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海洋腐蚀环境下纯聚脲重防腐涂层耐久性研究

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海洋腐蚀环境下纯聚脲重防腐涂层耐久性研究
黄微波,谢远伟,胡 晓,伯忠维,吕 平 ( 青岛理工大学功能材料研究所,山东青岛 266033)

0 引言
海洋腐蚀环境下的金属腐蚀速度是一般大气中的8~10 倍,海洋产业腐蚀损失约占我国全部腐蚀损失的1/3,而如果采取有效的防护措施,则可以挽回其中25%~40% 的腐蚀损失。海洋的开发利用在我国国民经济中所占的比重越来越高,码头钢桩、跨海大桥、钻井平台、海底输油管道等,都必须采取有效的防腐措施,以保证工程质量和结构耐久性要求。而涂装重防腐涂料是最有效、最经济、应用最普遍的方法之一。常用的重防腐涂料在实际应用中取得了较好的效果,但仍存在防腐性能欠佳、污染环境、封闭性不足、施工复杂、耐久性差等诸多弊病。新型重防腐涂料产品正朝绿色环保、高固体分、无溶剂、厚膜、超长寿命和施工简便的方向发展。纯聚脲是一种新型无溶剂、无污染的绿色环保、超长耐久的防护材料。涂层力学性能及耐老化、耐腐蚀、防渗漏、抗冲击、抗疲劳破坏等理化性能优异,一次涂装厚度可达2 mm 以上,施工简便、高效,代表了国际最新重防腐技术的发展潮流。目前,对于许多重大工程,其防腐蚀设计寿命要求已提高至50~100 a,因此涂层的有效服役寿命对其防腐效果、构件服役寿命和工程质量至关重要。本文对纯聚脲重防腐涂层(Qtech-412)在海洋大气腐蚀环境下的耐久性进行了研究,为工程应用提供基础数据支持。
 
1 实验部分
1.1 原料及设备
原料:青岛理工大学功能材料研究所研制的Qtech-412 纯聚脲材料,A 组分为—NCO 组分的半预聚体,B 组分由端氨基聚醚、胺类扩链剂和助剂组成。
设备:GUSMER 公司的H20/35 主机,GX-7-400喷枪,MZ-4000D 型微机控制电子万能材料试验机,XGP 镜向光泽度仪,美国Atlas UC-1 人工紫外老化箱,Nicolet iS10 型傅立叶变换红外光谱仪,Q200 型DSC 差示扫描量热仪。
1.2 试样制备及试验
采用专业喷涂设备,在模板上喷涂厚约2.0 mm的Qtech-412 涂层。另外,在若干钢板上分别涂装3 种防腐涂层:普通防腐涂料、环氧重防腐涂料和Qtech-412。对Qtech-412 涂层试样:按照ASTM G7—2005《非金属材料大气环境暴露测试规程》进行户外自然曝晒老化试验;按照GB/T 1865—1997《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露(滤过的氙弧辐射)》进行紫外线人工加速老化试验。对涂装了不同防腐涂料的钢板试样:参照GB/T1771—2007《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》对涂层进行划叉处理,并将试样固定在人造海水池中的曝晒架上进行耐腐蚀试验。
1.3 性能测试
测试Qtech-412 涂层试样老化前后拉伸强度、断裂伸长率和光泽度的变化;对户外自然曝晒试样进行FTIR 测试;对紫外线人工加速老化试样进行DSC测试;对比观察不同防腐涂层的实际防腐效果。
 
2 结果与分析
2.1 户外自然曝晒老化
2.1.1 力学性能及光泽度
Qtech-412 涂层试样户外自然曝晒老化试验前后光泽度和力学性能的变化如表1 所示。
自然曝晒老化前后试样性能变化
由表1 可见:试样经自然曝晒老化600 d 后,其拉伸强度和断裂伸长率变化都很小;而表面光泽度严重降低,下降了94.53%,几乎完全失光,且在前期下降较快。因此可以初步断定:经自然曝晒老化600 d后,涂层表面的分子键发生断裂,进而导致试样发生化学降解,出现老化现象。而试样的力学性能基本没有降低,说明其内部结构并未受到光老化因素的破坏,试样表面的失光现象并未对涂层的耐腐蚀性能和服役寿命造成影响,但试样保光保色性较差。
2.1.2 红外光谱分析
试样自然曝晒老化前后的FTIR 图谱如图1 所示。试样老化600 d 后,用砂纸对其表面进行打磨,去除表层厚约3~5 μm 的失光部分,之后再进行红外光谱测试,结果如图2 所示。
自然曝晒老化前后试样的FTIR 图谱
图1、2 中3 360 cm-1 处是N—H 的伸缩振动峰,在2 965.55~2 870.16 cm-1 附近是C—H 的伸缩振动峰,1 600~1 700 cm-1 处是C=O 的特征峰,1 530 cm-1 处为C—N 和N—R 的伸缩振动峰,这一系列特征峰的出现表明试样中有脲键—NHCONH—的存在。图1 中自然曝晒老化前与老化150 d、360 d 和600 d 后的图谱相比,N—R 键峰值在自然老化过程中减弱得较为明显;2 965.55~2 870.16 cm-1 附近的C—H 键的伸缩振动峰明显减弱,老化至600 d 时的峰值几乎难以分辨;1 600~1 700 cm-1 处C=O 键的特征峰在自然老化过程中有明显的减弱和变宽现象;1 530 cm-1 附近的C—N键的伸缩振动峰在老化过程中明显减弱,表明C—N键发生了断裂;1 100~1 016 cm-1 附近C—O—C 键的特征峰随着老化的进行也有较为显著的减弱。试验结果表明:涂层在自然曝晒老化过程中有化学键的断裂现象。图2 中将老化600 d 后的试样表面轻微打磨以去除失光部分并和老化前的FTIR 图谱进行对比,由图2 可见,二者保持一致,没有任何键断裂或者是氧化、还原等化学反应的发生。
老化前和老化600 d 并打磨表面后试样的FTIR 图谱
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