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喷涂聚脲弹性体耐介质性能分析

喷涂聚脲弹性体技术是国外近10年来继高固体分涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低污染技术之后为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、低污染的绿色技术。与传统涂料相比,喷涂聚脲弹性体具有对水分、湿气不敏感,施工时不受环境温度/湿度的影响;固化速度快,涂料边角保持率高;无溶剂,一次施工厚度范围可以从数百微米到数厘米,材料连续、致密、无接缝、无针孔;优异的理化性能,如拉伸强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化等优点。因此,喷涂聚脲弹性体在管道、石化、电厂等防腐领域获得越来越广泛的应用[1]。但是,在一些苛刻的条件下(如强酸、强碱、高温),如选择使用了不合适的聚脲弹性体,材料仍可能被破坏。有关喷涂聚脲弹性体材料的应用领域、施工性能、物理性能等方面的介绍, ,但对于聚脲材料的耐酸/碱性能、耐溶剂性能、耐高温性能方面鲜有报道。研究了扩链剂、异氰酸酯、硬段含量对聚脲耐介质性能的影响,确定了普通芳香族聚脲弹性体可承受的耐化学介质程度和可承受的温度范围,同时也测试了部分弹性体常规的物理性能。

1实验部分

1.1主要原料

聚醚二元醇PolyGò20-56:羟值56mgKOH/g,美国ARCH化学公司;MDI-100(当量125,4,4′-MDI≥99%)、MDI-50(当量125,2,4′-MDI≥50%)11.2.组分的制备

将一定量的多异氰酸酯投入装有搅拌器、温度计、加料口和氮气入口的反应釜中,加热至50~60℃,然后加入聚醚多元醇,温度保持在70~80℃,反应3~4h后出料,第二天测定―NCO含量。

1.2.B组分的制备

将脱水后的颜填料、助剂以及适量的氨基聚醚在三辊机上研磨。将研磨好的浆料投入反应釜中,加入剩余的胺基聚醚及扩链剂,混合均匀后出料,用200目筛网过滤后待用。

1.2.3喷涂设备及工艺参数

实验所用的喷涂设备是美国Graco公司生产的EXPII主机和FusionòAP喷枪。主要喷涂工艺参数为:静压,50~60kg/cm2;物料温度,60~70℃;体积比1∶1。

 

2.1扩链剂对聚脲弹性体耐化学介质的影响

扩链剂Unilinkò4200特有的空间位阻结构及仲胺基,能够有效地降低A、B两组分的反应程度,使得喷涂聚脲弹性体在与底材的附着力、外观质量、节省原料消耗等方面,都表现出十分理想的效果,因此该原料在喷涂聚脲弹性体配方中应用越来越普遍[5]。表1为Unilink4200ò不同含量时的喷涂聚脲弹性体配方。

 

表1不同Unilinkò4200含量的喷涂聚脲弹性体配方

 (1)表中用量均为质量分;(2)样片制备方法按“HG/T3831―2006喷涂聚脲防护材料”标准进行。

将A、B、C、D4种聚脲弹性体浸入丙酮、ASTM油(IRM903)和乙二醇中,分别浸泡1天、3天、7天和21天。浸泡到所需时间后,将样片取出,测试其拉伸强度,其结果见图1。由图1分析表明:四种聚脲弹性体在丙酮中浸泡1天后,拉伸强度便大幅度降低。扩链剂全部采用Unilinkò4200的弹性体(D)下降更为剧烈。ASTM油(IRM903)对四种聚脲弹性体的拉伸强度几乎没有影响。乙二醇对含有Unilinkò4200的聚脲弹性体(B、C、D)有轻微的负面影响,对不含Unilinkò4200的聚脲弹性体(A)的拉伸强度没有明显影响。

 

图1 溶剂对聚脲弹性体拉伸强度的影响

2.2异氰酸酯对聚脲弹性体耐介质性能的影响

芳香族喷涂聚脲弹性体常用的异氰酸酯为MDI、LMDI和MDI-50,它们对喷涂聚脲弹性体的凝胶时间、物理性能有明显的影响[6-7]。表2设计了MDI-50不同含量、不同官能度的聚脲弹性体配方。

2.2.1聚脲弹性体的耐高温性能

在防腐的应用领域,温度是十分重要的影响因素,因此研究聚脲材料的耐温性能是十分必要的。聚脲弹性‘体在一定温度下应用,必须保证其在该温度下保持很好的力学强度,这样才能保证底材不受外界介质的破坏。选择了E和G两种弹性体进行高温力学性能的测试,其测试结果如图2、图3。

 

表2不同异氰酸酯的喷涂聚脲弹性体配方

注:表中用量均为质量分。

 

图2温度对聚脲弹性体拉伸强度的影响

 

图3温度对聚脲弹性体断裂伸长率的影响

由图2、图3可知,所有的弹性体在70℃以下都能保持良好的拉伸强度和伸长率,在高温下官能度较高的聚脲弹性体E的拉伸强度、断裂伸长率的保持率比两官能度的聚脲G要好。如果聚脲弹性体持续暴露在高温下,必须研究长时间的高温对聚脲弹性体性能的最终影响。把E和G两种聚脲弹性体均放入4种温度的烘箱中,烘箱的温度分别是200℃、175℃、150℃和120℃,测试温度对聚脲物理性能的影响,结果见表3。

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