噴涂聚脲技術(shù)在海洋儀器防腐中的示范性研究*

王 芳,尹 聰,張小波

(1.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266033;2.國(guó)家海洋局北海海洋技術(shù)保障中心 青島 266033)

噴涂聚脲技術(shù)在海洋儀器防腐中的示范性研究*

王 芳1,2,尹 聰1,2,張小波1,2

(1.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266033;2.國(guó)家海洋局北海海洋技術(shù)保障中心 青島 266033)

噴涂聚脲技術(shù)是一種具有極大發(fā)展?jié)摿Φ某胤栏繉蛹夹g(shù),噴涂聚脲材料不含任何溶劑、成膜強(qiáng)度好、涂層耐老化、施工快捷,噴涂聚脲技術(shù)在海洋儀器防腐、海底管道防腐、儲(chǔ)罐防腐、混凝土保護(hù)、海上鉆井平臺(tái)保護(hù)等領(lǐng)域應(yīng)用前景是非常廣闊的。文章在傳統(tǒng)噴涂聚脲技術(shù)基礎(chǔ)上,通過(guò)針對(duì)性的開(kāi)發(fā),研制適用于海洋儀器的防腐、防水的涂層材料,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新研制材料有優(yōu)異的抗磨蝕、抗沖擊、耐老化和耐腐蝕性能。

聚脲;防腐;噴涂

海洋儀器在惡劣環(huán)境下的腐蝕和海洋生物附著、污損是非常嚴(yán)重和普遍的,不但降低了海洋儀器的壽命,而且降低了觀測(cè)、監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性,海洋儀器的防腐蝕處理技術(shù)也日益成為關(guān)鍵問(wèn)題。

1 噴涂聚脲技術(shù)

噴涂聚脲技術(shù),是繼高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料技術(shù)之后,在涂裝技術(shù)領(lǐng)域取得的又一重大技術(shù)進(jìn)步[1]。它改變了傳統(tǒng)噴涂工藝中普遍存在的溶劑污染、厚度薄、流掛、固化時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn),此技術(shù)具有無(wú)毒、無(wú)害、施工快速、溫度適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),噴涂技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量穩(wěn)定,機(jī)械性能和耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)異,噴涂機(jī)體積小、操作簡(jiǎn)便[2-3]。

2 應(yīng)用于海洋防腐的技術(shù)改進(jìn)

2.1 材料改進(jìn)

本研究以傳統(tǒng)噴涂聚脲技術(shù)為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)噴涂聚氨酯進(jìn)行化學(xué)改性得到一系列軟硬段含量不同的特殊結(jié)構(gòu)的基體樹脂,利用納米填料,對(duì)噴涂聚氨酯彈性體材料進(jìn)行物理改性,賦予噴涂聚氨酯彈性體柔韌性、耐介質(zhì)性能、封閉性能,達(dá)到適應(yīng)于海洋防腐的指標(biāo)要求。

2.1.1 預(yù)聚物的合成

將計(jì)量好的各類多元醇混合后加入配有聚四氟攪拌槳、真空泵、溫度計(jì)及電加熱系統(tǒng)的四口燒瓶中,升溫至120℃～150℃,真空脫水1.5 h,含水率降至0.04%,冷卻降溫至30℃～60℃,卸掉真空后分次加入計(jì)量的異氰酸酯,溫度穩(wěn)定后,加溫至120℃～150℃反應(yīng)2 h,取樣測(cè)試NCO含量,當(dāng)NCO含量不再變化時(shí),加載真空脫泡半小時(shí)后出料,將所得半預(yù)聚體密封充氮?dú)鈨?chǔ)存,儲(chǔ)存溫度15℃～40℃。

圖1 不同濕度對(duì)性能的影響

2.1.2 樹脂改性

在樹脂改性方面采用了環(huán)氧、有機(jī)硅進(jìn)行改性。環(huán)氧樹脂的剛性和附著力強(qiáng),穩(wěn)定性好、硬度好,因此,配用適量的環(huán)氧樹脂改性,可以改善聚氨酯的性能;另外,環(huán)氧樹脂為多羥基化合物,在與聚氨酯反應(yīng)中可以將支化點(diǎn)引入聚氨酯主鏈,使之形成部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而使性能更加優(yōu)異,大大提高了材料的附著力與綜合性能。

2.2 改進(jìn)后材料的主要性能檢測(cè)

2.2.1 濕度對(duì)材料性能的影響

從圖1可知:濕度對(duì)材料的影響性能很小,這主要是因?yàn)槲恼轮懈倪M(jìn)的主要原料為端氨基聚醚,實(shí)驗(yàn)所采用T-5000、DA-2000均為脂肪族NH2,其反應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水的反應(yīng)速度,因而改進(jìn)后噴涂材料受環(huán)境濕度的影響很小。

表1 不同濕度對(duì)性能的影響

2.2.2 溫度對(duì)材料性能的影響

通過(guò)在不同環(huán)境溫度下進(jìn)行噴涂,同時(shí)在其溫度下放置7 d后進(jìn)行性能測(cè)試,性能如表2所示。

表2 不同溫度對(duì)附著力性能的影響

從表2可以看出:溫度在20℃時(shí),材料的附著力最好。在溫度較低時(shí)材料對(duì)底材的潤(rùn)濕性能不好,附著力從而較低。但是在溫度較高時(shí),材料的反應(yīng)速度較快從而使附著力有所下降。

從圖2可以看出:溫度對(duì)材料的力學(xué)性能有一定的影響。當(dāng)環(huán)境溫度越高時(shí),材料固化的速度就越快即力學(xué)性能達(dá)到最佳值的時(shí)間就越短。

2.2.3 不同介質(zhì)浸泡對(duì)材料性能的影響

裁剪相同批次的聚脲樣片同時(shí)置于不同的浸泡介質(zhì)中進(jìn)行浸泡試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后取出樣品,沖洗干凈,干燥一段時(shí)間后進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)試。具體的測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖2 不同溫度對(duì)性能的影響

1號(hào)樣品的浸泡介質(zhì)為5%HCI溶液,2號(hào)樣品的浸泡介質(zhì)為5%NaOH溶液,3號(hào)樣品的浸泡介質(zhì)為5%H2SO4溶液,4號(hào)樣品的浸泡介質(zhì)為3.5%NaCI溶液,5號(hào)樣品的浸泡介質(zhì)為水溶液。

從圖3中可以看出:在HCI溶液介質(zhì)中浸泡的體系其物理性能下降較大,其他的體系相比幾乎沒(méi)有差別。

從溫度、濕度、不同介質(zhì)浸泡等實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,改進(jìn)后的材料性能更適合于海洋環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)噴涂。

圖3 不同浸泡介質(zhì)對(duì)噴涂聚氨酯性能影響

3 現(xiàn)場(chǎng)施工

3.1 噴涂設(shè)備

噴涂聚氨酯材料的設(shè)備是高壓對(duì)撞混合設(shè)備(圖4)。

圖4 聚氨酯高壓噴涂設(shè)備及噴涂現(xiàn)場(chǎng)

3.2 玻璃鋼底材模型

玻璃鋼底材模型噴涂試驗(yàn),其具體過(guò)程如下。

(1)底材處理。試樣表面以60目砂輪片進(jìn)行打磨,將表面油污、異物等全部打掉,露出鋼材本來(lái)的顏色并打磨至St3.0級(jí)。將打磨好的試樣表面用白棉布蘸丙酮進(jìn)行擦拭,直至無(wú)明顯顆粒殘留等異物。

(2)界面劑刷涂。試驗(yàn)表面刷涂界面劑一道,干膜厚度(40±10)μm。

(3)包覆材料噴涂。將非噴涂部位以塑料布或牛皮紙進(jìn)行包裹,在界面處粘貼泡沫棒以形成厚度過(guò)渡層。使用專用的高壓雙組份1∶1聚氨酯/聚脲噴涂設(shè)備及噴槍,主機(jī)型號(hào)HXP-3,噴槍型號(hào)FUSION AP/GX-7DI/GX-8。參數(shù)設(shè)定;壓力2 500～3 000 psi,溫度設(shè)定管道65℃,主加熱器65～70℃,噴涂3道,厚度(2 000±300)μm。

4 小結(jié)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)及示范性應(yīng)用證明,本研究采用噴涂聚脲彈性體技術(shù)沒(méi)有出現(xiàn)涂層不均、產(chǎn)生流淌和刺激性氣味。聚脲彈性體涂層體現(xiàn)出了優(yōu)良的耐介質(zhì)性、耐久性、耐老化性、耐磨性和快速噴涂等特點(diǎn),為海上儀器防腐防護(hù)技術(shù)開(kāi)拓了一個(gè)全新的視野,具有良好的推廣應(yīng)用前景。

[1] 王寶柱,黃微波,陳酒姜,等.噴涂聚脲超重防腐涂層的應(yīng)用[J].聚氨酯工業(yè),2004,19(6):30-33.

[2] 李金梅.一種新型高效防腐材料:聚脲涂層[J].防腐保溫技術(shù),2003,11(3):47-50.

[3] 黃微波.噴涂聚脲彈性體技術(shù)[J].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201305026).