海洋大氣環境下純聚脲重防腐涂料的應用

　　文/謝遠偉，黃微波，徐菲，孟浩·青島理工大學

　　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及在模擬海洋環境中實際防腐效果的研究，表征了海洋欠氣環境下Qtech-412重防腐涂料的耐久性和防護性能。

　　根據研究顯示，在海洋大氣環境下，金屬材料的腐蝕速度是一般大氣環境下的8倍，如防護不當，將大大降低其使用壽命，造成重大經濟損失，甚至危及生命安全。

　　在所有方法中，采用涂裝重防腐涂料時最有效、最經濟、應用最普遍的方法之一。常用重防腐涂料在實際應用中取得了較好的效果，但仍存在防腐性能欠佳、污染環境、封閉性不足、施工復雜、耐久性差等諸多弊病。因此，具備綠色環保、高固體分、無溶劑、厚膜、超長壽命和施工簡便等特點的新型重防腐涂料產品成為未來發展的方向。

　　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異，一次涂裝厚度可達2mm以上，施工簡便、高效，是目前國際重防腐技術的最新發展潮流。

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標準》，對純聚脲試樣進行戶外自然曝曬老化實驗。

　　自然曝曬老化600d后，檢測發現，其拉伸強度和斷裂伸長率變化很小；表面色澤也保持良好；但是表面光澤度嚴重降低，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生了斷裂，進而導致試樣發生了化學降解，出現老化現象。然而，試樣的力學性能基本沒有降低，說明其內部結構并未受到光老化因素的破壞，試樣表面的失光現象并未對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，進一步判斷試樣耐候老化程度。結果顯示，純聚脲涂層光澤度嚴重下降是由于其表面發生了降解變化，涉及的厚度僅表層3~5μm；涂層內部沒有老化現象，分子鍵沒有斷裂，結構沒有明顯的變化。

　　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，性能依然穩定、優異，防護功能依舊，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，而海洋大氣環境下紫外線輻射較為強烈，因此采用UVA-340紫外燈光源對Qtech-412純聚脲涂層進行人工加速老化試驗。分別測試人工加速老化前后試樣光澤度和力學性能的變化。

　　結果顯示，純聚脲涂層在15000h的紫外線人工加速老化過程中的拉伸強度和斷裂伸長率均未出現大的波動，因此試樣的力學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。在老化時間達到5000h時的失光率高達94.19%。人工加速老化時間達到10000h時，己無法測定試樣的光澤度。

　　試樣老化前和老化15000h后的表觀對照如圖1所示。
 

　　由于紫外老化箱中高溫高濕環境及UVA-340紫外光源的照射強度較大，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鍵結構，而導致表面光澤度出現下降，并使得試樣老化15000h后表面有機紅染料褪色、變黑。但用水磨細砂紙輕微打磨試樣表面后，發現內部顏色沒有變化，如圖1中六邊形部位所示，試樣在打磨后很快出現鮮紅色。

　　結合純聚脲試樣經過15000h人工加速老化后力學性能基本沒有變化而光澤度劇烈變化，表面完全變色，內部顏色不變，可以初步判斷：紫外線的照射僅使試樣表面發生變化，內部結構、大分子鏈段并未被破壞。

　　為進一步驗證宏觀試驗所得結論，對經過不同時間段人工加速老化的純聚脲試樣進行微觀試驗，結果顯示，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變、還原、氧化、聚合和結晶等現象。

　　綜上所述，純聚脲涂層的力學性能沒有大幅度的變化，并且DSC曲線也證明涂層內部的結構沒有明顯的變化。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部結構并沒有受到影響，總體力學性能變化不大，但表面由于強烈的紫外線作用，部分化學鍵斷裂，有機染料顏色改變。

實際防腐效果及應用

　　防腐效果對比

　　為觀察純聚脲涂料的實際應用效果，將其涂裝在鋼板上，進行測試，并與其他涂裝普通防腐漆和環氧重防腐漆的鋼板進行對比。

　　按照國標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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