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PPG-1000 的用量对聚氨酯底层涂料性能的影响

文章来源:2016聚氨酯年会 添加时间:2019-02-14
刘 波 张成彬 王 鹏 李 夏 张 均 姜志国 *
(北京化工大学材料科学与工程学院 北京 100029)
摘 要:研究了聚氨酯底涂涂料中的羟基组分 PPG-1000 的用量对底涂涂层各项性能的影响,着重分析 PPG-1000 用量的变化对粘接强度和剥离强度、亲水性、耐腐蚀性能的影响。结果表明,实验范围内随着PPG-1000用量的增加,剥离强度下降较为明显,底涂涂层的亲水性增加,涂层耐腐蚀性能下降。
关键词:聚氨酯;防腐;底涂;聚氧化丙烯二醇;聚醚多元醇
海洋是一种复杂恶劣且具有一定腐蚀性的环境,但海洋中蕴含着丰富的资源,开采这些资源就必须借助设备工具 [1],为了解决海洋环境对设备的不利影响、隔绝海水对各种设备的腐蚀、提高设备的使用年限,研究者设计了多种途径,其中设备防腐展现了较为重要的作用 [2-3]。现阶段,设备防腐主要采用电化学防护和涂层保护等途径,其中涂层防护是更经济且常用的手段 [4-5]。
本实验结合之前对多层防腐体系的研究 [6-7],针对体系中的底涂层,通过改变聚氨酯底涂涂料中的羟基组分 PPG-1000 的用量,着重研究其对底涂涂层各项性能的影响。
1 实验
1.1 主要原料及测试仪器
原料:聚醚多元醇(PPG-1000,M n=1000;PPG-2000,M n=2000),工业级,廊坊开发区斯科瑞聚氨酯有限公司; 粗 MDI,工业级,万华化学集团股份有限公司;气相白炭黑(SiO2),石家庄高宗硅制品有限公司;二月桂酸二 丁基锡,分析纯,常州市武进东湖化工原料有限公司;1,4- 丁二醇( BDO),分析纯,天津市福晨化学试剂厂; 二氯甲烷、乙酸丁酯,分析纯,天津市光复精细化工研究所;碳酸钙粉末、氢氧化钠,分析纯,北京化工厂。
测试仪器:平板硫化机,XLB-D400 型,常州市第一橡塑设备有限公司;材料万能试验机,XWW-20A 型,承德金建检测设备有限公司;视频光学接触角测量仪,OCA20 型,德国 Dataphysics 公司;电子天平,AL204 型,梅特勒托利多;精密增力电动搅拌器,JJ-1 型,江苏金坛荣华仪器有限公司;循环水式多用真空泵,SHB-III 型,郑州长城科工贸有限公司;电热恒温鼓风干燥箱,DHG-9023A 型,上海一恒科技有限公司;实验用密封罐、玻 璃仪器等。
1.2 合成及制样
1.2.1 A 组分的制备
将经过称量的 PPG-1000 加入到带有搅拌器、温度计和抽真空设备的三口烧瓶中,在 100 ~110 ℃下抽真空脱水 1~2 h,然后降温至室温后,依次加入 BDO、白炭黑、催化剂二月桂酸二丁基锡、碳酸钙粉末、二氯甲烷和乙酸 丁酯等实验助剂,混合 1 h,在氮气保护下出料包装,得到 A 组分。
1.2.2 B 组分(预聚体)的制备
将PPG-2000按计量加入到带有搅拌器、温度计和抽真空设备的三口烧瓶中,在100 ~110 ℃下抽真空脱水1~2 h,然后降温至室温后,加入粗 MDI,缓慢升温反应搅拌 2 ~ 3 h,测定 NCO 含量,达到或接近理论值时,便可降温 加入乙酸丁酯,混合 0.5 ~ 1 h,在氮气保护下出料包装,得到 B 组分。
1.2.3 底涂的制备
将 A 组分、B 组分按照一定的比例加入到烧杯中,快速混合搅拌 1 min 左右,得聚氨酯底涂料,用于粘接试验或浇注成薄片进行性能测试。
1.3 样品测试方法及标准
预聚体异氰酸酯基含量的测定按 HG/T 2409—1992 的方法测定。
聚醚多元醇羟值的测定按 GB/T 12008.3—2009 的方法测定。
样品粘接强度的测定按 GB/T 16777—2008《建筑防水徐料试验方法》中的粘接强度 B 法测定。
样品剥离强度的测定按 GB/T 2791—1995 的方法测定(试样尺寸:长 200 mm,宽 25 mm;测试速度 100 mm/min)。
底涂涂层固化物的接触角利用接触角测量仪 OCA20 采用视频光学法进行测定。
底涂固化物耐碱性试验质量损失率计算方法:通过碱解实验测定底涂的耐腐蚀性能,将聚氨酯底涂涂刷在四氟板上制备聚氨酯底涂薄膜,裁切薄膜上较为均匀的部分 0.02 ~ 0.04 g 并记录质量,将其置于含有 1 mol/L 氢氧 化钠溶液的密封罐中,120 ℃下碱处理 8 h 后,将样品取出并用足量的蒸馏水洗涤,之后转移入干燥箱内,完全 干燥后取出冷却至室温后再称量样品质量,通过计算式 x =[( m 1m 2)/ m 1]×100% 计算出质量损失率 x,m 1 是底涂样 品碱处理前的样品质量; m 2 是底涂样品碱处理后的样品质量。
粘接性能:测试底涂在 "8" 字形水泥砂浆块上会固化样的拉拔粘接强度和涂覆在聚脲表面后的剥离强度。
2 结果与讨论
实验设计R值为1.15,重点研究A 组分中PPG-1000 的用量对于底涂性能的影响,通过调PPG1000 与 BDO的比例,合成了 PPG-1000 的质量分数分别为 16%、18%、20%、22%、24% 和 26% 的一系列底涂样品,通过对聚氨酯底涂不同性能方面的测试,分析 PPG-1000 的用量变化对材料性能的影响。
2.1 PPG-1000 的用量对粘接性能的影响
PPG-1000 的用量对水泥砂浆拉拔粘接强度以及在聚脲表面的剥离强度的影响如图 1 所示。

由图 1 可知,随着 PPG-1000 添加量的增加,底涂的粘接强度先下降后提升,但整体波动幅度不大;同时,底涂的剥离强度变化比较明显,数值逐渐降低且变化幅度越来越小。这是由于本实验的底涂配方采用的是一种双组 分聚氨酯涂层,设计配方中的 R 值大于 1,即混合均匀的底涂涂料中含有多余的异氰酸酯基,游离的异氰酸酯基会结合空气中的水分,产生出二氧化碳形成氨基,之后还可以进一步反应,生成脲基等,使涂膜的交联密度上升,故在当前实验设定 R 值为定值的情况下,PPG-1000 的用量对粘接强度的影响并不明显。反观剥离强度,为了增加 PPG-1000 的用量,必然导致体系中 PPG1000 与 BDO的比例上升,使得体系中的软段含量增高、柔性变大,故在 PPG-1000 的用量增加时,剥离强度逐步下降。
2.2 PPG-1000 的用量对底涂涂层亲水性的影响
本实验利用测试底涂涂层的接触角来评价底涂 涂层亲水 - 疏水性。接触角较大时,涂层表现出了较强的疏水性,即样品不易被水润湿、渗透;反之,亲水性好的涂层测得的接触角较小,容易被水侵蚀。PPG-1000 的用量 对底涂涂层接触角的影响如图 2 所示。

由图2 可知,随着底涂涂层料中 PPG-1000 用量的逐渐增加,水对底涂涂层的接触角随之减小,即底涂层的疏水性逐渐减小、亲水性增加。这是由于,随着PPG-1000 与 BDO用量的调整,体系的硬段含量降低,PPG1000 用量逐渐增加,当遇水浸泡时,长链聚醚可以更容易的同水分子形成氢键,由此表现出突出的亲水性。
2.3 PPG-1000 的用量对底涂耐腐蚀性的影响
在三层防腐体系中,底涂涂层是最后一层防腐涂层,海水环境复杂多变,虽然底涂涂层有中涂层和面涂涂层保护,但仍有可能会接触到海水,故实验通过设计的碱解实验,测试样品的质量损失率来评价聚氨酯底涂涂料的 耐腐蚀性能,测试结果如图 3。

由图3 可知,随着 PPG-1000 添加量的逐渐增加,聚氨酯底涂涂料的薄膜样品在经过碱解实验后的质量损失率逐步上升,并在 PPG-1000 的质量分数在 24%到 26%间出现突增。这是由于随着 PPG-1000 用量的增加,助剂 使用量的相对比例减少,材料亲水性增大,在海水环境下水等腐蚀介质更加容易渗透到底涂层,使底涂层更易被周围环境分解。
3 结论
(1)实验证明,在本实验的双组分聚氨酯防腐底涂涂料中,PPG-1000 作为配方中的一种关键材料,其用量对底涂涂料的剥离、亲水性和耐腐蚀性能有显著影响。
(2)在实验选取范围内,随着PPG-1000用量的增加,相比底涂涂料的剥离强度逐渐下降且变化幅度越来越小,粘接强度先下降后略微提升,但整体波动幅度不大;涂层逐渐表现为更加亲水,致使底涂涂料耐腐蚀性能下降。
参  考  文  献
[1]   谭志雄,孙红伟,胡立伟,等.海水淡化工程技术及应用 [J].人民珠江,2010,31(S1):66-69.
[2]  刘登良,赵君.海洋重防腐涂料及涂装体系现状及发展趋势 [J].中国涂料,2014,29(1):19-22.
[3]   阎明久.海洋重防腐涂料的发展与成熟化思考 [J].涂料工业,2001,31(6):44-48.[4]   阮国岭,冯厚军.国内外海水淡化技术的进展 [J].中国给水排水,2008,24(20):86-90.
[5]   金晓鸿.防腐涂料及涂装技术 (II)[J].材料开发与应用,2001,16(2):39-45.
[6]   郭辰,员荣平,田齐芳,等.海水淡化工程用聚氨酯 - 脲防腐涂料 [J].聚氨酯工业,2014,29(4):35-38.
[7]   王宝柱,黄微波,陈酒姜,等.喷涂聚脲超重防腐涂层的应用 [J].聚氨酯工业,2004,19(6):30-33.
Effect of PPG-1000 Content on the Properties of Polyurethane Under Coating
LIU Bo,ZHANG Chengbin,WANG Peng,LI Xia,ZHANG Jun,JIANG Zhiguo
( College of Materials Science and Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China )
Abstract: The effect of PPG-1000 content on the properties of the self-made under coating were studied,focused on the effect of PPG-1000 content on bonding strength,peel strength,hydrophilicity and corrosion resistance.The results showed that,with the increase of PPG-1000 content,peel strength decreased obviously.Hydrophilic property of under coating was increased and corrosion resistance decreased.
Keywords: polyurethane;anticorrosive;under coating;polyoxyethylene glycopolyether polyol
作者简介:刘波   男,1992 年出生,硕士研究生,主要从事聚氨酯涂料及胶黏剂研究。 * 通信联系人:姜志国 男,1965 年出生,工学博士、硕士生导师,长期从事特种功能性聚氨酯材料研发、改性以及特种极限应用研究。

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