0  引言

  噴涂聚脲彈性體（Spray Polyurea Elastomer,簡稱SPUA）是近10年來發(fā)展起來的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術(shù)。聚脲與傳統(tǒng)防腐涂料相比，不僅具有較高的抗沖擊性、伸長率和撕裂強度，而且具有優(yōu)異的耐化學(xué)介質(zhì)性、防水性、耐磨性、防腐蝕性和施工性能。隨著國家重點工程建設(shè)速度的加快和經(jīng)濟的快速發(fā)展需要，聚脲材料已經(jīng)在混凝土防護工程、鐵路交通、化工防腐、水利工程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。聚脲與其它防腐涂層一樣，受到紫外線、腐蝕介質(zhì)、干濕交替以及外力損傷等因素的影響，涂層會產(chǎn)生老化和破壞，導(dǎo)致涂層防腐蝕性能降低[1]。本文主要研究了聚脲涂層在不同介質(zhì)中的水解穩(wěn)定性、涂層耐酸堿性、耐熱性以及在戶外曝曬過程中涂層力學(xué)性能的變化。目的是通過對聚脲材料的性能研究，可以更好地預(yù)測出聚脲材料在不同腐蝕環(huán)境條件下的使用壽命，并且可以有選擇地發(fā)揮聚脲的優(yōu)勢，更好地拓展聚脲材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

  1  實驗部分

  1.1  原材料

   MDI-50：煙臺萬華；端氨基聚醚：T5000、D2000美國HUNTSMAN公司； 端羥基聚醚：DL-2000山東藍星東大；E-100：美國雅寶公司；鈦白粉706：杜邦；分散劑、催化劑：市售。

  1.2  預(yù)聚體的合成

    將計量好的端羥基聚醚DL-2000加入至三口燒瓶中，升溫至110℃，保溫在105～110℃真空除水約2h后，停止抽真空和加熱。待物料降溫至40～45℃，加入規(guī)定量的MDI-50，攪拌均勻，在65℃保溫30min后，升溫至80℃，在80±2℃保溫2h，測量預(yù)聚物的NCO含量至規(guī)定值后降溫出料。

  1.3  漆料組分制備

    按計量將端氨基聚醚T5000、D2000和擴鏈劑E-100加入容器中，用高速分散機高速分散均勻，按比例依次加入各種助劑、顏料，高速分散均勻并研磨至細度至合格，制得漆料組分。

  1.4  聚脲涂層的制備

    采用固瑞克E10HP聚脲噴涂設(shè)備進行噴涂，物料溫度為65℃，噴涂壓力為2000psi。聚脲涂層凝膠時間為10s,表干時間為70s，涂層厚度為2mm。

  2  結(jié)果與討論

  2.1 聚脲涂層力學(xué)性能

  將聚脲樣片置于溫度為23±2℃，濕度為50%條件下養(yǎng)護7天后進行涂層性能測試。測試結(jié)果見表1。

 表1聚脲涂層力學(xué)性能

  2.2  聚脲涂層耐水解性能

  將聚脲樣片浸泡于去離子水、10%H2SO4和0.1M/L NaCl溶液中，在50℃試驗條件下經(jīng)一定時間后，檢測涂層重量和力學(xué)性能變化，根據(jù)涂層重量和力學(xué)性能變化對涂層耐水解性進行評價，結(jié)果見表2。

表2聚脲涂層耐水解性能

  從表2可以看出，聚脲涂層在不同介質(zhì)的浸泡試驗中，隨浸泡時間的增加，樣片重量均有一定程度的增長。在去離子水和0.1M/L NaCl溶液中涂層增重趨勢是先增后降，在10%H2SO4溶液中呈現(xiàn)逐步增長的趨勢，隨著浸泡時間的延長，涂層增重逐漸平緩。在力學(xué)性能方面，聚脲樣片的拉伸強度和撕裂強度有一定程度降低，后期變化很小。涂層經(jīng)不同介質(zhì)浸泡后，斷裂伸長率均隨著浸泡時間的延長，出現(xiàn)增加趨勢。原因是由于水分子進入樣片中起到增塑作用。實驗結(jié)果表明，聚脲涂層在長期水溶液浸泡中，其力學(xué)性能會保持先降低后穩(wěn)定的狀態(tài)，降低幅度很小，涂層吸水率保持相對穩(wěn)定，證明聚脲涂層的耐水解性良好。

  2.3  聚脲涂層耐酸堿性

  分別將聚脲樣片浸泡于30%磷酸、30%硝酸、30%硫酸、10%硫酸、10%氫氧化鈉溶液中，定期測試樣片的拉伸強度和撕裂強度，測試結(jié)果見圖1和圖2。

  聚脲涂層耐酸堿性可以理解為聚脲材料對水和酸堿溶液的穩(wěn)定性，它既包括聚脲材料的膨脹過程，同時也包括其與酸堿溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致涂層老化的過程。從圖1和圖2可以看出，聚脲涂層經(jīng)過不同濃度酸、堿溶液浸泡后，涂層力學(xué)性能均有一定程度的下降，涂層拉伸強度的降低幅度明顯高于撕裂強度。弱酸弱堿對聚脲涂層性能影響較低，撕裂強度降低不明顯，聚脲涂層在弱酸弱堿溶液中可以保持良好的力學(xué)性能。聚脲涂層經(jīng)10%NaOH溶液浸泡的力學(xué)性能，高于涂層經(jīng)10%H2SO4溶液浸泡后的力學(xué)性能，可以證明，聚脲材料耐堿性好于耐酸性。而具有強氧化性的30%硝酸對涂層破壞較為明顯，浸泡20天后，涂層力學(xué)性能降低明顯。

  2.4  聚脲涂層耐熱性能

  將聚脲樣片在不同溫度條件下進行烘烤，測試涂層力學(xué)性能，考察聚脲涂層耐熱性能，結(jié)果見表3。

表3聚脲涂層不同烘烤溫度條件下力學(xué)性能

  表3結(jié)果顯示，聚脲涂層在低于120℃條件下進行烘烤，力學(xué)性能保持穩(wěn)定。隨著溫度的升高，斷裂伸長率和撕裂強度呈現(xiàn)小幅度增長。在180℃烘烤條件下，聚脲涂層有明顯收縮、變脆，并出現(xiàn)分解現(xiàn)象，說明內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，力學(xué)性能基本喪失。分析原因，聚脲涂層的力學(xué)性能是由結(jié)構(gòu)中軟鏈段和硬鏈度的微相分離決定，軟鏈段由聚醚結(jié)構(gòu)組成，聚醚結(jié)構(gòu)耐熱性相對較差（＜150℃）。當(dāng)烘烤溫度高于分解溫度，醚鍵會發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致涂層出現(xiàn)分解[2]。因此可以得出結(jié)論，聚脲涂層使用溫度在120℃以下，可以保持較穩(wěn)定的力學(xué)性能。

  2.5  聚脲涂層耐老化性能

   將聚脲涂層樣片放在戶外曝曬一定時間后，定期對樣片性能進行測試，結(jié)果見表4。

表4聚脲涂層耐老化性能

  從表4可以看出，經(jīng)過戶外曝曬后，聚脲樣片光澤和色差變化明顯，表明聚脲樣片表層的分子鍵結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，導(dǎo)致聚脲表層性能破壞，出現(xiàn)老化現(xiàn)象[3]。其原因是由于噴涂聚脲彈性體材料所選用的異氰酸酯和胺類擴鏈劑帶有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，屬于芳香族聚脲。芳香族聚脲涂層在紫外線的照射下，易氧化生成醌亞胺結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)黃變和失光現(xiàn)象。但隨著曝曬時間的延長，聚脲涂層的力學(xué)性能保持穩(wěn)定，并且斷裂伸長率呈現(xiàn)小幅度的升高，因此可以判斷聚脲涂層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有明顯的變化。因此，在一些對保色性要求高的場合，芳香族聚脲表面應(yīng)采用耐候性面漆進行罩面。

3.   結(jié)論

   ⑴聚脲涂層在去離子水、10%H2SO4和0.1M/L NaCl溶液浸泡100天（50℃）后，涂層增重分別為4.7%、4.2%和2.5%，涂層力學(xué)性保持基本穩(wěn)定，表明聚脲材料具有較好的耐水解性。

   ⑵在不同濃度酸堿溶液浸泡后，聚脲涂層力學(xué)性能均有一定下降。弱酸弱堿溶液對聚脲涂層性能影響較小，30%硝酸對涂層力學(xué)性能影響較大，說明聚脲涂層不耐強氧化性酸和高濃度酸。

   ⑶聚脲涂層在低于120℃溫度條件下進行烘烤，可以保持穩(wěn)定的力學(xué)性能。當(dāng)烘烤溫度達到180℃時，聚脲材料表面出現(xiàn)分解現(xiàn)象，證明聚脲材料不適合應(yīng)用于高溫環(huán)境條件下。

   ⑷聚脲涂層在戶外使用，涂層有失光和變色現(xiàn)象，但涂層力學(xué)性能保持穩(wěn)定，證明聚脲材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。

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