王 芳,尹 聰,張小波

(1.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災減災重點實驗室 青島 266033;2.國家海洋局北海海洋技術保障中心 青島 266033)

噴涂聚脲技術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)境與防災減災重點實驗室 青島 266033;2.國家海洋局北海海洋技術保障中心 青島 266033)

噴涂聚脲技術是一種具有極大發(fā)展?jié)摿Φ某胤栏繉蛹夹g,噴涂聚脲材料不含任何溶劑、成膜強度好、涂層耐老化、施工快捷,噴涂聚脲技術在海洋儀器防腐、海底管道防腐、儲罐防腐、混凝土保護、海上鉆井平臺保護等領域應用前景是非常廣闊的。文章在傳統(tǒng)噴涂聚脲技術基礎上,通過針對性的開發(fā),研制適用于海洋儀器的防腐、防水的涂層材料,通過實驗驗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、污損是非常嚴重和普遍的,不但降低了海洋儀器的壽命,而且降低了觀測、監(jiān)測、預報的準確性,海洋儀器的防腐蝕處理技術也日益成為關鍵問題。

1 噴涂聚脲技術

噴涂聚脲技術,是繼高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料技術之后,在涂裝技術領域取得的又一重大技術進步[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、固化時間長等缺點,此技術具有無毒、無害、施工快速、溫度適應性強等特點,噴涂技術先進、質量穩(wěn)定,機械性能和耐化學腐蝕性能優(yōu)異,噴涂機體積小、操作簡便[2-3]。

2 應用于海洋防腐的技術改進

2.1 材料改進

本研究以傳統(tǒng)噴涂聚脲技術為基礎,通過對噴涂聚氨酯進行化學改性得到一系列軟硬段含量不同的特殊結構的基體樹脂,利用納米填料,對噴涂聚氨酯彈性體材料進行物理改性,賦予噴涂聚氨酯彈性體柔韌性、耐介質性能、封閉性能,達到適應于海洋防腐的指標要求。

2.1.1 預聚物的合成

將計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量的異氰酸酯,溫度穩(wěn)定后,加溫至120℃～150℃反應2 h,取樣測試NCO含量,當NCO含量不再變化時,加載真空脫泡半小時后出料,將所得半預聚體密封充氮氣儲存,儲存溫度15℃～40℃。

圖1 不同濕度對性能的影響

2.1.2 樹脂改性

在樹脂改性方面采用了環(huán)氧、有機硅進行改性。環(huán)氧樹脂的剛性和附著力強,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,在與聚氨酯反應中可以將支化點引入聚氨酯主鏈,使之形成部分網狀結構而使性能更加優(yōu)異,大大提高了材料的附著力與綜合性能。

2.2 改進后材料的主要性能檢測

2.2.1 濕度對材料性能的影響

從圖1可知:濕度對材料的影響性能很小,這主要是因為文章中改進的主要原料為端氨基聚醚,實驗所采用T-5000、DA-2000均為脂肪族NH2,其反應速度遠遠大于水的反應速度,因而改進后噴涂材料受環(huán)境濕度的影響很小。

表1 不同濕度對性能的影響

2.2.2 溫度對材料性能的影響

通過在不同環(huán)境溫度下進行噴涂,同時在其溫度下放置7 d后進行性能測試,性能如表2所示。

表2 不同溫度對附著力性能的影響

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

從圖2可以看出:溫度對材料的力學性能有一定的影響。當環(huán)境溫度越高時,材料固化的速度就越快即力學性能達到最佳值的時間就越短。

2.2.3 不同介質浸泡對材料性能的影響

裁剪相同批次的聚脲樣片同時置于不同的浸泡介質中進行浸泡試驗。試驗結束后取出樣品,沖洗干凈,干燥一段時間后進行拉伸強度和斷裂伸長率的測試。具體的測試結果如圖3所示。

圖2 不同溫度對性能的影響

1號樣品的浸泡介質為5%HCI溶液,2號樣品的浸泡介質為5%NaOH溶液,3號樣品的浸泡介質為5%H2SO4溶液,4號樣品的浸泡介質為3.5%NaCI溶液,5號樣品的浸泡介質為水溶液。

從圖3中可以看出:在HCI溶液介質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有差別。

從溫度、濕度、不同介質浸泡等實驗結果來看,改進后的材料性能更適合于海洋環(huán)境的現(xiàn)場噴涂。

圖3 不同浸泡介質對噴涂聚氨酯性能影響

3 現(xiàn)場施工

3.1 噴涂設備

噴涂聚氨酯材料的設備是高壓對撞混合設備(圖4)。

圖4 聚氨酯高壓噴涂設備及噴涂現(xiàn)場

3.2 玻璃鋼底材模型

玻璃鋼底材模型噴涂試驗,其具體過程如下。

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

(2)界面劑刷涂。試驗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行包裹,在界面處粘貼泡沫棒以形成厚度過渡層。使用專用的高壓雙組份1∶1聚氨酯/聚脲噴涂設備及噴槍,主機型號HXP-3,噴槍型號FUSION AP/GX-7DI/GX-8。參數(shù)設定;壓力2 500～3 000 psi,溫度設定管道65℃,主加熱器65～70℃,噴涂3道,厚度(2 000±300)μm。

4 小結

通過實驗及示范性應用證明,本研究采用噴涂聚脲彈性體技術沒有出現(xiàn)涂層不均、產生流淌和刺激性氣味。聚脲彈性體涂層體現(xiàn)出了優(yōu)良的耐介質性、耐久性、耐老化性、耐磨性和快速噴涂等特點,為海上儀器防腐防護技術開拓了一個全新的視野,具有良好的推廣應用前景。

[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,2003,11(3):47-50.

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

海洋公益性行業(yè)科研專項(201305026).