結(jié)果顯示，純聚脲涂層在15000h的紫外線人工加速老化過程中的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均未出現(xiàn)大的波動(dòng)，因此試樣的力學(xué)性能人工加速老化前后相差無幾。而試樣在紫外線人工加速老化15000h過程中，光澤度變化巨大。在老化時(shí)間達(dá)到5000h時(shí)的失光率高達(dá)94.19%。人工加速老化時(shí)間達(dá)到10000h時(shí)，己無法測定試樣的光澤度。

　　試樣老化前和老化15000h后的表觀對(duì)照如圖1所示。
 

　　由于紫外老化箱中高溫高濕環(huán)境及UVA-340紫外光源的照射強(qiáng)度較大，足以打斷聚合物體系中的許多單鍵。因此人工加速老化過程中，紫外光線的照射打斷純聚脲表面的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)致表面光澤度出現(xiàn)下降，并使得試樣老化15000h后表面有機(jī)紅染料褪色、變黑。但用水磨細(xì)砂紙輕微打磨試樣表面后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部顏色沒有變化，如圖1中六邊形部位所示，試樣在打磨后很快出現(xiàn)鮮紅色。

　　結(jié)合純聚脲試樣經(jīng)過15000h人工加速老化后力學(xué)性能基本沒有變化而光澤度劇烈變化，表面完全變色，內(nèi)部顏色不變，可以初步判斷：紫外線的照射僅使試樣表面發(fā)生變化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、大分子鏈段并未被破壞。

　　為進(jìn)一步驗(yàn)證宏觀試驗(yàn)所得結(jié)論，對(duì)經(jīng)過不同時(shí)間段人工加速老化的純聚脲試樣進(jìn)行微觀試驗(yàn)，結(jié)果顯示，純聚脲涂層在15000h的紫外線人工老化前后均未有明顯的相轉(zhuǎn)變、還原、氧化、聚合和結(jié)晶等現(xiàn)象。

　　綜上所述，純聚脲涂層的力學(xué)性能沒有大幅度的變化，并且DSC曲線也證明涂層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)沒有明顯的變化。因此可以斷定：純聚脲涂層在15000h的人工加速老化過程中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒有受到影響，總體力學(xué)性能變化不大，但表面由于強(qiáng)烈的紫外線作用，部分化學(xué)鍵斷裂，有機(jī)染料顏色改變。

實(shí)際防腐效果及應(yīng)用

　　防腐效果對(duì)比

　　為觀察純聚脲涂料的實(shí)際應(yīng)用效果，將其涂裝在鋼板上，進(jìn)行測試，并與其他涂裝普通防腐漆和環(huán)氧重防腐漆的鋼板進(jìn)行對(duì)比。

　　按照國標(biāo)GBT1771-2007,采取劃叉的方式將所有試樣的涂層劃開。其中純聚脲涂層的右邊正常劃叉，但聚脲的高彈性隨即將叉痕愈合，無法暴露鋼板底材；因此在左邊刻意將聚脲涂層剔成寬度為2~3mm的凹槽，暴露鋼板底材。

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