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聚氨酯防腐涂料研究进展

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Coatings Review 聚氨酯防 腐涂料研究进展 : Research r0gfeSS of P0 Jy let卜larl镑Antic,:orfo,sive C,oatingS 金志来,杨建军,张建安,吴庆云,吴明元 (安徽大学化学化工学院与安徽省绿色高分子材料重点实验室,合肥2 3003 9) 一 一 的缘故。因此,人们将含氟涂料大量用于工农业防腐材料。 摘要:主要从原料和合成工艺两个方面介绍了含 研究还表明,合理的含氟聚氯酯涂装体系在军用雷达的重 防腐中效果明显优于丙烯酸聚氨酯等其他涂装体系 。田 氟、环氧、纳米、互穿网络以及玻璃鳞片型等多种 聚氯酯防腐涂料。对它们的性能及其研究进展进行 军等 将三聚氰胺氰尿络合物(MCA)、金属氧化物填料和经 过“ Co一^,射线处理的聚四氟乙烯(PTFE):按比例混合于酮和 芳香烃组成的混合溶剂中研磨,然后加入聚氨酯树脂成涂 料。在2个氮气压力下,将涂料喷涂于干 争的碳钢底材上, 室温固化72 h%J得耐腐蚀性聚合物膜。实验研究表明,随 涂料中PTFE含量的增加,表面聚四氟乙烯的聚集程度增 了简要的阐述,并对防腐涂料未来的发展趋势进行 了展望。 关键词:聚氨酯;防腐涂半斗;进展 0引言 大。PTFE含量小的涂料,其涂层表面为孔状结构,当涂料 材料腐蚀是全世界面临的一个严重的问题。腐蚀不仅 中PTFE含量增加时,涂层表面呈片状结构。并且涂层的表 消耗了宝贵的财富,而且破坏了生产生活等许多活动的正 面能各分量与聚四氟乙烯材料的值相近,它与水的浸润热  常运行。据资料报道,全世界每年因腐蚀而造成的经济损 为负值,涂层开始与水浸润时,润湿不是一个自发的过程。失大约为7 000亿美元,约为地震、水灾、台风等自然灾 其需要外界的能量涨伏和浸润时间,才能形成自发的润 害总和的6倍。占各国国民生产总值的2%~4%。因此,寻 湿。可见,涂层表面具有很强的疏水性质,因而该涂层具 找合适的方法防止材料的腐蚀对于创建资源节约型社会 有良好的耐腐蚀性。钟萍等 运用含氟丙烯酸树脂,选择 来说具有科学意义。防止金属腐蚀的方法很多,如金属选 合适的颜料、溶剂、助剂设计出一种含氟聚氨酯涂料。检 材、阴极保护、采用金属保护层、采用缓蚀剂及采用防腐 测了含氟丙烯酸聚氯酯涂层的物理机械性能和耐候、耐 涂料等。其中防腐涂料保护的方法由于其选择范围广、适 蚀、耐盐雾等性能。实验结果表明 含氟丙烯酸涂层具有 应性强、施工方便、对施工对象的形状和尺寸少、经 优异的耐候、耐盐雾和耐化学介质侵蚀等性能,能起到长 济实用等优点而在各种防腐方法中占有绝对优势。防腐涂 效防腐耐候的作用。该涂料适用于船舶、汽车、飞机、桥 料除了要有一般涂料的共性之外,还必须对腐蚀介质稳定 梁、墙体、房顶、栏杆、路标、集装箱、海洋设施等金属  并具有良好的抗渗性及优良的电绝缘性。由于防腐涂料具 和非金属材料的长效防腐,拓展了氟碳涂料应用领域。有上述特性,故它不仅是机械地把腐蚀介质与金属表面隔 离分开,而且还由于成膜物质的性质以及使用的颜料、填 料、各种助剂等多方面的因素,使防腐涂料具有物理和化 2环氧改性防腐涂料 环氧树脂具有高模量、高强度、优良的附着力和低收 学的保护作用。在各种防腐涂料中聚氨 ̄iH(PU)涂料是十分 缩率;对水、中等酸、碱和其他溶剂有良好的耐蚀性、耐  优良的一种…。本文对当前聚氢酯防腐涂料的研究状况进 化学性好等优点,并可直接参与水性聚氦酯的合成反应,行了简要的阐述。 提高水性聚氨酯涂膜的综合性能 。因此环氧树脂也被广 泛用于水性聚氨酯的改性以提高涂料的耐腐蚀性。Eram 1含氟防腐涂料 Sharmin等 ,用冰醋酸和双氧水将亚麻仁油和水黄皮籽油 聚四氟乙烯、全氟烃、全氟醚等具有极强的耐腐蚀性, 进行环氧化,制得了环氧树脂。再将上述产物继续羟基化 几乎不受任何化学试剂的腐蚀,曾一度被人们称之为塑料 后与异氰酸酯反应制得了两种聚氨酯。实验将其分别涂覆 5%(质 王。这主要的是C—F键的键能大,使得含氟化合物很稳定 在经过处理的低碳钢钢板上,待其干燥后分别浸入3.叠 _ 掰 密 Coatings Review 量分数)Nac]、5%(质量分数)Hc]、水和甲苯中进行抗腐蚀剂测试,结果表明,二者均具有较好的耐腐蚀性,其中亚麻 4互穿网络结构防腐涂料 互穿网络聚合物(IPN)是一类新型的“高分子合金”材 仁油型聚氨酯的耐腐蚀性要好于水黄皮籽油型聚氨酯。周 料。其最大特点是采用了特殊的制备方法,理想地将两种 小勇等 以弹性聚氨酯和环氧树脂为复合基料,合成了弹 不相混容的聚合物通过网络互相穿插,互相缠结,强迫相 性强、低温施工性好、耐候、耐水、耐酸碱、耐骤冷骤热、 耐化学品优异的防腐涂料。研究表明,该涂层在40 cC下, H ̄,SO 、40%Na0H中浸泡30 d后无皱皮、不起泡、不脱落。 容。而原聚合物既具有记忆能力,不失去原有特 又具 有协同作用,以强补弱,甚至获得其他聚合物无法比拟的 重视。据文献统计表明,在IPN的研究领域中,最活跃的品 5%的盐水中浸泡30 d涂膜无明显变化;分别在20%HCI、20% 优异性能。所以对IPN材料的研究与开发,世界各国都颇为 李翠景等 用环氧树脂、甲苯二异氰酸酯(TDI)与三羟甲基 种之一是聚氨酯的IPN。主要原因是聚氨酯原料的种类多, 丙烷(THP)的加成物作固化剂制成的防腐蚀涂料,既具有环 另外聚氯酯中既含有羰基又含有氨基,,Wl,X{ ̄Slf=5#74性基 氧树脂的高附着力、高强度、低收缩率、耐化学品性和防 团相互作用形成氢键等,有利于网络的互穿,提高彼此 腐性,又具有聚氨酯的优良柔韧性、耐磨、耐油、高丰满 的相容性 用这种方法制得的聚合物材料不仅有良好的 。度、耐老化性能和成膜性能。该涂料同时又具有良好的耐 ;8@-性能,还具有良好的抗腐蚀性能。 热水煮沸和低温固化性能,可以作为金属污水贮罐、贮槽、 袁俊霞等 采用IPN方法用丙烯酸树脂、聚丙烯腈、 -,管道、混凝土贮池和化学贮罐的内防腐及热力管道的内外 聚苯乙烯对蓖麻油聚氯酯进行共混改性,研究了改性后聚 防腐蚀涂料。 氨酯的耐化学腐蚀性、耐磨性、柔韧性等。结果表明 制 3纳米复合防腐涂料 但质地较脆,附着性较差等性能。用丙烯 应、体积效应、量子效应等,引起了科学工作者的广泛兴 酸酯聚氨酯对其改性形成了互穿网络(IPN)结构聚合物, ,,由于纳米粒子具有许多特殊的性质,如表面尺寸效 的防腐蚀性能喜善霍 嚣 ,趣。同样,它在改性聚氯酯方面也产生了良好的效果。M.C. 提高了涂层的柔韧,I ̄'E#nFf1 ̄性,同时保持其优良的防腐蚀 Saha 等将球状的纳米T10 、片状的纳米粘土、以及棒状的 性能。文中讨论了IPN形成过程中两种交联反应时间的匹配 纳米纤维用来改性聚氯酯泡沫。实验发现,所有实验中, 仅仅加入1%厝量分数的纳米 子就可l 停 合 的执 方法和丙烯酸酯聚氦酯用量对涂料性能的影响,并比较了 十年前后的 料,件厶匕 章聆研窑嘉明。 桌 十年的 瞄树 学性能和机械性能大大提高。有学者研究发现纳米粒子还 脂涂料相比,IPN涂料的抗冲击性、柔韧性、干燥时间、附 可以用来提高聚氨酯的防府性能。 着性等指标均有较大幅度提高,综合性能更好。因此大大 杨立红等 研究了纳米氧化锌的加入量对涂层抗介 拓宽了其应用领域。沈人杰等 采用原位插层聚合与聚合 氧 质渗透能力的影响。他以添加不同颜基bL(P/B) ̄9聚氨酯涂 物互穿技术相结合,制备了有机蒙脱土改性的聚氦酯罔 PU/EP)互穿网络复合材料。研究了有机蒙脱土改性 层作为研究对象,利用电化学阻抗谱方法、结合涂层电阻 8 ̄R(与涂层特征频率分析、盐雾试验、表面形貌观察等评价涂 层的防腐蚀¨生能,由此确定最佳添加量并与普通作为颜料 的聚氦酯涂层的防护1生能进行对比。结果表明,添加量为 P/B=0.3的纳米复合涂层,颜料分布均匀适中,具有最佳电 化学及耐盐雾性能。纳米复合涂层的抗介质渗透能力明显 优于普通涂层,其原因是纳米材料独特的表面效应使其致 密性有所提高。Y W Chen—Yang… 等先用双十二烷基二甲基 PU/EP复合材料的防腐性能,实验表明,加入填料有机蒙脱 土可提高PU/EP复合涂层的防腐陛能,同时由于在环氧树脂 与聚氨酯互穿网络结构中存在机械缠结、网络相互贯穿、 两相相容、均匀分散等微观结构,而PU(20%)/EP具有较好的 微观网络结构,此时自由体积/J、,水、氧或离子等进入困 难,从而延缓了电化学腐蚀的发生。SM.Krishnan 。 将由 环氧树脂、聚氦酯、丙烯酸酯三者构成的互穿网络涂料、 环氧一丙烯酰胺底漆、聚氯酯面漆分别涂在经过处理的钢 澳化铵{n4,4 二氦基二苯基甲烷对蒙脱土进行改性,然后 材表面,然后在自然条件、酸雾、海水等环境下进行耐腐 将其加入适量的聚丙二醇、l,4一丁二醇{n2,4一甲苯二异氰 蚀1_生比较。结果发现经过上述互穿网络涂料涂覆的钢材, 酸酯中进行插层聚合制得了两种纳米改性聚氨酯。实验用 即使在有一定水深度划痕的条件下,也能在海水中放置24 塔菲尔法研究了聚合物的防腐性能,结果表明,纳米粒子 个月而不生锈。除此之外,还发现该涂料既可作防腐涂料 的加入量为2%时,改性聚氦酯的防腐性能较纯的聚氨酯有 的底漆也可以作为面漆,并且耐紫外线的能力比脂肪族聚 了较大的提高。 氨酯还要强。 Coatings Review 5玻璃鳞片型防腐涂料 该涂料良好的耐水性和耐盐酸酸雾的性能。王金伟等 通 玻璃鳞片涂料是一种高固体重防腐蚀和超重防腐蚀 过氨基硅油与异氰酸基封端的低聚物共聚合成了氨基硅 涂料,玻璃鳞片涂层的抗腐蚀性及抗渗漏性极佳,防护寿 油改 12@聚氨酯。实验研究表明,在同样的盐雾试验环境 命长达20年。美国Owens—Corning Fiberglass公司最初于 下,氨基硅油改性聚氨酯涂层对铜片表面的防腐蚀性能明 l 957年就发表了制造玻璃鳞片材料专利,同年对玻璃鳞片 显优于单一的聚氨酯涂层。此外,在盐雾试验进行时,观 用于树脂涂料、玻璃钢、胶泥等进行了研究并且将其作为 察以氦基硅油改性聚氯酯为涂层的铜片表面,铜片表面的 防腐蚀材料用于设备衬里。我国的一些科研单位也于20世 水滴为球状。产生这一现象的原因是改性聚氨酯中含有疏  ̄ff80年代中期开始研究玻璃鳞片及玻璃鳞片涂料,并且得 水性的硅油,其表面自由能低,能有效地阻止腐蚀Il生物质 _到了比较广泛的应用 7]o 体隔离,但涂层通常均存在孔隙,包括涂料的结构孔隙, 与基材的接触。Trinh Anh Truc等 用含长链的十三烷基 二者的混合物合成了三种紫外光固化的聚氯酯防腐涂料。 涂料作为防腐蚀的最简单的方法,就是要使介质与基 磷酸酯、含不饱和链的甲基丙烯酸氧化乙烯磷酸酯,以及 以及涂料在固化过程中溶剂挥发后所形成的空隙。尽管在 实验中将涂覆过上述涂料的钢材分别浸入0.1 mol/L的NaCl 施工中,通过增加涂装遍数,来减少开孔的数量,但不能 溶液中,结果表明,纯的聚氦酯涂料在10 d后腐蚀现象大 使所有的孔隙都形成闭孔。由于涂膜能耐受与其接触的介 大加剧,而经过上述三种物质改性的涂料约在20 dz内不 质腐蚀,但不能抵制介质的扩散,这种现象所有涂料都存 会出现明显的腐蚀现象。G W Warren 等将2,4二甲氨基对 在,也就是说,要想延长防腐蚀时间,必须增加介质通过 苯二醌加入到聚氯酯徐料中。研究结果表明,对苯二醌的 涂膜的扩散时间,玻璃鳞片涂料就能达到这样的效果。徐 加入可以较大辐度地提高涂半斗的防腐性能,这主要是因为 料中加入经过处理的玻璃鳞片可以改变涂膜的结构,鳞片 对苯二醌属于富电子化合物,具有一定的还原性,其中的 在涂膜内部相互平行且重叠排列,不仅把徐层分割成许多 不定域电子可以与金属氧化物作用,以防止金属氧化反应 小的空间而大大降低涂层的收缩应力和膨胀系数,而且能 的发生。 形成防止介质扩散的屏障,迫使介质迂回渗入,延长介质 渗透扩散到基体的时间,从而增大涂膜的抗渗性能及机械 7结语 强度,达到延长基体防腐时间的目的 …。田小妹等 采用 近年来,聚氨酯防腐涂料因其卓越的 I'A ̄B得到了快速 环氧基硅烷作为偶联剂对玻璃鳞片进行处理后,将其加入 的发展,研究者制备出了不同性能且可以适应不同环境的 聚氨酯树脂作为填料,制得了玻璃鳞片聚氦酯防腐涂料。 涂料。从以上防腐涂料种类可以看出,环氧型和互芽网络 从玻璃鳞片表面扫描电镜照片分析可知,经偶联处理的玻 结构的防腐涂料可以用于室内等对防腐程度要求不高的 璃鳞片涂料表面致密、平整,具有薄片结构,且鳞片在涂 场合;而含氟涂料和玻璃鳞片涂料则可以用干工程、雷达 膜中平行排列,似层层叠瓦,起到了阻滞介质渗透的作用, 等重防腐领域,经纳米改性的涂料能大大提高了涂料的力 封闭性强,因而该涂料具有良好的防腐效果。而未经处理 学性能和抗介质渗透能力,可以用于大多数场所。同时, 鳞片在涂料中排列不规则,横竖不平,介质容易渗透底材。 它们自身也存在一些缺点,如含氟涂料、纳米涂料成本较 耐电压击穿试验表明,Pu树脂玻璃鳞片涂料抗电压效果优 高,而玻璃鳞片涂料中的玻璃无机材料与有机树脂相容性 于其他树脂的玻璃鳞片涂料。该涂料的整体性能也优于环 不好,处理起来也比较困难等。因此,如何将它们各自优 氧沥青玻璃鳞片涂料、日本富土富丽克鳞片涂料、乙烯基 异的性能得以整合而制备出复合型涂料可能是今后发展 酯玻璃鳞片等涂料。 的方向。相信随着科学工作者的不断努力,会有更高性能、 6其他类型防腐涂料 由于纳米粒子成本较高,使其广泛应用受到,而参考文献 氟树脂和环氧树脂具有良好的1l生能,所以聚氨酯防腐涂料 [1]朱金华,文厌珍,张宝真・聚氨酯防腐涂料综述[J]・海军工 下面将其他类型的防腐涂料作类: 拳 芝 . pla4:7 ̄J 简要的介绍。袁立新等 应用[J 一薹 .2 3(3…)在军用雷达重防腐中的 …一…… :53- 55.采用环氧601树脂和自制低相对分子质量有机硅树脂进行 [3]田军周兆福,薛群基.聚氦酯/聚四氟乙烯耐磨防腐涂层表 共缩合反应制得环氧树脂改性有机硅树脂,并以此改性:树 面结构的研究【J]腐蚀币斗学与防护技术,1997,9(3):182一 ,脂为基料,加入颜料、功能性填料、叻剂等研制出耐高温 186. 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