船底用聚氨酯-沥青防锈涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 　金属生锈是金属最普遍、最大的一种损失。古往今来,人们研究出了多种措施和方法防止或抑止金属的锈蚀。实践证明用涂料防锈是一种有效的抑止金属锈蚀的方法。船舶涂料用量甚大,它是发展航海事业必不可少的配套材料,早已引起世界各国的注目。船舶涂料不仅对船舶具有保护、装饰作用,而且它关系船舶的使用效率和寿命,是提高舰船战斗力的重要材料。船底防锈涂料是涂刷在舰船水线以下,长期浸在水下船底部位的一种专用船舶涂料。由于船舶的船底部位长期处于腐蚀性的海洋环境中,其性能要求比陆上苛刻得多;且由于舰船在使用期间无法维修保养,因此要求船底涂料具有优良的耐水性、防锈性,还必须具备长期保护的性能要求,在长期浸水和水流冲击下,涂膜不起泡、不脱落。近几十年来,随着几十万吨超级油轮、海上石油钻采平台、深水码头钢桩的大量出现和迅速发展,许多长效高性能涂料也相继问世。目前,我国国产船底防锈涂料品种有沥青系防锈涂料、氯化橡胶及氯化橡胶-沥青防锈涂料、环氧-沥青防锈涂料。国外已开发了聚氨酯-沥青防锈涂料。而国内还未有详尽的资料叙述。聚氨酯-沥青防锈涂料是继环氧-沥青涂料之后较新的品种。它是由芳香族多异氰酸酯与多元醇聚醚以及煤焦沥青和防锈颜料等配制而成的。它在-19 ℃下也能固化成膜,涂膜不易发脆,弥补了环氧-煤焦沥青涂料不能低温固化的缺陷。此外,聚氨酯涂膜还具有高的耐磨性和韧性,涂膜的附着力强,具有优良的耐化学药品性,耐酸、碱、盐液,因此可作为船底优良的防护涂料。我国的海疆辽阔,且纬度跨度大,0 ℃以下也能正常固化的聚氨酯2沥青防锈涂料对我国的航海事业及武器、装备现代化具有重要的意义。因此开发研制聚氨酯2沥青防锈涂料是非常必要的。1 　实验部分111 　聚氨酯预聚体的合成聚氨酯是指大分子链中含有氨基甲酸酯基的一类高分子化合物。它是由多异氰酸酯(主要是二异氰酸酯) 与多元醇(包括端羟基聚酯和端羟基聚醚) 经逐步加成聚合反应而制成的。本实验所用多异氰酸酯为二异氰酸甲苯酯(TDI) ,多元醇为蓖麻油和端羟基(聚醚) 聚四氢呋喃(PTHF) 。(1) 蓖麻油醇解蓖麻油是农副产品,在涂料工业中被广泛应用。蓖麻油与甘油按1∶0148 (mol 比) 进行酯交换后的产物为蓖麻油双甘油酯和蓖麻油单甘油酯,羟值在150～165 之间。醇解后的产物不仅增加了交联密度,且由于产物中伯羟基含量的增加,提高了产物的反应活性。将蓖麻油与甘油按1∶0148 (mol 比) 投料进行醇解。以PbO 为催化剂,其用量按每公斤原料加铅0104g 计。在240 ℃醇解2h 后,冷却至60 ℃,加入二甲苯共沸脱水,得溶液备用。测其羟值为158。(2) 聚醚脱水在装有搅拌器、温度计、分馏头的磨口三口烧瓶中,加入PTHF ,加热升温,温度达90 ℃时,启动真空装置,在95 ℃5 ℃,真空度0105MPa 条件下脱水2～3h ,去掉真空装置。降温至40 ℃,出料,物料置于密封容器中保存,以避免吸收空气中的水分。(3) 合成聚氨酯预聚体在磨口三口烧瓶中,加入蓖麻油醇解物和脱过水的PTHF ,水浴加热升温,开动搅拌器。同进,开始滴加TDI ,注意滴加速度不能过快。在TDI 滴加过程中, 温度不能超过70 ℃。TDI 滴加完后升温至80 ℃2 ℃,并在此温度下保温1h。降温至40 ℃出料,物料置于密封容器中保存,避免与空气接触。112 　涂料制备涂料由主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质组成。在本研究中主要成膜物质是聚氨酯预聚体和环氧树脂预聚体。次要成膜物质是氧化铁红、锌铬黄、铝粉、云母粉四种颜、填料。辅助成膜物质是甲苯、环己酮、二甲苯和醋酸丁酯等按一定比例组成的温合溶剂。11211 　防锈机理作为防锈涂料应该研究涂料的防锈机理。众所周知,腐蚀的三个重要因素是水、氧和离子。涂料之所以能起到防锈作用,一方面是因为涂层是一种高聚物膜具有屏蔽能力,另一方面颜、填料通过物理和化学机理起作用,具有防锈能力,能不同程度地阻缓水、氧和离子的透过而起防腐蚀作用。(1) 物理防锈　一些颜、填料的微粒有良好的填充作用,使涂层结构十分致密,可增加涂层强度,也可降低水、氧、离子对涂膜的透过速度。如氧化铁红(Fe2O3) ,它的化学性质比较稳定,吸水性小,其着色力和遮盖力很强,应用在涂料中能增加涂膜机械强度,降低涂膜透水性和延长涂膜使用寿命,能起到很好的保护金属表面的作用。一些颜料呈细微的鳞片状,如铝粉、云母氧化铁。这些鳞片在涂膜中与底材呈平行状态排列,彼此结合重叠,能阻挡腐蚀介质和底材的接触,对被保护层起到缓蚀作用。(2) 化学防锈　化学防锈是指采用多种化学活性颜料,依靠化学反应改变表面的性质及依靠反应生成物的特性达到防锈的目的。如颜料与金属表面发生钝化作用和磷化作用等。本研究采用了锌铬黄(K2O4ZnOCrO3) ,它具有化学抑锈作用。其具有碱性,微溶于水,同时电离出能和钢铁结合生成铬酸铁而覆盖在钢铁表面,使钢铁发生阳极微区钝化,形成钝化膜,不再产生锈蚀。在阳极区与氧反应,被氧化为稳定的过铬酸,然后过铬酸与铁反应,生成Fe2O3Cr2O3 复合氧化物,呈稳定状态;过铬酸与铁反应,还可形成稳定的络合物。