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      海洋腐蝕環境下純聚脲重防腐涂層耐久性研究

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      海洋腐蝕環境下純聚脲重防腐涂層耐久性研究
      黃微波,謝遠偉,胡 曉,伯忠維,呂 平 ( 青島理工大學功能材料研究所,山東青島 266033)

      0 引言
      海洋腐蝕環境下的金屬腐蝕速度是一般大氣中的8~10 倍,海洋產業腐蝕損失約占我國全部腐蝕損失的1/3,而如果采取有效的防護措施,則可以挽回其中25%~40% 的腐蝕損失。海洋的開發利用在我國國民經濟中所占的比重越來越高,碼頭鋼樁、跨海大橋、鉆井平臺、海底輸油管道等,都必須采取有效的防腐措施,以保證工程質量和結構耐久性要求。而涂裝重防腐涂料是最有效、最經濟、應用最普遍的方法之一。常用的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。新型重防腐涂料產品正朝綠色環保、高固體分、無溶劑、厚膜、超長壽命和施工簡便的方向發展。純聚脲是一種新型無溶劑、無污染的綠色環保、超長耐久的防護材料。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優異,一次涂裝厚度可達2 mm 以上,施工簡便、高效,代表了國際最新重防腐技術的發展潮流。目前,對于許多重大工程,其防腐蝕設計壽命要求已提高至50~100 a,因此涂層的有效服役壽命對其防腐效果、構件服役壽命和工程質量至關重要。本文對純聚脲重防腐涂層(Qtech-412)在海洋大氣腐蝕環境下的耐久性進行了研究,為工程應用提供基礎數據支持。
       
      1 實驗部分
      1.1 原料及設備
      原料:青島理工大學功能材料研究所研制的Qtech-412 純聚脲材料,A 組分為—NCO 組分的半預聚體,B 組分由端氨基聚醚、胺類擴鏈劑和助劑組成。
      設備:GUSMER 公司的H20/35 主機,GX-7-400噴槍,MZ-4000D 型微機控制電子萬能材料試驗機,XGP 鏡向光澤度儀,美國Atlas UC-1 人工紫外老化箱,Nicolet iS10 型傅立葉變換紅外光譜儀,Q200 型DSC 差示掃描量熱儀。
      1.2 試樣制備及試驗
      采用專業噴涂設備,在模板上噴涂厚約2.0 mm的Qtech-412 涂層。另外,在若干鋼板上分別涂裝3 種防腐涂層:普通防腐涂料、環氧重防腐涂料和Qtech-412。對Qtech-412 涂層試樣:按照ASTM G7—2005《非金屬材料大氣環境暴露測試規程》進行戶外自然曝曬老化試驗;按照GB/T 1865—1997《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射暴露(濾過的氙弧輻射)》進行紫外線人工加速老化試驗。對涂裝了不同防腐涂料的鋼板試樣:參照GB/T1771—2007《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》對涂層進行劃叉處理,并將試樣固定在人造海水池中的曝曬架上進行耐腐蝕試驗。
      1.3 性能測試
      測試Qtech-412 涂層試樣老化前后拉伸強度、斷裂伸長率和光澤度的變化;對戶外自然曝曬試樣進行FTIR 測試;對紫外線人工加速老化試樣進行DSC測試;對比觀察不同防腐涂層的實際防腐效果。
       
      2 結果與分析
      2.1 戶外自然曝曬老化
      2.1.1 力學性能及光澤度
      Qtech-412 涂層試樣戶外自然曝曬老化試驗前后光澤度和力學性能的變化如表1 所示。
      自然曝曬老化前后試樣性能變化
      由表1 可見:試樣經自然曝曬老化600 d 后,其拉伸強度和斷裂伸長率變化都很;而表面光澤度嚴重降低,下降了94.53%,幾乎完全失光,且在前期下降較快。因此可以初步斷定:經自然曝曬老化600 d后,涂層表面的分子鍵發生斷裂,進而導致試樣發生化學降解,出現老化現象。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涂層的耐腐蝕性能和服役壽命造成影響,但試樣保光保色性較差。
      2.1.2 紅外光譜分析
      試樣自然曝曬老化前后的FTIR 圖譜如圖1 所示。試樣老化600 d 后,用砂紙對其表面進行打磨,去除表層厚約3~5 μm 的失光部分,之后再進行紅外光譜測試,結果如圖2 所示。
      自然曝曬老化前后試樣的FTIR 圖譜
      圖1、2 中3 360 cm-1 處是N—H 的伸縮振動峰,在2 965.55~2 870.16 cm-1 附近是C—H 的伸縮振動峰,1 600~1 700 cm-1 處是C=O 的特征峰,1 530 cm-1 處為C—N 和N—R 的伸縮振動峰,這一系列特征峰的出現表明試樣中有脲鍵—NHCONH—的存在。圖1 中自然曝曬老化前與老化150 d、360 d 和600 d 后的圖譜相比,N—R 鍵峰值在自然老化過程中減弱得較為明顯;2 965.55~2 870.16 cm-1 附近的C—H 鍵的伸縮振動峰明顯減弱,老化至600 d 時的峰值幾乎難以分辨;1 600~1 700 cm-1 處C=O 鍵的特征峰在自然老化過程中有明顯的減弱和變寬現象;1 530 cm-1 附近的C—N鍵的伸縮振動峰在老化過程中明顯減弱,表明C—N鍵發生了斷裂;1 100~1 016 cm-1 附近C—O—C 鍵的特征峰隨著老化的進行也有較為顯著的減弱。試驗結果表明:涂層在自然曝曬老化過程中有化學鍵的斷裂現象。圖2 中將老化600 d 后的試樣表面輕微打磨以去除失光部分并和老化前的FTIR 圖譜進行對比,由圖2 可見,二者保持一致,沒有任何鍵斷裂或者是氧化、還原等化學反應的發生。
      老化前和老化600 d 并打磨表面后試樣的FTIR 圖譜
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