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海洋大氣環境對聚脲涂層耐腐蝕性影響的研究,通過光澤度、吸水率、微觀結構和附著力4 方面的實驗結果,對聚脲涂層在海洋大氣環境下的耐腐蝕性進行分析研究
2019年10月25日    閱讀量:1531    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

0 引言

海洋大氣環境中鹽霧含量較高,相對濕度較大,因此海洋大氣中的鋼鐵表面很容易形成含有雜質和海鹽粒子的電解質水膜,加速了鋼鐵表面腐蝕反應的進行。在鋼鐵表面涂裝防腐涂層,能有效隔絕水膜和其他腐蝕性介質與鋼鐵表面直接接觸,減緩其腐蝕速度。


聚脲是一種新型綠色重防腐材料,與傳統的重防腐涂料相比,其自身的性能、防腐效果、耐蝕性、經濟性和施工性等方面都有一定的優勢涂料在線coatingol.com。本文通過海洋大氣環境對聚脲涂層耐腐蝕性影響的研究,得到聚脲涂層外觀、吸水率、微觀結構及附著力的變化規律,對指導工程實踐、延緩海洋大氣環境下鋼結構腐蝕速度、保證其服役壽命和提高安全性均具有深遠的現實意義與社會意義。


1 實驗部分

1.1 儀器設備

ATLAS 公司的UVCON 型紫外光加速老化試驗箱,PosiTest AT 型附著力測試儀,ULTRA-55 型掃描電子顯微鏡。

1.2 試驗方法

1.2.1 光澤度

將聚脲噴涂在經基材處理的鋼板上,控制厚度約為1 mm,在標準實驗室環境下養護7 d 后,先定點測定其光澤度,再進行戶外曝曬實驗和QUV 加速老化實驗,選取不同的老化時間點,分別測定其定點光澤度。

1.2.2 吸水率

參照HG/T 3856—2006《絕緣漆漆膜吸水率測定法》測定聚脲涂層的吸水率。再對試樣進行戶外曝曬實驗和QUV 加速老化實驗,采集各個老化階段的吸水率實驗數據。

1.2.3 SEM 分析

對試樣養護之后,進行戶外曝曬實驗和QUV 加速老化實驗,分別對曝曬前、戶外曝曬360 d 后和QUV 加速老化7 200 h 后的試樣進行SEM(掃描電子顯微鏡)電鏡觀測,根據拍攝圖像分析聚脲涂層的耐腐蝕性。

1.2.4 附著力

先對若干Q235 鋼板進行打磨、噴砂處理,直至銀白色金屬光澤顯現,再分別刷涂環氧底漆,最后噴涂聚脲涂層,涂層厚度約為1 mm。將一組樣板進行戶外曝曬實驗,當時間達到15 d、30 d、60 d、90 d、150 d、210 d、270 d 和360 d 時,通過拉開法測定附著力;將另一組樣板進行QUV 加速老化實驗,分別測定360 h、720 h、1 440 h、2 400 h、3 600 h、5 000 h、6 000 h 和7 200 h 時的附著力,并與實驗前的附著力數據進行對比。

 

2 實驗結果與分析

2.1 光澤度的結果分析

對于有裝飾性要求的工程,對防護涂層的光澤度要求較高,要求涂層能在服役環境中長時間保持顏色鮮亮,而聚脲材料并不以裝飾性見長。對噴涂有1 mm厚聚脲涂層的鋼板進行定點光澤度測定,再進行戶外曝曬實驗,在第7 d、15 d、30 d、60 d、90 d、120 d、150 d、240 d 和360 d 時,分別測定其定點光澤度,實驗結果如表1 所示。

海洋大氣環境對聚脲涂層耐腐蝕性影響的研究,通過光澤度、吸水率、微觀結構和附著力4 方面的實驗結果,對聚脲涂層在海洋大氣環境下的耐腐蝕性進行分析研究 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

戶外曝曬實驗前后聚脲涂層表面光澤度變化

對比實驗前后涂層的表面光澤發現:實驗15 d 后涂層光澤保持較好,仍能達80 以上;30 d 后涂層表面光澤下降幅度較大;90 d 后涂層表面開始產生黃變現象,表面顏色發生明顯變化;360 d 后涂層表面黃變較為嚴重,光澤度較低,失光嚴重。


聚脲涂層經QUV 加速老化實驗后的光澤度變化如表2 所示。對比實驗前后光澤度數據及涂層表面顏色變化,發現涂層光澤度下降速度快、幅度大。實驗進展至1 440 h 時,涂層表面光澤度較低,局部由紅色轉變為黑色;2 000 h 時,涂層已基本失光,光澤度已可忽略不計,變黑部分面積增大;3 600 h 時,涂層表面大部分均已變黑,無法再測得其光澤度。

QUV 加速老化實驗前后聚脲涂層表面光澤度變化

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2.2 吸水率的結果分析

分別在實驗前和戶外曝曬15 d、30 d、60 d、90 d、150 d、210 d、270 d 和360 d 時,進行吸水率的測定,結果如表3 所示。

戶外曝曬實驗前后聚脲涂層吸水率的變化

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由表3 可見:隨著戶外曝曬實驗時間的延長,聚脲涂層的吸水率增加,但增幅較小。聚脲涂層經噴槍噴涂成形時,在空氣中呈霧狀,必然裹挾一些空氣,到達基材表面后由于反應迅速、固化快速,涂層內部不可避免地形成大量微小孔隙,因此涂層老化前具有一定的吸水性。


但隨著實驗時間的延長,360 d 后涂層吸水率僅上升了0.71%,因此涂層老化程度非常小,耐老化性優異。同理進行QUV 加速老化實驗,分別測定實驗前及實驗時間達到360 h、720 h、1 440 h、2 400 h、3 600 h、5 000 h、6 000 h 和7 200 h 時聚脲涂層的吸水率,結果如表4 所示。

QUV 加速老化實驗前后聚脲涂層吸水率的變化

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由表4 可見:聚脲涂層吸水率隨QUV 加速老化實驗時間的延長而逐漸增大,前期增幅極其緩慢,后期增幅較大。但7 200 h 后涂層吸水率相比實驗前僅上升了1.38%,較低的吸水率有效保證了涂層的防腐性,因此涂層老化程度仍然較小,耐老化性優異。

2.3 SEM 實驗結果分析

采用SEM(掃描電子顯微鏡)方法,分別對實驗前和戶外曝曬360 d 后的試樣表面及界面進行觀測,對比分析實驗前后試樣形貌變化。

圖1 反映了戶外曝曬實驗前后聚脲涂層表面形貌的變化,其中放大倍數均為1 000 倍。圖1a 顯示了實驗前的涂層表面形貌,可以發現其表面較為致密,排列緊湊,無明顯孔隙和裂紋,能有效延緩腐蝕介質對涂層的滲透。實驗過程中,陽光輻射使涂層逐漸老化;涂層長期處于高濕環境,且在干濕循環、晝夜交替等共同作用下,涂層老化程度增加;再加上氯離子、水、氧對涂層的滲透,使其內部孔隙擴展、通道聯通,涂層抗滲性下降。因此,在實驗時間達到360 d時,聚脲涂層表面明顯出現少量孔洞和大量微裂紋,如圖1b 所示。

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戶外曝曬實驗前后聚脲涂層的表面形貌

圖2 是掃描電鏡在放大至1 000 倍時所觀測到的聚脲涂層與鋼板的界面形貌變化情況。

戶外曝曬實驗前后涂層/ 鋼板界面形貌

戶外曝曬實驗前試樣界面狀況如圖2a 所示,聚脲涂層緊密黏附在鋼板基材上,形成較高附著力。同時也發現涂層斷面有許多孔隙,這些孔隙的存在降低了涂層的致密度,便于水和氧等離子的滲透,不利于涂層性能的提升及對基材的保護作用。


圖2b 是試樣戶外曝曬360 d 后的界面形貌圖,從中可見涂層與鋼板基材界面處出現了一條縫隙,二者不再緊密結合,造成附著力的下降;涂層斷面與圖2a 中相比沒有明顯變化,涂層的破壞僅限于表面,內部的破壞并不明顯,涂層性能雖有一定程度下降,但仍處于良好狀態。


圖3 是QUV 加速老化實驗前后聚脲涂層表面形貌變化對比,放大倍數為1 000 倍。圖3a 為實驗前涂層表面形貌狀況,其表面平整、致密,無孔隙、無裂紋,能有效延緩水對涂層的滲透。圖3b 為7 200 hQUV 加速老化實驗后涂層表面形貌,其表面遍布裂紋。在紫外光作用下,涂層表面老化程度較大,水能輕易通過這些裂紋進入涂層內部,內部孔隙也將擴展、聯通。

QUV 加速老化實驗前后聚脲涂層的表面形貌

QUV 加速老化7 200 h 后,采用剝離的方式將附著在鋼板上的聚脲涂層拉開,再以該涂層制樣并用掃描電鏡觀察涂層底面(與鋼板接觸的那一面),實驗結果如圖4 所示。

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7 200 h QUV 加速老化實驗后聚脲涂層底面形貌

由圖4 可見:涂層內部孔隙已擴展至底面。因此,水分子能直接到達涂層與鋼板界面,加速了涂層的失效及鋼板的腐蝕。SEM 實驗結果表明:QUV 加速老化實驗過程中,紫外光輻射使聚脲涂層表面部分化學鍵斷裂、產生微裂紋、逐漸發生老化降解,并逐步向涂層內部擴展;涂層老化程度的加深加速了水分子的滲透,使其內部孔隙擴展;整個實驗環境一直處于較高的溫度下,對降解反應、滲透作用、氧化還原反應等起加速作用。

2.4 附著力分析

表5 是采用環氧類底漆時,戶外曝曬對涂層體系附著力的影響結果。

戶外曝曬實驗前后聚脲涂層體系附著力的變化

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由表5 可見:實驗時間達30 d 時,涂層附著力幾乎保持不變;60 d 后附著力開始明顯下降;360 d 后附著力降至3.81 MPa,下降幅度在25% 以上,但仍能保持較高水平。

表6 是QUV 加速老化實驗前及實驗時間達到360 h、720 h、1 440 h、2 400 h、3 600 h、5 000 h、6 000 h和7 200 h 時,聚脲+ 環氧類底漆涂層體系與鋼板基材的附著力實驗結果。

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QUV 加速老化實驗前后聚脲涂層體系的附著力變化

由表6 可見:實驗前期,附著力下降速度較慢,幅度較小;2 400 h 后,附著力下降速度增大,幅度較大;5 000 h 至7 200 h 期間,附著力下降速度減緩,幅度較小,最終的下降率在45% 左右。

 

3 結語

在海洋大氣環境下,腐蝕現象十分嚴重,造成巨大損失。聚脲涂層材料具有良好的耐腐蝕性,戶外曝曬老化和QUV 加速老化對聚脲涂層的性能影響歸納如下:

(1) 戶外曝曬360 d 后,涂層表面黃變、失光嚴重。QUV 人工加速老化3 600 h 后,聚脲涂層表面已經完全變黑,失光率達到100%。

(2) 戶外曝曬360 d 后,吸水率僅增加了0.71%,QUV 人工加速老化7 200 h 后,吸水率也只增加了1.38%。可見在老化作用下聚脲涂層仍然致密。

(3) 戶外曝曬360 d 后聚脲涂層表面形貌只出現少量的裂紋和孔洞,涂層與鋼板的界面形貌無明顯變化;而QUV 加速老化7 200 h 的聚脲涂層表面形貌裂紋明顯,且破壞作用已經擴展到涂層底部,對鋼板的結合界面產生影響。

(4) 戶外曝曬360 d 后,涂層附著力下降25%以上,但仍保持在較高的水平;QUV 人工加速老化7 200 h,涂層附著力下降45% 左右。

以上結論表明,聚脲涂層在海洋大氣環境中能夠很好地保持自身結構不被破壞,對鋼板具有優異的防護性能。


海洋大氣環境對聚脲涂層耐腐蝕性影響的研究

李海揚,孟 浩,謝遠偉,黃微波 ( 青島理工大學功能材料研究所,山東青島 266033)


標簽:行業資訊原料動態化工百科產品資訊化工應用市場評論技術中心精細化學品化工原料塑料橡膠化學試劑染料及顏料涂料與油漆膠粘劑催化劑及助劑
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