聚脲防护涂层耐候老化及耐介质腐蚀性能研究

论文摘要

随着国家重点工程建设速度的加快和经济的快速发展，聚脲这种防护性能优异的材料被越来越广泛地应用于各类重要领域，因此研究聚脲在不同条件下的老化性十分必要。本文主要研究了聚脲涂层在不同养护温度条件、户外自然曝晒过程中、紫外线人工加速老化过程中以及酸碱盐腐蚀介质中浸泡后的性能变化。首先，研究了Qtech A1和Qtech A2两种不同的聚脲配方在60℃高温和23℃室温条件下的性能变化；Qtech B1和Qtech B2两种适合于低温条件下使用的聚脲涂层在15℃低温和23℃室温条件下的性能变化。研究表明，在60℃高温条件下养护2d时即可达到23℃室温条件下养护7d时的性能；60℃条件下养护7d时的Qtech A1聚脲涂层的拉伸强度和断裂伸长率比养护1d时分别增长了68.58%和20.55%；室温条件下养护7d时Qtech A1聚脲涂层的拉伸强度和断裂伸长率比养护1d时分别增长了74.07%和3.64%。在15℃条件下养护时的聚脲性能增长速度低于在23℃条件下养护时的性能增长速度，且在养护达到38d时则性能相差不大，适合低温条件下使用的Qtech B1聚脲涂层的拉伸强度分别为24.49MPa和26.19MPa，断裂伸长率分别为553.07%和537.09%。户外自然曝晒采用Qtech F1、Qtech F2和Qtech F3三种不同配方的聚脲涂层作为研究对象，主要研究了这三种聚脲涂层在户外自然曝晒中的光泽度、拉伸强度、断裂伸长率等力学性能的变化以及ATR FTIR和显微镜等微观分析。结果表明，经过270d的户外自然曝晒后的光泽度下降率分别为95.86%、79.31%和85.98%，拉伸强度的变化率分别为下降0.54%、上升0.81%和下降0.36%，断裂伸长率的变化率分别增加了5.24%、4.08%和2.40%。而ATR FTIR图谱和涂层的表面及断面的微观形貌则显示，三种聚脲涂层表面的N R键、C H的伸缩振动峰、C=O键、C N键和C O C键均发生了明显的断键和氧化现象，但是其内部结构则没有发生任何的变化。综合结果表明，在270d的户外自然曝晒后，聚脲涂层的表面发生了明显的光降解老化，但是其内部结构没有受到老化的影响。紫外线人工加速老化研究了Qtech F4、Qtech F5和Qtech F6三种不同配方聚脲涂层在4000h紫外光人工加速老化过程中的光泽度、拉伸强度、断裂伸长率的变化以及ATR FTIR和DSC变化。结果表明，Qtech F4、Qtech F5和Qtech F6聚脲涂层经过4000h的紫外光加速老化时的光泽度下降率均达到90%以上，分别为98.80%、97.70%和96.52%，全部失光；拉伸强度下降率分别为3.66%、6.13%和7.26%；断裂伸长率变化率分别为降低4.01%、升高14.60%和降低1.28%。ATR FTIR光谱和DSC的试验结果则表明其表面结构中的化学键发生了明显的断裂或者是氧化反应，但是其内部结构未发生任何的变化。聚脲涂层的耐介质腐蚀性能研究了Qtech H聚脲涂层在室温23℃和高温50℃两种那个温度下分别耐10%H2SO4、10%NaOH和10%NaCl的性能。结果表明，Qtech H聚脲涂层在室温23℃和高温50℃的10%H2SO4中浸泡60d的拉伸强度分别下降26.54%、33.65%，断裂伸长率变化分别为上升1.21%和下降1.92%；在室温23℃和高温50℃的10%NaOH中浸泡60d的拉伸强度分别下降了15.88%和20.06%，断裂伸长率分别上升2.97%和8.99%；在室温23℃和高温50℃的10%NaCl中浸泡60d的拉伸强度分别下降了17.05%和21.37%，断裂伸长率分别上升了0.88%和9.07%。在这些介质中浸泡60d后的ATR FTIR图谱显示其化学键均未发生任何水解或者化学键断裂现象，具有良好的防护性能。以上研究结果，为聚脲涂层在户外工程以及防腐工程中的应用提供了理论基础，也为今后对高品质聚脲性能的研究开发提供了可供参考的依据。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 聚脲化学原理及喷涂原理

1.2.1 喷涂聚脲的定义

1.2.2 聚脲化学反应原理

1.2.3 原料及施工设备

1.3 聚脲发展状况

1.4 国内外高分子材料老化研究现状

1.4.1 热氧老化

1.4.2 光氧老化

1.4.3 化学降解

1.5 高分子材料老化试验的主要方法及表征

1.5.1 自然曝晒试验

1.5.2 人工加速试验

1.5.3 材料失效的表征

1.6 存在的问题

1.7 研究内容

第2章实验方案

2.1 聚脲原料与制备

2.1.1 原材料

2.1.2 半预聚物的配方设计

2.1.3 半预聚物的合成工艺

2.1.4 聚脲试样的制备

2.2 力学性能

2.2.1 仪器设备

2.2.2 拉伸试验

2.2.3 硬度试验

2.2.4 光泽度试验

2.3 耐介质腐蚀

2.3.1 实验条件

2.3.2 实验装置

2.3.3 实验步骤

2.4 户外自然曝晒

2.4.1 自然曝晒条件

2.4.2 曝晒架

2.4.3 自然曝晒原理

2.5 紫外线人工加速老化

2.5.1 人工加速老化原理

2.5.2 实验标准

2.5.3 实验仪器

第3章在不同温度条件下聚脲力学性能发展规律

3.1 概述

3.2 室温和高温下的力学性能

3.3 室温与低温的力学性能

3.4 本章小结

第4章聚脲涂层耐户外自然曝晒性能研究

4.1 概述

4.2 光泽度

4.3 力学性能

4.4 ATR FTIR 分析

4.5 显微分析

4.6 本章小结

第5章聚脲涂层耐紫外线人工加速老化性能研究

5.1 概述

5.2 光泽度

5.3 力学性能

5.4 ATR FTIR 分析

5.5 DSC 分析

5.6 本章小结

第6章聚脲涂层耐介质腐蚀性能研究

6.1 耐 10%H2SO4性能

6.1.1 常温（23℃）浸泡

6.1.2 高温（50℃）浸泡

6.1.3 ATR FTIR 分析

6.2 耐 10%NaOH 性能

6.2.1 常温（23℃）浸泡

6.2.2 高温（50℃）浸泡

6.2.3 ATR FTIR 分析

6.3 耐 10%NaCl 性能

6.3.1 常温（23℃）浸泡

6.3.2 高温（50℃）浸泡

6.3.3 ATR FTIR 分析

6.4 本章小结

第7章结论及有待进一步研究内容

7.1 结论

7.2 有待进一步研究内容

参考文献

研究成果及发表的学术论文

致谢

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