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水性聚氨酯树脂涂层的老化方法

2020-08-22 11:17:35

  聚氨酯涂层具有良好的柔韧性、耐潮湿、耐磨、 耐油及耐各种腐蚀介质等性能,广泛应用于建筑、船 舶、汽车和航空等领域,是一种较为常见的保护涂层。它可以起到阻隔、缓蚀等作用,保护基体免受外界环境侵蚀,延长基体使用寿命,大大降低了基体的维护成本。然而,在自然环境光、热及各种腐蚀介质的综合作用下,聚氨酯分子结构发生破坏,涂层会发生失光、变色、粉化、龟裂、起泡等老化现象,导致涂层失效而失去对基体的防护作用。因此,研究聚氨酯涂层老化行为,在预估涂层的劣化程度、防护能力、涂层服役年限和剩余寿命等方面显得尤为重要。

   聚氨酯涂层自然暴露和人工加速两种老化方式下的失效行为及失效机理,并对聚氨酯在人工加速环境下寿命预测的研究进行总结。

  1 聚氨酯涂层老化方法

  聚氨酯涂层的老化研究方法主要分为自然暴露老化和人工加速老化两种。例如,典型的自然暴露老化方法有海水浸泡试验、户外大气曝晒试验等;人工加速老化方法有氙弧灯老化、紫外光(UV)老化及盐雾试验等。

  1.1 自然暴露老化

  涂层在自然环境中暴露,可真实地反映有机涂层在服役条件下的老化情况,前人对此进行了大量的研究。罗来正等对海洋大气环境下聚氨酯涂层的老化行为进行研究,结果表明光降解和水降解的综合作用是导致涂层失效的主要原因。林静等采用海洋环境户外曝晒的方法研究了聚脲和聚氨酯涂层经自然曝晒 2493 d后的老化行为,试验场地选在青岛理工大学 2#实验楼楼顶曝晒场(见图1),结果表明聚氨酯涂层表面严重粉化开裂,力学性能基本丧失,而聚脲涂层仍具有较高的强度。

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  1.2 人工加速老化

  由于自然暴露老化试验周期长,且试验环境复杂,环境条件可控性和试验重现性差,无法进行单因素研究,在涂层老化研究中存在局限性,一般采用人工加速老化试验来模拟自然老化条件。 鞠涛等在干湿循环、氯盐及荷载多因素联合作用下,研究了氯离子对环氧涂层和聚脲涂层混凝土的侵蚀性能的影响,结果表明,聚脲涂层的抗氯离子侵蚀性能要优于环氧涂层。Li等对4种混凝土涂层进行紫外线和干湿循环加速老化试验,研究了涂层的抗氯离子性能,研究结果表明,涂层在紫外辐射下的氯离子渗透速度大约是干湿循环周期的两倍。 伯忠维等采用湿热、干湿循环、盐水浸泡及紫外光循环加速老化方法研究了聚脲、聚氨酯和环氧云铁 3 种涂层的耐老化性能,得出聚脲的防腐性能优于聚氨 酯和环氧涂层。 Hu等对丙烯酸聚氨酯涂层进行 UV/冷凝和氙弧灯加速老化,得出的结论是,涂层在 UV和氙弧灯作用下的降解机理一致,UV作用下涂层老化降解速率较快。 黄微波等对纯聚脲涂层UV加速老化15 000 h, 采用傅里叶红外光谱 (FTIR)、差示扫描量热(DSC) 等方法表征分析,发现老化后的涂层表面分子键断裂,而内部的分子结构稳定,涂层仍具有良好的力学性能。 张晓丽将氯化橡胶、环氧、聚脲3种混凝土涂层试样在氯盐、 弯曲荷载和干湿循环联合作用下老化 90 d,结果表明聚脲涂层的耐腐蚀性能优异。

  1.3 自然暴露老化和人工加速老化相关性研究

  研究自然和人工加速老化的相关性,可以对涂层老化环境进行更精确地模拟,对有机涂层老化机 理的研究起到推动作用。 张丹峰等根据青岛地区加速老化试验谱,对聚氨酯涂层进行紫外光、盐 雾、热冲击及低温疲劳循环加速老化试验,并与自然 老化进行对比,验证了加速试验谱的合理性。 张勇等利用湿热(相对湿度95%,温度43 ℃ ,7 d)、紫 外光(辐照强度50~ 70 W/m2,温度 55 ℃ ,2 d)、中 性盐雾(温度33~37℃,质量浓度5%±1%,80 cm2盐雾沉积量 1~2 mL/h,4 d)和酸性盐雾(温度33~37 ℃,质量浓度5%±1%,80 cm2盐雾沉积量 1~2 mL/h,加 pH=3.5~4.5的稀硫酸,3 d)对有机涂层进行周期循环老化,得出约2个周期的加速老化试验谱涂层损伤程度与自然曝晒一年等效。 骆晨等研究了聚氨酯航空有机涂层由紫外光(温度60 ℃,强度0.77 W/m2,8 h)+冷凝(温度50 ℃,8 h) 循环、周期性浸泡( 温度35 ℃,3.5% NaCl+0.25% Na2S2O8溶液,浸泡10 min 后干燥 50min)、 温度冲击(高温 150 ℃,2 h;低温-30 ℃ ,2 h)组成的户内加速试验谱,得出其与户外大气暴露老化的相关系数 ρ =0.77。崔晓飞等基于人工加速与自然老化的当量加速关系,编制了聚氨酯涂层加速老化试验谱。 他们运用附着力测试与电化学交流阻抗谱(EIS)表征涂层老化规律,得出聚氨酯涂层在60 ℃、紫外光辐照强度0.5 W/m2 加速老化167.4 h的损伤与自然曝晒1年等效。

  用人工加速试验模拟聚氨酯涂层在自然环境中的老化,能更方便地研究涂层老化机理,对涂层的重涂、维护以及预测涂层剩余寿命起到重要的作用。

  文章源自:水性树脂厂家                                   http://www.julicp.com/