0 引言

    聚脲/聚氨酯涂層以其自身優異的耐腐蝕、耐沖擊、耐磨損及耐老化等性能，在防護過程中，充分展現出零 VOC排放，符合國家環保型材料的要求，這種新型綠色環保型材料已在混凝土涂層防護領域中得到了非常廣泛的應用，已被應用在各大型防護工程中。

    噴涂聚脲彈性體技術于20世紀90年代在美國初首先研發成功，我國對聚脲/聚氨酯涂層的研究起步較晚，1995年，黃微波等開始了對聚脲技術的研究和開發，歷經十余年的不斷發展，聚脲材料在其應用領域范圍內取得了很大突破。作為一種有機涂層，聚脲/聚氨酯涂層在其服役環境中也面臨著各種腐蝕老化問題。因此，對聚脲/聚氨酯涂層的老化行為、抗氯離子滲透性能及介質腐蝕等性能進行研究，可以更好的對聚脲涂層的使用壽命進行預測。目前，聚脲/聚氨酯涂層已成功應用在京滬高鐵、港珠澳大橋、青島杭州灣和膠州灣大橋等大型建筑工程。

    1 耐久性研究

    1.1 抗氯離子滲透性研究

    黃微波等通過自然浸泡和干濕循環法對聚脲和聚氨酯涂層混凝土抗氯離子滲透性能進行了研究，自然浸泡120 d的試驗結果表明：與無涂層混凝土相比，涂覆聚脲涂層的混凝土Da降低67.9%，涂覆聚氨酯的混凝土Da降低67.8%；干濕循環120次試驗結果表明：與無涂層混凝土相比，涂覆聚脲的混凝土Da降低76.7%，涂覆聚氨酯的混凝土Da降低76.6%。可見，聚脲和聚氨酯均能對混凝土起到良好的抗氯離子滲透性能。孫叢濤等對復合型涂層、成膜型環氧涂層、滲透型硅烷及成膜型聚脲涂層進行抗氯離子滲透性、透氣性及透水性試驗，研究結果表明：在抗氯離子滲透性方面，不同類涂層表現出的效果不同，其中，成膜型涂層和復合涂層的效果明顯比滲透型涂層好，聚脲涂層的效果最為優異，氯離子擴散系數降低95.8% ~ 97.2%。伯忠維采用浸泡法對比研究了聚脲、環氧和氯化橡膠涂層砂漿在3.5%氯化鈉溶液中的抗氯離子滲透性能，結果表明：浸泡90 d后，與空白試樣相比，聚脲、環氧和氯化橡膠三種涂層砂漿在6 mm深度處的Cl-1含量分別為3.41%、4.64%和5.72%，由此可見，聚脲涂層的抗氯離子滲透性能比其他兩種涂層顯著。楊林等采用自然浸泡和RCM法對噴涂聚脲的混凝土抗氯離子滲透性能進行了研究，結果表明：涂刷80 μm的脂肪族聚脲混凝土和芳香族聚脲混凝土在自然浸泡100 d后，Da分別降低49.39%和44.14%；涂刷由80 μm增加到240 μm的上述兩種聚脲涂層混凝土在快速氯離子滲透試驗時，脂肪族聚脲涂層混凝土Da降低25.19%，芳香族聚脲涂層混凝土Da降低53.80%；可見，脂肪族聚脲涂層的抗氯離子滲透性能優于芳香族聚脲涂層。

    1.2 介質腐蝕研究

    呂平等采用海水浸泡、硫酸浸泡和氫氧化鈉浸泡等方法對聚脲涂層的耐離子腐蝕性能進行了研究，并通過SEM進一步對聚脲涂層老化后表面的形貌特征進行了觀察，結果表明：海水浸泡180 d后，聚脲涂層的拉伸強度僅下降了4%，硫酸浸泡60 d后，涂層的拉伸強度降低30%，但仍保持在15 MPa以上涂層面出現微小孔洞，氫氧化鈉浸泡60 d后，拉伸強度降低25%，仍保持在17 MPa以上，可見，海水對脲涂層的性能影響不大，而在硫酸和氫氧化鈉浸泡下，聚脲涂層的耐腐蝕性能有所降低。李海揚等對環氧云鐵、聚氨酯和聚脲涂層在5%NaCl溶液浸泡作用下的耐腐蝕性能進行了研究分析，結果表明：浸泡90 d后，聚氨酯、環氧云鐵和聚脲涂層的失光率分別是4.2%、19.1%和16.7%，附著力分別下降17.65%、52.94%和55.11%；SEM圖中發現聚氨酯涂層出現泛白現象，環氧云鐵涂層出現輕微裂紋，而聚脲涂層仍保持良好的附著性，涂層結構保持緊密，金屬基材出現輕微的腐蝕現象，表現出良好的防護性能。呂平等通過介質浸泡試驗對橋梁支座防護材料的耐腐蝕的性能進行了研究，結果表明：經過90 d的5%硫酸、5%氫氧化鈉和3.5%氯化鈉浸泡后，聚脲涂層的拉伸強度分別下降13.73%、8.13%和12.44%，涂層硬度變化較小；FT-IR測試結果表明聚脲涂層老化后僅表面小部分化學鍵出現斷裂，但涂層內部結構變化不大，涂層仍有較強的耐腐蝕性能。劉培禮等對芳香族聚脲的耐介質性能進行了研究，結果表明：堿對聚脲的強度影響不大，高濃度的酸對聚脲涂層的拉伸強度有很大的影響，聚脲涂層在50%的硝酸中浸泡2 d后就完全失去性能。Ping Lu等對單一NaCl溶液浸泡、荷載和NaCl溶液浸泡共同作用下聚天門冬氨酸酯聚脲涂層混凝土的性能進行了研究，結果表明在荷載和NaCl溶液浸泡共同作用下涂層混凝土中氯離子的含量明顯高于單一NaCl溶液浸泡中氯離子的含量。

    1.3 老化性能研究

    黃微波等采用FT-IR、DSC等試驗方法，對純聚脲重防腐涂層在海洋大氣環境中的耐久性進行了研究，試驗結果表明：在戶外自然曝曬600 d后，純聚脲重防腐涂層的光澤度發生較大的變化，下降94.53%，涂層力學性能基本保持不變；人工加速老化15 000 h后，涂層已無光澤度可言，涂層內有機染料出現變黑現象，力學性能變化幅度較小；FT-IR、DSC測試結果表明純聚脲重防腐涂層在自然曝曬和人工加速老化兩種環境中，僅涂層表面染料分子的化學鍵出現斷裂、褪色或變黑現象，涂層內部分子結構仍保持穩定，涂層保持良好的防護性能。對在露天海水池中自然曝曬6個月的純聚脲重防腐涂層進行劃叉試驗，結果表明純聚脲重防腐涂層比其他重防腐涂層的防護效果更加優異。

    何筱姍研究了自然暴曬、紫外線人工加速老化及腐蝕介質浸泡條件下橋梁鋼絞線和支座防護涂層的性能，研究結果表明：聚脲涂層的防護性能表現最好。呂平等通過SEM、AFM及FT-IR方法，對聚天門冬氨酸脂聚脲涂層的加速老化行為進行了系統地研究，結果表明：紫外線/鹽霧循環加速老化10周時，涂層表面局部已經產生孔洞，加速老化25周后，涂層表面產生裂紋，且裂紋已延伸至涂層內部，涂層已從基材表面脫落，完全失去對基材的保護作用。張寒露等采用FT-IR和SEM等手段對三亞地區自然曝曬和氙燈加速老化的聚氨酯涂層失效行為進行研究，研究結果發現：與未老化涂層相比，室外自然曝曬18個月后的聚氨酯涂層表面產生裂紋，與氙燈加速老化4 600 h的涂層相比，涂層表面裂紋較淺，裂紋內出現白色沉積物。李倩倩等在萬寧近海地區對丙烯酸聚氨酯涂層進行為期2年的自然老化試驗研究，探討了涂層的老化歷程和機理，研究結果表明：老化初期涂層的光澤變化顯著，老化的方式為水解老化，氯離子的侵入是導致涂層中期老化的主要主要原因，老化1 a左右時，涂層的老化速度變慢，這時涂層的老化主要是由于光氧化的作用導致。

    1.4 其他耐久性研究

    Damith等對聚脲涂層復合鋁板在低速沖擊作用下的性能進行了研究，結果發現復合鋁板的橫截面積沒有出現拉伸、撕裂、脫層或剪切等破壞現象，表明聚脲涂層具有很好的抗沖擊性。Willians等對聚脲涂層的污水處理設施進行了研究，結果表明：聚脲的抗沖擊性、耐磨損和耐化學性都很突出，有助于延長污水設施的壽命以及防止廢水和地下水的滲入滲出。李寧等在空蝕模擬試驗機上對研制的聚天冬氨酸酯聚脲進行了抗加速空蝕性能的研究，試驗結果表明研制的天門冬氨酸酯聚脲具有更優異的抗空蝕性能。李建波等對大壩用聚脲涂層的抗滲性能進行了研究，結果表明聚脲涂層的厚度為4 mm時，可滿足寬度為5 mm的裂縫在300m水壓力作用下的抗滲要求。鐘萍等通過GSPS-S型高速含沙水射流沖蝕磨損試驗機對聚脲涂層的耐沖蝕磨損性能進行了研究，對不同沖蝕角度和速度下聚脲涂層的沖蝕規律，結果表明：沖蝕角度為30°時，涂層的切削磨損量達到最大，沖蝕角度接近90°時，涂層的變形磨損量是最大的。

    2 耐久性相關模型

    劉涼冰通過加速老化試驗，對共聚醚聚氨酯斷裂伸長率隨老化時間的變化規律進行了研究，并對此建立了相關模型：log t=3.1097×1/T×103-4.855，對聚氨酯材料進行了壽命預測，預測涂層在25℃下的使用壽命為21 a。余超等研究了聚氨酯涂層拉伸強度與時間的變化規律，并通過試驗得老化動力學參數，對聚氨酯涂層建立了基于拉伸強度的數學模型：σ=20.31exp（-1.65×10-3t0.68），預測聚氨酯涂層在25 ℃下的使用壽命為19.7 a。李春濤等采用熱重法對PTMG聚氨酯涂層進行分析，將熱失重5% 的溫度作為材料的失效標準，建立降解動力學模型，并對涂層的使用壽命進行預測，結果得出涂層使用壽命與溫度的關系式：ln tf = 15 700 /T -30. 78。

    3 結語

    目前，國家大力倡導環境友好型防護涂層，聚脲/聚氨酯涂層正在向該方向發展，而涂層的耐久性能已成為關鍵問題。單因素作用下涂層的耐久性問題已取得了一部分成果，在涂層老化方面已經建立了相應的模型，但在凍融等方面的對量分析及模型的建立還有待研究，多種因素共同作用下的涂層耐久性研究鮮有報道。

    聚脲/聚氨酯涂層因自身已具備較好的耐久性能，在各種環境中能起到很好的防護作用。但在聚脲/聚氨酯涂層中添加ZnO、石墨烯等成分，會使涂層的耐久性能更加優異，這也是聚脲/聚氨酯涂層今后研究的新方向。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org

責任編輯：王元

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414