聚脲防腐材料

聚脲防腐材料（精选五篇）

聚脲防腐材料 篇1

根据燃煤情况选用氧化镁湿法脱硫方式。在加装烟气脱硫设施前, 排烟温度远高于酸露点, 即使烟气中含有较多的二氧化硫或三氧化硫, 也不会造成烟囱的腐蚀;但加装后, 即使加装烟气换热器将烟气温度提高, 由于脱硫后烟气的温度远低于额定排烟温度, 一般都在硫酸的露点以下, 从而对烟囱内衬耐火砖或红砖腐蚀, 酸液与砖中的Ca (OH) 2反应, 造成砖粉化剥落乃至整个烟囱结构的破坏。因此对于不同结构形式的烟囱内壁, 均有不同程度的腐蚀发生。因此有必要采取各种不同措施, 防止或有效减少烟气对烟囱的腐蚀, 而我们国内针对脱硫烟囱的防腐蚀措施, 无论在烟囱的设计、施工等标准规范方面, 还是在工程实际应用上面, 都存在着空白或没有成熟的经验可以借鉴。

通过调研JN6504HT耐热改性聚脲与其他材料比较见下表

综合比较可知聚脲比其他材料经济适用, 所以选择了加拿大进口改性耐高温双组份聚脲涂层 (JN6504HT) 2mm±0.2mm厚, 对现有1994年投入使用的高100m、顶部内直径2.8m、底部内直径6m的烟囱进行防腐。外保护层选用耐高温阻燃型组合聚醚 (JWA100HT) 2cm±0.2cm厚。

1 施工方案

烟囱内壁表面技术要求:防腐烟囱内壁表面处理必须满足《电力安装和土建施工验收规范》要求。烟囱内壁运行积灰采用高压水进行冲洗并对积灰严重的地方采用人工机械清理, 做到表面无积灰、油污。烟囱内壁表面必须坚固密实, 不应有起砂、起壳、裂缝、麻面等现象, 对损坏部分应采用耐火胶泥进行修补。烟囱内壁表面应干燥, 在20mm深度内的含水率小于6%。

2 施工工序

2.1 施工准备

施工人员必须提前15天到达现场, 完成所有安全培训、办理有关入场手续, 报批相关的施工组织措施、作业指导书、安全措施、相关资质等。所有设备材料全部进入现场、安装烟囱外部起吊设备、安装外部水源、电源、设备预调式、烟囱开孔位置等。

2.2 升降机的设计与安装

根据目前电厂烟囱内壁防腐作业的需要设计了本系列升降机。该升降机能满足电厂烟囱内壁涂层的施工需要, 使用本产品可免除脚手架, 使施工成本大大降低, 效率大为提高, 产品操作简单灵活, 上下位移容易, 方便实用, 安全可靠。该系列升降机的设计、制造、使用规范符合GB19155-2003国家标准。

2.3 主要技术参数

工作平台额定载重量2000kg, 功率13.2kw, 升降速度8~10m/m in, 升降机额定载重量1200kg, 功率4.6kw, 升降速度8~10m/m in, 安全锁允许冲击力30KN, 倾斜锁绳角度3°~8°。

3 设备的安装调试

按筒顶悬挂机构布置图先安装好筒顶悬梁及吊点。四根悬梁的相对位置及和烟道的相应位置均须按图尺寸要求。悬梁和筒顶须固结可靠, 四根梁应用角钢连成一体, 免除悬梁在使用中产生倾翻的现象。将牵引和安全钢丝绳按规定一端固结在吊点上, 另一端慢慢下坠至筒底。

将作业平台拼装部件放置烟道底部, 用规定的螺栓将各部件拼装成整体, 安装好提升机上安装架, 将提升机和安全锁装在上安装架上;在作业平台护栏适当位置安放电器开关箱, 接通电源;依次启动提升机, 将对应牵引钢丝绳插入提升机中, 使平台吊点两提升机钢索受力均匀, 同时相应两安全锁处于打开状态, 将对应安全锁钢丝绳插入安全锁中。仿上所述, 依次将其余两吊点的提升机及安全锁所配钢丝绳安装好。同时启动三吊点的六台提升机, 操作平台上升约1.8米, 让出烟道底平面。

升降机部件运入筒底平面, 按要求将其拼装成整体, 仿上述作业平台操作过程将提升机及安全锁钢丝绳安装好, 启动提升机使升降机略离地面。

将作业平台, 升降机所用的所有钢丝绳下端安装重锤, 重锤安装后应略离开地面, 使绳索工作段处于“拉直”状态。

可将作业平台及升降机逐一进行调试。对工作平台, 首先调试每一吊点, 使两根牵引钢丝绳受力均匀, 使上安装架处于水平状态;其次寻找三吊点中的最低点, 同时启动最低吊点的两台提升机使其上升平台高度至作业平台底面处于水平状态, 作业平台调试完毕;仿上, 调试升降机使其底板亦处于水平状态。

4 设备的操作

升降机的操作:在升降机作上下运动中操作人员应随时注意篮底是否倾斜, 如发生倾斜应使用上述调试的方法将篮底调平然后运行。如产生严重倾斜, 最低端安全锁将动作锁绳, 应立即停机将底板调平, 待安全锁处于放松状态方可继续运行。升降机在接近作业平台约1.5-1.8米处应停止运行, 待升降机左右摆动稳定, 目测升降机处于作业平台中心 (必要时用手扶正) 后方可操作升降机作上升或下降运动, 操作者应站立升降机中部位置以免发生意外。

作业平台亦应处于水平运动状态, 其调平方法同上。所不同点是在运行或停留时每吊点的上安装架应处于水平状态, 否则将其调平, 只有这样每吊点的两股钢丝绳才能受力均匀, 同时相对应的安全锁靠绳轮能可靠工作。

升降机或工作平台在运行中若断绳等意外情况, 设备将会自动锁紧在安全绳上, 操作人员应立即停车, 和地面人员联系组织人员抢修更换钢丝绳。

5 水冲洗的施工方案

水冲洗烟囱内壁。由于消防水难以达到顶口, 我们准备了四台高压清洗机。清洗机压力必须大于10MPa。先从顶口垂下一根钢丝绳, 将水带固定在钢丝绳上, 随升降机上下移动。高压水冲洗清理表面积灰, 水冲洗采用高扬程、低流量方式进行冲洗, 以减少底部灰水排放的压力。冲洗工艺采用从上向下逐步清理, 对积灰比较严重的地方进行人工清理。烟囱内壁水冲洗是否彻底对聚脲喷涂的附着力有非常重要的影响, 是一个关键的质量控制点, 必须认真检查验收。做到表面无积灰、污垢, 表面松动的砼层和耐火砖也必须进行清理和加固处理。

由于烟囱内壁采用耐火砖做内衬, 必须考虑进行修补处理, 并提前准备修补材料, 如果发现需要修补处理, 必须先进行修补加固处理后, 才能进行下部的水冲洗。

表面干燥:烟囱内壁是否干燥对聚脲喷涂的附着力影响很大, 必须等到表面彻底干燥情况下才能进行聚脲喷涂施工。一般情况下烟囱内壁风速比较高, 烟囱表面干燥的速度比较快, 需要注意的是砼和砖缝中是否含有水分。遇到雨天施工要在烟囱顶部做防雨棚。

6 烟囱筒身防腐施工

6.1 喷涂前施工准备

在烟囱内部安装能够承载3吨升降机, 升降机上安装有20KW的施工电源, 电源安装符合有关《电业安全规程》有关规定并通过承载试验验收;

烟囱内壁基础处理检查验收

6.2 聚脲喷涂

喷涂设备调试和原料准备, 控制参数为:

采用灌注喷涂对烟囱表面的轻微裂缝、孔洞进行修补;聚脲喷涂采用十字旋转喷涂法, 每遍喷涂厚度为0.5mm, 一次成型。

安装加强筋:防止聚脲涂层在长时间运行过程中, 有可能出现剥离和脱落现象发生。由于聚脲涂层强度很高, 一旦发生脱落现象, 有可能造成大面积剥离。为了解决上述问题, 烟囱每隔20米安装一道加强筋。采用40—60mm宽的扁铁, 经过除锈处理后, 切成500mm长, 每隔200mm用膨胀螺栓固定在刚喷完聚脲涂层的烟囱壁上, 然后用聚脲将表面覆盖。使加强筋与聚脲涂层形成一个整体。

聚脲涂层验收

6.3 耐高温阻燃型聚醚喷涂

聚脲喷涂完毕后48小时内喷涂聚醚。喷涂方法同聚脲喷涂。

聚脲防腐材料 篇2

关键词：喷涂聚脲弹性体,防腐工程,材料性能

喷涂聚脲弹性体技术属于绿色环保技术, 可有效的满足当前社会发展过程中的环保要求。在防腐领域中, 喷涂聚脲弹性体材料以其优越的性能应用十分广泛, 防腐效果良好, 而且在未来的防腐工程发展中, 喷涂聚脲弹性体材料将会具有广阔的发展前景。

1 喷涂聚脲弹性体材料的关键技术与性能

1.1 材料关键技术

对于喷涂聚脲弹性体技术来说, 原料及设备是两项关键性的技术。在原料方面, 聚脲中组份有两种, 一种为A组份, 一种为B组份, 不含有溶剂, 固化速度非常快, 属于弹性防水材料;A组份属于半预聚物, 端羟基化合物和异氰酸酯反应之后, 形成该组份;B组份属于混合物, 其中包含了端氨基树脂、端氨基扩链剂, 同时, 在该组份中, 颜料及分散的助剂允许存在少量的含量, 但羟基成分及催化剂不允许含有[1]。随着研究的发展, 目前产品已经研发至第三代, 在A组份中, 芳香族、脂肪族系统被包含其中, 而在B组份中, 端氨基聚醚二胺扩链剂被包含其中, 由此促使其性能变得更加优异, 提升了固化的速度, 降低了湿度或湿气的敏感性, 但价格比较高, 调节性能时可调性比较小。在设备方面, 以聚氨酯泡沫喷涂设备为基础, 通过相应的改进之后, 形成聚脲设备;聚氨酯泡沫的混合压力为80kg/m2~120kg/m2, 混合温度为35℃~45℃, 与此相比, 聚脲材料的混合压力及混合温度更高, 分别为140kg/m2~220kg/m2和60℃~70℃, 由此, 在进行化学反应时, 实现充分反应, 从而获得需要的物理性能。

1.2 材料性能

喷涂聚脲弹性体的性能非常优异, 主要具备以下几个方面的性能:第一, 物理性能, 此种材料的综合力学性能非常好, 拉伸时, 最高可达27.5MPa, 伸长时, 可实现1000%, 而在硬度方面, 从A30开始, 硬度连续变化, 可达到D65。第二, 耐介质性, 材料的耐腐蚀性非常好, 除了强溶解、强腐蚀介质外, 比如二甲基甲酰胺、氢氟酸、浓硫酸等, 即使长期的在腐蚀介质中侵泡, 也不会被腐蚀, 经过腐蚀实验可知, 在钢板表面, 喷涂约为0.3~0.4mm厚的聚脲弹性体材料后, 钢板的耐盐雾时间可超过5000小时[2]。第三, 附着力, 在金属、混凝土等多种材料中, 喷涂聚脲弹性体的附着力都非常强, 即使有些材料的附着力已经被破坏, 该种材料依然完好的附着在材料表面;第四, 耐老化性, 在喷涂聚脲弹性体中, 催化剂并不含有, 因此, 在户外条件下, 其所具备的耐老化性能非常好。

2 喷涂聚脲弹性体材料在防腐工程中应用概况

防腐工程施工的过程中, 在材料表面喷涂聚氨酯、环氧树脂等涂料时, 需要的干燥时间比较长, 导致施工时间变长, 而喷涂聚脲弹性体材料时, 干燥时间非常短, 下一环节施工可快速进行。现如今, 在化工贮罐及反应器的内部施工中, 此种涂料的应用比较广泛, 且适应性比较强。在大型化工贮罐中, 对衬里进行涂装施工时, 通常采用环氧树脂涂料, 但此种材料的柔韧性比较差, 而且随着化工贮罐使用次数及时间的增加, 一些特殊部位如边角, 会逐渐出现裂缝或剥落, 最终导致罐体被腐蚀损坏。为了解决这一问题, 化工贮罐衬里涂装时选择喷涂聚脲弹性体, 罐体钢底材上首先喷砂, 至Sa2.5~3级后, 再喷涂此材料, 经过测试, 其附着力超过2000psi。喷涂时, 材料厚度为300μm, 贮罐内装有30%Na NO3, 5年之后, 易出现裂缝等损坏的特殊部位并未出现损坏[3]。

在化工贮罐周围, 通常兼有贮罐围堰, 目的在于防止化工原料泄露, 在以往的围堰围制中, 选择的材料为混凝土或土墙, 如果化工原料发生泄露, 会对围堰周围的土壤产生严重污染。为了改善这一问题, 贮罐围堰中应用了塑料衬里, 尽管其具有良好的耐腐蚀性, 但施工过程中, 复杂性非常高, 施工难度大, 实现的可能性比较小, 而且即使施工完成, 依然存在泄露的隐患。但采用聚脲材料之后, 由于其具有较强的耐化学介质性及附着力, 围堰喷涂聚脲材料之后, 并不存在接缝, 而且具有良好的柔韧性, 伸长率高达30%, 具有极佳的防渗漏效果。

除了化工钢质储罐之外, 在化工防腐工程中, 喷涂聚脲弹性体材料在化工管道施工中也有着良好的应用, 有效地提升了化工管道的防腐能力。

3 结语

喷涂聚脲弹性体是一种新型的材料, 具有优异的物理性能、耐化学介质性能、耐老化性能等, 在化工领域、核电站除盐水罐等防腐工程中, 具有良好的防腐性能, 无环境污染, 应用前景非常的广阔。

参考文献

[1]张燕, 邓智平, 刘朝辉, 等.喷涂聚脲弹性体在军事永久工程防腐中的应用[J].表面技术, 2012, (04) :110-112.

[2]冯海民.聚脲弹性体技术在毛张庄闸闸门防腐加固工程中的应用[J].水利建设与管理, 2013, (07) :69-70+84.

聚脲防腐材料 篇3

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[3]。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,对于许多重大工程的防腐蚀设计要求已提高到50～100年,因此涂层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。本实验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,以期为工程应用提供基础数据支撑。

1 实验

1.1 原料及设备

原料为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。实验仪器有GRACO公司的H-XP3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,UC-1模式人工紫外老化箱,NICOLET iS10型傅里叶变换红外光谱仪,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:普通防腐漆、环氧重防腐漆和Qtech-412。

对Qtech-412涂层试样:按照ASTM G7《非金属材料的户外自然曝晒试验标准》进行户外自然曝晒老化试验;按照GB/T1865-1997《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GBT1771-2007《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

测试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,所得结果如表1所示。

由表1可知,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了断裂,进而导致试样发生了化学降解,出现老化现象[4,5,6]。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后将其表面用砂纸打磨,除去表层厚3～5 μm的失光部分,之后再进行红外光谱试验,结果如图2所示。

图1、图2都是Qtech-412涂层的ATR-FTIR图谱,其中3360 cm-1处是N-H的伸缩振动峰,2965.55～2870.16 cm-1附近是C-H的伸缩振动峰,1600～1700 cm-1处是C=O键的振动峰,1530 cm-1 处是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存在脲键-NHCONH-。图1中老化150 d、360 d和600 d后的图谱与自然曝晒老化前相比,N-R键峰值在自然老化过程中减弱得较为明显;2965.55～2870.16 cm-1附近的C-H键的伸缩振动峰有明显的减弱,老化至600 d时峰值几乎分辨不出来;1600～1700 cm-1处的C=O键在自然老化过程中有明显的减弱和变宽的现象;1530 cm-1附近的C-N键伸缩振动峰在老化过程中明显减弱,表明C-N键发生断裂;1100～1016 cm-1附近的C-O-C键随着老化的进行也有较为显著的减弱。以上结果说明:涂层在自然曝晒老化过程中化学键断裂。图2中将老化600 d后的试样表面轻微打磨以去除失光部位并与老化前的FTIR图谱对比,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。

结合表1、图1及图2的试验结果,可以发现涂层光泽度严重下降,这是由于其表面(厚3～5 μm)发生了降解变化,部分化学键断裂;而涂层力学性能保持稳定是因其内部分子键没有断裂,结构没有明显变化,还未发生老化现象。

2.2 紫外线人工加速老化

2.2.1 力学性能及光泽度

太阳光中的短波紫外光通常是引起聚合物破坏的主要原因,而海洋大气环境下紫外线辐射较为强烈。分别测试紫外光人工加速老化前后试样光泽度和力学性能的变化,所得结果如表2所示。

由表2数据可知,涂层试样在15000 h的紫外线人工加速老化过程中,拉伸强度和断裂伸长率均未出现大的波动,老化前后其力学性能相差无几,但试样光泽度变化巨大。人工加速老化2000 h之内的光泽度下降较为明显且幅度较大,超过2000 h后,试样光泽度下降缓慢,且在老化时间达到5000 h时的失光率高达94.19%,因此可以初步判定Qtech-412涂层在紫外线人工加速老化5000 h时基本无光泽度可言。人工加速老化时间达到10000 h时,已无法测定试样的光泽度。

图3为试样老化前和老化15000 h后的表观对照。由于紫外老化箱中高温高湿环境及紫外光源的照射强度较大,足以打断聚合物体系中的许多单键,因此人工加速老化过程中,紫外线的照射打断纯聚脲表面的化学键结构[7,8],导致表面光泽度出现下降,并使得试样老化15000 h后表面有机红染料褪色、变黑。但用水磨细砂纸轻微打磨试样表面后,发现试样内部颜色变化不大,如图3中六边形部位所示,试样在打磨后很快出现鲜红色。另外,试样经过15000 h人工加速老化后力学性能基本不变,而光泽度剧烈变化,表面完全变色,内部颜色不变。由此可初步判断:紫外线的照射仅使试样表面发生变化,内部结构和大分子链段并未被破坏。

2.2.2 差示扫描量热分析

为进一步验证宏观试验所得结论,对经过不同时间段紫外线人工加速老化的Qtech-412涂层试样进行DSC试验,结果如图4所示。

从图4可以看出,试样在人工老化前的DSC变化曲线与老化2000 h、5000 h、10000 h、15000 h后的变化曲线均没有出现明显的吸热或者放热峰,表明试样在15000 h的紫外线人工加速老化前后均未有明显的相转变、还原、氧化、聚合和结晶等现象,其内部结构没有明显的变化。

结合表2和图3、图4,表明涂层试样在15000 h的人工加速老化过程中,内部结构并没有发生破坏现象,力学性能变化较小,但表面由于强烈的紫外线作用,部分有机染料分子化学键发生断裂,颜色发生巨变。

2.3 实际防腐效果对比

在Qtech-412涂层的右边正常划叉,但纯聚脲涂层的高弹性随即使叉痕愈合,无法使钢板底材暴露,因此在左边刻意剔除部分涂层,形成宽2～3 mm的凹槽,以便暴露钢板底材。每4 h往试样上喷洒海水,加速钢板的腐蚀及涂层的老化速度。6个月后,各试样的腐蚀情况如图5所示。

由图5可知,经过6个月的腐蚀试验后,涂装了普通防腐漆的钢板腐蚀最严重,最先在划叉裂纹处开始起泡并剥落,之后迅速扩展至整块钢板,产生大面积锈蚀和剥落,涂层已基本失效。涂装了环氧重防腐漆的试样,在2个划叉部位都出现了明显的腐蚀现象,产生黄色锈斑,但仅在划叉处有轻微的鼓起,且并不脱落,防护效果较好。而Qtech-412涂层所保护的试样,在右边正常划叉部位没有明显锈迹,这是由于涂层的高强弹性使细微缝隙迅速愈合,有效阻止了外界腐蚀介质的侵入;左边2～3 mm的凹槽处的钢板底材完全暴露在腐蚀环境下,出现了明显的锈蚀现象,但未见涂层产生翘边、锈蚀、鼓包和剥落现象,涂层外观坚实,与钢板结合紧密,附着力很好。

综合上述试验结果: Qtech-412涂层防腐效果最好,涂层与基材结合力牢固;外力产生的细小缝隙具有自愈合效果,短期内无腐蚀现象发生;外力产生的较大尺寸的损伤具有不扩展性,不产生鼓包、开裂及脱落现象。

3 工程应用

基于以上研究结果可知:Qtech-412涂层具有优异的耐候、耐腐蚀性能,在海洋大气腐蚀环境下能长久、有效地保护钢和混凝土等基材。因此,2011年7月青岛海湾大桥沧口航道桥主桥墩的承台就采用了Qtech-412作防护涂层,喷涂施工现场如图6所示。

承台周围既有钢筋混凝土也有钢制结构,常年处于海洋气候腐蚀环境,并且在涨潮时海水容易从排水口倒灌进入承台,海鸟的排泄物以及周边渔民海上作业等因素,对承台大体积浇注混凝土时残留裂缝的破坏比较严重。喷涂纯聚脲材料,形成连续、致密、高弹性、高强度的涂层,能有效阻止腐蚀介质、离子的渗透,有效抵御人为因素的损坏,及时地保护承台结构。现场检测服役1年后的Qtech-412涂层,发现涂层表面未见任何起泡、脱落、粉化、开裂等破坏现象,仅颜色发生改变,产生一定程度的“黄变”现象,光泽度下降,如图6(b)所示。这些与本实验进行的自然曝晒老化、紫外线人工加速老化的试验结果相吻合。

4 结论

(1)户外自然曝晒老化600d后,Qtech-412涂层力学性能基本没有变化,但光泽度严重降低,几乎失光。

结合宏观及微观试验可见,老化仅使涂层表面部分分子键断裂,内部分子结构没有变化,强度保持率在95%以上。

(2)紫外线人工加速老化15000h后,Qtech-412涂层表面染料变黑,没有光泽度,但力学性能变化不大。

DSC试验表明涂层未有明显的相转变、还原、氧化、聚合和结晶等现象,内部结构没有明显变化。

(3)在人工模拟海洋环境中,Qtech-412涂层经6个月户外曝晒同时每4h喷淋一次人造海水试验后,没有任何起泡、脱落、开裂迹象,与钢板附着力较高。

涂层对细微缺陷具有弥合效果,而缺陷较大时,基材腐蚀区域不扩展。

由上述结果可知:Qtech-412纯聚脲重防腐涂层在海洋大气腐蚀环境中防腐性能突出,具有超长的使用寿命且耐久性能优异。

摘要：通过FTIR、DSC等方法,研究了在海洋大气环境户外自然曝晒老化和紫外线人工加速老化条件下,纯聚脲重防腐涂层(Qtech-412涂层)的力学性能、光泽度和分子结构变化。结果表明:Qtech-412涂层经过600d户外自然曝晒老化后,光泽度下降94.53%,力学性能基本不变;经过15000h紫外线人工加速老化后,涂层表面失光,有机染料变黑,力学性能变化较小;FTIR和DSC试验表明上述两种老化方式都仅仅使涂层表面染料分子的化学键断裂,出现褪色或变黑现象,内部分子结构非常稳定;在人造海水的露天水池中曝晒6个月后的划叉破坏试验表明,Qtech-412涂层实际防腐效果优于其它重防腐涂层。目前Qtech-412涂层已成功应用于青岛海湾大桥承台结构防护工程。

关键词：海洋大气环境,纯聚脲,重防腐,老化,Qtech-412涂层

参考文献

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[5] Lv Ping,Chen Guohua,Huang Weibo.Degradation of po-lyaspartic polyurea coating under different accelerated wea-thering tests[J].J Sichuan University:Eng Sci Ed,2007,39(2):92吕平,陈国华,黄微波.聚天冬氨酸酯聚脲涂层加速老化行为研究[J].四川大学学报:工程科学版,2007,39(2):92

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[7] Huang Weibo,Lv Ping,Zhang Jing,et al.Properties of ali-phatic polyurea coated concrete under salt fog exposure[J].Adv Mater Res,2011,168-170:1010

聚脲材料及其相关问题探讨 篇4

对聚合物材料的定义,通常是以有机高分子碳链上所含各类官能团聚合物来定义材料的,如果碳链上除了含主要重复官能团外,还有其他官能团,则称为改性物或杂合体。

1.1 聚脲(Polyurea)

这里是一个材料概念,是指以碳链为基础主链,含有重复脲基“—NHCONH—”链段的聚合物

1.2 聚氨酯(Polyureathane)

主链上含有重复氨酯基“—NHCOO—”链段的聚合物材料。

1.3 聚酯(Polyester)

主链上含有重复酯基“—COO—”链段的聚合物材料。

1.4 聚酰胺(Polyamide)

主链上含有重复酰胺基“—CONH—”链段的聚合物材料。

1.5 RIM技术,即反应注射成形技术

RIM(Reaction Injection Moulding的缩写)是一种反应注射至模具成形的工艺技术。该技术是将几种反应物原料通过注射对撞混合,物料发生化学反应,在模具里固化形成最后的制成品的一种工艺过程。

1.6 喷涂聚脲(Spray Polyurea,简称SPUA,又称喷涂纯聚脲)[1]

喷涂聚脲不是材料概念,它是一个技术术语(或称工艺过程描述)。它描述了原材料、设备、施工作业过程以及最后所形成的聚脲材料。它是从RIM技术发展而来的,A料由异氰酸酯预聚体、半聚体、单体和助剂组成,B料由氨基封端预聚体(通常是氨基聚醚)和氨基扩链剂及其他助剂组成;A料和B料通过高压、高温对撞设备混合喷出后,形成了聚脲弹性体涂膜材料。此技术工艺称为喷涂聚脲,简称“SPUA”,或简称为“聚脲”,也有简称为“纯聚脲”。这里简称的“聚脲”或“纯聚脲”仍是指喷涂聚脲工艺,而不是指聚脲材料。

2 聚脲材料的用途

1931年,欧洲人在制得聚氨酯材料的同时,制得了聚脲材料。由于采用光气做原料,初期的聚脲材料没有商品化。

后来,人们用尿素与二元胺反应制得了聚亚壬基脲,聚脲材料才开始规模商品化生产。聚亚壬基脲目前主要用于耐高温高强度的纤维素生产。这类聚脲纤维素用于缆索、渔网、织物等,在欧洲、日本有大规模生产销售。这类聚脲材料是100%脲基官能团和碳链所构成的聚合物。

科学家们用双亚乙基十八碳酰胺与异氰酸酯反应,制得了聚脲材料,这类聚脲材料具有良好的抗高温(达200℃以上)性能,其在航空航天用润滑油中有着广泛的用途。这类聚脲材料中除主链含脲基之外,还有羰基“—CO—”,聚脲链段及碳链占分子总质量的30%~45%。

20世纪80年代中后期,有人用异氰酸酯与氨基组分(含氨基聚醚和氨基扩链剂)用专用设备采用注射成形工艺喷出形成了聚脲弹性体厚质涂膜,这就是喷涂聚脲。喷涂聚脲技术目前主要应用于防水、防腐、地坪、防护等各种功能性涂层领域。

手工聚脲涂层,其包含了双组分手工聚脲涂层和单组分聚脲涂层,这些涂料在液体料固化成固体过程中,交联点上全部为脲基,并且在理论上无CO2气体产生。手工聚脲是材料概念,其不同于喷涂聚脲工艺技术中的术语定义。

手工聚脲胶粘剂和密封胶材料,通常是利用低活性多元胺与异氰酸酯物质反应得到的胶粘剂和弹性密封胶。其施工作业过程通常采用手工作业,也可采用专用机器作业。

聚脲材料的最新发展是有人用二氧化碳与生物材料制得的多元端氨基材料在高压下反应制得聚脲聚合物材料,这类材料从根本上摆脱了传统聚脲材料所需基础原料对石油化工原料的依赖性。这类新型聚脲材料在工程塑料及其制品,如汽车零部件、电子元器件中有广泛用途,其在高强纤维、弹性体涂层等领域也有潜在应用。这是一类完全不消耗石油资源的环保型聚脲材料。

3 喷涂聚脲

喷涂聚脲在国外主要用于保护性涂层,国内在防水、防腐、地坪、防护性涂层方面已有较广泛的应用。但现在的喷涂(纯)聚脲技术在A料原料中采用羟基聚醚和MDI混合系统,B料采用氨基聚醚和氨基扩链剂混合系统,其最后形成的涂层材料中,聚醚链段含量为50%~60%,氨酯基及碳链段约10%~20%,脲基碳链段约为30%~45%。喷涂(纯)聚脲所说的“纯”不是指最后涂层中固体材料全部是脲基碳链聚合物,而是指喷涂工艺技术过程中的“纯”,即由液体原料反应固化形成固体涂层材料过程中交联点(固化过程分子连接点)全部为脲基。这样避免了因喷涂聚氨酯或者喷涂聚氨酯(脲)可能有水分与—NCO反应带来的鼓包、气孔等不良现象产生。

喷涂(纯)聚脲还有许多变化和品种,如A料中不用羟基聚醚,改用聚酯多元醇或聚碳酸酯多元醇、聚酰胺多元醇、硫基酰胺预聚体、半聚体的—NCO组分,B料全部采用氨醚和氨基扩链剂。这些喷涂(纯)聚脲性能各异,有更为特殊的用途。

4 单组分聚脲材料的种类

单组分聚脲是材料概念,它不是喷涂聚脲,也不是喷涂聚脲所对应的简称为“聚脲”的工艺技术。

1)以一些基础原料直接在工厂合成聚脲聚合物材料,然后以此聚合物制造加工成制品。如用尿素与多元胺直接反应制成聚亚壬基脲材料,下游工厂直接购买单组分聚亚壬基脲加工成纤维素。其他如用酰胺与异氰酸酯类物质合成单组分聚脲材料,然后以此为原料加工成聚脲润滑油。最新的进展是以二氧化碳与提炼自生物的胺类物质反应直接合成单组分聚脲材料,这类新型聚脲材料将会带来聚脲的一场变革。

2)以封端异氰酸酯与胺类物质混合制成单组分聚脲液体涂料,此类涂料为单组分,其在特种涂层中有较好的应用价值。

3)以封端胺类物质和异氰酸酯混合物制成单组分涂料[2],此类材料在厚质涂层上有较好的应用价值。

5 几点讨论

1)喷涂聚脲(或称喷涂纯聚脲)技术在中国应用越来越广,其与RIM技术中第一代喷涂聚氨酯和第二代喷涂聚氨酯(脲)相比具有一定的先进性。这种先进性在于前者不存在后二者固化过程中有水分与—NCO的竞争反应,因而,喷涂(纯)聚脲工艺技术所形成的弹性体涂层较少有鼓包、气孔现象存在,改进了施工性,也拓宽了喷涂(纯)聚脲工艺对温度、湿度的适用性。这些优越性应充分肯定,也应该提倡采用喷涂(纯)聚脲工艺技术。但是,喷涂(纯)聚脲中的“纯”是指喷涂时原料固化过程中交联点全部为脲基(理论上无CO2产生),而决不是指最后固化所形成的聚脲弹性体为纯的聚脲材料。事实上,喷涂(纯)聚脲其所形成的聚脲弹性体涂层中醚基“—O—”、氨酯基“—NHCOO—”、脲基“—NHCONH—”链段均有,在分子结构上是一种典型的杂合体聚合物,可以称为聚(醚氨酯)脲,或聚(脲氨酯)醚、聚脲(氨酯)改性聚醚,当然也可以称为聚脲弹性体、特殊聚氨酯或高力学性能聚氨酯。

2)所谓手工聚脲,它包含了双组分手工聚脲和单组分聚脲涂料,都是一种材料概念,二者都不是喷涂聚脲工艺技术中所说的术语定义。手工聚脲在液体料固化过程中,分子交联点应全部是脲基相连接,而没有CO2产生。固化后的弹性体也是聚醚改性(聚氨酯)脲,也可称为聚(脲氨酯)醚,或者称为特殊聚氨酯、高力学性能聚氨酯。这些材料也可喷涂,但其喷涂过程不是RIM技术范畴,因此也就不属于喷涂聚脲技术工艺。双组分手工聚脲也可通过静态混合机器喷涂,但它不同于喷涂聚脲中注射(或对撞)混合工艺;单组分聚脲也可采用泵将其喷出,但它只是一种将液料泵出的物理过程,无需混合。手工聚脲所说的“聚脲”是材料概念,喷涂聚脲中的“聚脲”是工艺概念。但无论哪种形式聚脲,其最终的厚质涂层都应具有良好的适应性、功能性和耐久性。

3)在众多的液体现场浇注成膜(Liquild Applied Membrane)材料中,现场适应性非常重要,没有一种材料是万能的,现场施工涂层材料性能的有效发挥离不开优秀的底涂剂、密封胶、修补材料等辅助材料,这些辅助材料都是完善细部节点和处理疑难工程的必备材料。

4)喷涂聚脲应用在一些工程中有一些负面消息传出,这并不是喷涂聚脲技术存在什么问题,很多情况下是实际应用没有考虑适应性而带来的问题。如喷涂聚脲涂膜材料为高模量材料,也即100%拉伸模量超过了混凝土的抗拉强度,并且在喷涂聚脲弹性体应力-应变曲线中,当应变大于10%后,其拉伸力学性能表现在塑性区域。这对于每天不断受到机械性负压拉力作用的涂层是否完全适用?确实值得讨论。

5)在中国市场,许多人士错误地认为聚氨酯涂层比聚脲涂层差,聚脲涂层一定比聚氨酯涂层好。这可能是中国市场上普通的单组分聚氨酯和双组分聚氨酯占领了主要聚氨酯涂层防水市场的缘故,其实在欧美发达国家,性能优异的聚氨酯涂层比聚脲涂层有更好的适应性和更广泛的应用。但也不能据此就说聚氨酯比聚脲好。对于聚氨酯和聚脲,说一种材料比另一种材料更好是不确切的,应该强调该种材料的适应性、功能性和使用年限。

参考文献

[1]黄微波.喷涂聚脲弹性体技术[M].北京:化学工业出版社,2005.

矿用聚脲喷涂材料的试验研究 篇5

聚脲喷涂材料现主要应用于民用防水、防腐领域,在煤矿应用较少。笔者所研发的矿用聚脲喷涂材料柔韧性好,具有优良的阻燃、抗静电性能,既能克服混凝土喷涂材料的韧性差、粉尘浓度高、施工量大的缺点,又能弥补聚氨酯喷涂材料含毒性催化剂、反应容易受水影响的不足,具有广阔的市场前景[4,5,6,7]。

1 试验部分

1.1 A组分的制备

在干燥条件下,按照一定的比例,将异氰酸酯预聚体与助剂在反应釜里搅拌一定时间,混合均匀后出料,充氮气密闭保存。

1.2 B组分的制备

反应釜中加入端氨基聚醚、扩链剂、阻燃剂及其他助剂,搅拌均匀后出料,充氮气密闭保存。

1.3 喷涂工艺

采用自制的煤矿专用喷涂装备在高温高压条件下进行喷涂。

1.4 反应机理

聚脲喷涂材料的反应以异氰酸酯和端氨基聚醚为主,反应方程式如下[8]:

异氰酸根(—NCO)与端氨基聚醚及扩链剂中的氨基(—NH2)反应生成脲键(—NHCONH—)。由于氨基与异氰酸根的反应速度远高于羟基与异氰酸根的反应速度,因此,在不添加催化剂的条件下,端氨基聚醚与异氰酸酯预聚体反应后可快速固化,可在任意斜面、曲面、垂直面上进行喷涂,形成的固化膜致密柔韧。

2 性能表征

2.1 阻燃、抗静电性能的测试

依据MT 113—1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则》进行测试。

2.2 粘度的测试

采用NDJ-5S旋转粘度计测试粘度。

2.3 理化性能测试

依据AQ 1088—2011《煤矿喷涂堵漏风用高分子材料技术条件》标准进行材料相关理化性能的测试。

3 试验结果与讨论

3.1 异氰酸酯指数对喷涂材料性能的影响

异氰酸酯指数是指聚脲喷涂材料的A组分中异氰酸酯当量粒子物质的量与B组分中的端氨基聚醚和扩链剂当量物质的量的比值,即异氰酸酯指数[9]。异氰酸酯指数是聚脲喷涂材料的一个重要指标,对聚脲喷涂材料的性能有一定的影响。

通过调整配方中异氰酸酯预聚体、端氨基聚醚、扩链剂的比例,设计了异氰酸酯指数不同的喷涂材料配方,所得喷涂材料固化膜的外观如表1所示。

由表1可知,随着异氰酸酯指数的变化,聚脲喷涂材料固化膜的外观有所不同。异氰酸酯指数理论值为1,但在实际操作过程中,异氰酸酯与各种微量水分发生反应,消耗一定的—NCO基团,从而造成B组分过剩,反应不完全,残留刺激性气体。若异氰酸酯指数过高,则会导致异氰酸根过量,—NCO基团与空气中的水分发生反应后产生二氧化碳气体,使喷涂材料出现鼓泡、表面不平整甚至出现附着力降低、脱落现象等,因此,配方设计时异氰酸酯指数应稍微大于1,试验结果表明,异氰酸酯指数控制在1.05~1.08内最佳。

3.2 反应温度及气压对喷涂材料性能的影响

试验采用的喷涂技术运用了撞击混合原理,喷涂材料A、B组分在高压驱动下相互撞击,经喷枪的枪体混合室内混合均匀,通过喷枪雾化后,在极短时间内喷涂在基材上,形成连续的固化膜。

喷涂材料A组分与B组分的粘度直接影响混合程度,因聚脲喷涂材料可在数秒内发生反应,A组分与B组分不能提前混合均匀后再进行施工,因此,采取施工前对材料加热的方式调整材料粘度后,在高压对撞条件下,使其雾化后再喷涂在基材表面。

为了使A、B组分混合均匀,需尽量缩小两组分之间的粘度差,确定最佳的加热温度使喷涂材料两组分粘度接近。采用旋转粘度计对喷涂材料A、B组分在不同温度下的粘度进行测试,结果如图1所示。

试验结果表明,当A组分加热到70℃,B组分加热到65℃时,喷涂材料两组分的粘度一致,均为61 m Pa·s。

由于采用的喷涂工艺为高压对撞混合,因此喷涂材料反应过程对温度有一定的依赖性。喷涂材料加热温度对材料力学性能的影响如表2所示。

由表2可知,当喷涂材料A、B组分均为10℃时,喷涂材料凝胶时间过长,在A、B组分反应完全之前,沿喷涂面流淌,产生挂壁现象,因此无法完成垂直面或曲面的喷涂,同时,涂膜厚度不易控制,力学性能差。温度的升高会降低各组分的粘度,使A、B组分混合均匀,反应更充分。当A组分为70℃,B组分为65℃时,A、B组分粘度一致,喷涂材料力学性能最佳,喷涂材料固化后,经反复弯曲、对折后无折痕,可恢复原状。当A组分为70℃,B组分为70℃时,A、B组分粘度存在微小差距,反应较充分,综合性能稍有下降。

试验开发的聚脲喷涂设备以压缩空气作为唯一动力,喷涂过程中的气压大小对喷涂材料的性能也会产生一定的影响。气压对喷涂材料性能的影响测试结果如表3所示。

试验结果表明,气压在18 MPa以上的凝胶时间短,涂膜柔韧性优良。气压过大时,喷涂A料和喷涂B料混合更充分,但气雾飞溅严重,会浪费一定量的材料,同时飞溅的固体颗粒和空气形成气溶胶,人体吸入过量该气溶胶后会影响身体健康,因此,喷涂施工的气压应合理控制,在保证喷涂材料达到性能指标的前提下,气压应尽量小,故喷涂材料的喷涂最佳气压选择为18 MPa。

3.3 阻燃体系的影响作用

煤矿巷道表面喷涂面积较大,遇火易燃烧,且喷涂材料燃烧过程中会释放有害气体,为了降低材料在使用过程中的安全隐患,阻燃性能成为矿用喷涂材料的重要性能指标之一。

阻燃剂的加入会对喷涂材料理化性能产生一定的影响。固体阻燃剂的加入会增加体系粘度,同时,可能因阻燃剂与其他原料相溶性差造成喷涂材料生产工艺复杂化,因此,阻燃剂添加量不宜过大。考虑到喷涂材料A、B组分的反应体积比设计为1∶1,阻燃剂的加入一方面起到阻燃作用,另一方面也起到调节体系反应比例的作用。

为了对比不同的阻燃体系对喷涂材料阻燃性能的影响,并在尽可能少添加阻燃剂的情况下达到较好的阻燃效果,在其他组分不变的条件下,改变阻燃体系,以卤代磷酸酯类阻燃剂1作为基础阻燃剂,并将卤代磷酸酯类阻燃剂1与溴系阻燃剂2、无机阻燃剂3做了复配,以发挥其协同效应。设计的不同试验配方如表4所示。

使用3种不同的阻燃体系的配方,喷涂材料阻燃性均满足MT 113—1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则》标准要求,但对喷涂材料性能的影响各不相同。聚脲喷涂材料性能检测结果如表5所示。

卤代磷酸酯类阻燃剂1与异氰酸酯、端氨基聚醚等原料的相溶性好,由表5可知,加入卤代磷酸酯类阻燃剂1可使喷涂材料阻燃性能达到MT 113—1995规定的要求,但无机阻燃剂的加入可显著改善喷涂材料在燃烧过程中的融滴现象,同时因溴系阻燃剂为反应型阻燃剂,有助于提高材料的柔韧性。因此,选择卤代磷酸酯类阻燃剂1与溴系阻燃剂2、无机阻燃剂3组成的复合阻燃体系作为聚脲喷涂材料的最佳阻燃体系。

3.4 抗静电剂的影响作用

由于聚脲高分子喷涂材料喷涂于煤层或巷道表面,因摩擦而产生的大量静电荷在喷涂材料表面积聚,易产生不安全因素,有可能造成火灾和爆炸事故,因此,需要在聚脲喷涂材料中加入合适的抗静电剂,以降低喷涂材料的表面电阻。

考虑到抗静电剂需与异氰酸酯预聚体、阻燃剂等有良好的相容性,且对喷涂材料综合性能的影响较小,选择了抗静电剂E1与抗静电剂H2作为主要研究对象,两种抗静电剂对喷涂材料表面电阻的影响如表6所示。

由表6可见,随着抗静电剂添加量的增大,喷涂材料表面电阻也呈下降趋势,当抗静电剂H2质量分数为1.0%,抗静电剂E1质量分数为5.0%时,喷涂材料表面电阻均小于3×108Ω,抗静电效果可达到MT 113—1995规定的要求。

喷涂材料表面的抗静电性能会随着时间的推移而有所衰减,抗静电剂E1与抗静电剂H2在最佳添加量下的稳定性如表7所示。由表7可知,当抗静电剂H2的质量分数为1.0%时,喷涂材料放置24 h后表面电阻为5.2×107Ω,放置5个月后表面电阻增大为8.9×108Ω。抗静电剂E1为永久型抗静电剂,添加量虽然比抗静电剂H2的量大,但稳定性优于抗静电剂H2,当抗静电剂E1质量分数为5.0%时,喷涂材料放置5个月后,表面电阻为7.6×107Ω。因此,选择抗静电剂E1作为喷涂材料的最佳抗静电剂。

4 结论

1)由卤代磷酸酯类阻燃剂1与溴系阻燃剂2、无机阻燃剂3组成的复合阻燃体系对聚脲喷涂材料可起到显著的阻燃效果。

2)开发的矿用聚脲喷涂材料异氰酸酯指数控制在1.05~1.08内,喷涂压力为18 MPa,A组分加热温度为70℃,B组分加热温度为65℃,表面电阻为4×107Ω,断裂伸长率为370%,阻燃性能达到MT 113—1995《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则》规定的要求,固化时间短,可在8 s内凝胶,能在任意斜面、曲面、垂直面喷涂,力学性能优良,具有较高的实际应用价值。

摘要：为防治煤矿漏风、有害气体渗漏及煤自燃,以异氰酸酯预聚体、端氨基聚醚、扩链剂、阻燃剂等为主要原料,开发出矿用聚脲喷涂材料。研究了异氰酸酯指数、温度、气压、阻燃剂、抗静电剂等因素对聚脲喷涂材料性能的影响,试验结果表明,矿用聚脲喷涂材料可在8 s内凝胶,断裂伸长率为370%,表面电阻为4×10~7Ω,阻燃性能达到《煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则》规定的要求。

关键词：聚脲,喷涂材料,煤自燃,阻燃,抗静电

参考文献

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