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      水性聚氨酯樹脂涂層的老化方法

      2020-08-22 11:17:35

        聚氨酯涂層具有良好的柔韌性、耐潮濕、耐磨、 耐油及耐各種腐蝕介質等性能,廣泛應用于建筑、船 舶、汽車和航空等領域,是一種較為常見的保護涂層。它可以起到阻隔、緩蝕等作用,保護基體免受外界環境侵蝕,延長基體使用壽命,大大降低了基體的維護成本。然而,在自然環境光、熱及各種腐蝕介質的綜合作用下,聚氨酯分子結構發生破壞,涂層會發生失光、變色、粉化、龜裂、起泡等老化現象,導致涂層失效而失去對基體的防護作用。因此,研究聚氨酯涂層老化行為,在預估涂層的劣化程度、防護能力、涂層服役年限和剩余壽命等方面顯得尤為重要。

         聚氨酯涂層自然暴露和人工加速兩種老化方式下的失效行為及失效機理,并對聚氨酯在人工加速環境下壽命預測的研究進行總結。

        1 聚氨酯涂層老化方法

        聚氨酯涂層的老化研究方法主要分為自然暴露老化和人工加速老化兩種。例如,典型的自然暴露老化方法有海水浸泡試驗、戶外大氣曝曬試驗等;人工加速老化方法有氙弧燈老化、紫外光(UV)老化及鹽霧試驗等。

        1.1 自然暴露老化

        涂層在自然環境中暴露,可真實地反映有機涂層在服役條件下的老化情況,前人對此進行了大量的研究。羅來正等對海洋大氣環境下聚氨酯涂層的老化行為進行研究,結果表明光降解和水降解的綜合作用是導致涂層失效的主要原因。林靜等采用海洋環境戶外曝曬的方法研究了聚脲和聚氨酯涂層經自然曝曬 2493 d后的老化行為,試驗場地選在青島理工大學 2#實驗樓樓頂曝曬場(見圖1),結果表明聚氨酯涂層表面嚴重粉化開裂,力學性能基本喪失,而聚脲涂層仍具有較高的強度。

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        1.2 人工加速老化

        由于自然暴露老化試驗周期長,且試驗環境復雜,環境條件可控性和試驗重現性差,無法進行單因素研究,在涂層老化研究中存在局限性,一般采用人工加速老化試驗來模擬自然老化條件。 鞠濤等在干濕循環、氯鹽及荷載多因素聯合作用下,研究了氯離子對環氧涂層和聚脲涂層混凝土的侵蝕性能的影響,結果表明,聚脲涂層的抗氯離子侵蝕性能要優于環氧涂層。Li等對4種混凝土涂層進行紫外線和干濕循環加速老化試驗,研究了涂層的抗氯離子性能,研究結果表明,涂層在紫外輻射下的氯離子滲透速度大約是干濕循環周期的兩倍。 伯忠維等采用濕熱、干濕循環、鹽水浸泡及紫外光循環加速老化方法研究了聚脲、聚氨酯和環氧云鐵 3 種涂層的耐老化性能,得出聚脲的防腐性能優于聚氨 酯和環氧涂層。 Hu等對丙烯酸聚氨酯涂層進行 UV/冷凝和氙弧燈加速老化,得出的結論是,涂層在 UV和氙弧燈作用下的降解機理一致,UV作用下涂層老化降解速率較快。 黃微波等對純聚脲涂層UV加速老化15 000 h, 采用傅里葉紅外光譜 (FTIR)、差示掃描量熱(DSC) 等方法表征分析,發現老化后的涂層表面分子鍵斷裂,而內部的分子結構穩定,涂層仍具有良好的力學性能。 張曉麗將氯化橡膠、環氧、聚脲3種混凝土涂層試樣在氯鹽、 彎曲荷載和干濕循環聯合作用下老化 90 d,結果表明聚脲涂層的耐腐蝕性能優異。

        1.3 自然暴露老化和人工加速老化相關性研究

        研究自然和人工加速老化的相關性,可以對涂層老化環境進行更精確地模擬,對有機涂層老化機 理的研究起到推動作用。 張丹峰等根據青島地區加速老化試驗譜,對聚氨酯涂層進行紫外光、鹽 霧、熱沖擊及低溫疲勞循環加速老化試驗,并與自然 老化進行對比,驗證了加速試驗譜的合理性。 張勇等利用濕熱(相對濕度95%,溫度43 ℃ ,7 d)、紫 外光(輻照強度50~ 70 W/m2,溫度 55 ℃ ,2 d)、中 性鹽霧(溫度33~37℃,質量濃度5%±1%,80 cm2鹽霧沉積量 1~2 mL/h,4 d)和酸性鹽霧(溫度33~37 ℃,質量濃度5%±1%,80 cm2鹽霧沉積量 1~2 mL/h,加 pH=3.5~4.5的稀硫酸,3 d)對有機涂層進行周期循環老化,得出約2個周期的加速老化試驗譜涂層損傷程度與自然曝曬一年等效。 駱晨等研究了聚氨酯航空有機涂層由紫外光(溫度60 ℃,強度0.77 W/m2,8 h)+冷凝(溫度50 ℃,8 h) 循環、周期性浸泡( 溫度35 ℃,3.5% NaCl+0.25% Na2S2O8溶液,浸泡10 min 后干燥 50min)、 溫度沖擊(高溫 150 ℃,2 h;低溫-30 ℃ ,2 h)組成的戶內加速試驗譜,得出其與戶外大氣暴露老化的相關系數 ρ =0.77。崔曉飛等基于人工加速與自然老化的當量加速關系,編制了聚氨酯涂層加速老化試驗譜。 他們運用附著力測試與電化學交流阻抗譜(EIS)表征涂層老化規律,得出聚氨酯涂層在60 ℃、紫外光輻照強度0.5 W/m2 加速老化167.4 h的損傷與自然曝曬1年等效。

        用人工加速試驗模擬聚氨酯涂層在自然環境中的老化,能更方便地研究涂層老化機理,對涂層的重涂、維護以及預測涂層剩余壽命起到重要的作用。

        文章源自:水性樹脂廠家                                   http://www.uqwzt.com/


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