聚氨酯防腐蚀涂料的分类及应用研究进展

    摘要：介绍了聚氨酯防腐蚀涂料的分类和性能，阐述了影响聚氨酯防腐蚀涂料的因素，并对其作了总结与展望。　　　　关键词：聚氨酯；防腐蚀；涂料；研究进展　　　　0·引言　　　　腐蚀是一种由于材料与环境反应而引起的材料的破坏和变质。腐蚀过程是热力学自发过程，是不可逆转的。据美国腐蚀工程师协会(NACE)的权威统计，每年由于腐蚀造成的损失仍然占到GDP的3%~5%[1]。因此，寻找合适的方法防止材料的腐蚀对于创建资源节约型社会来说具有科学意义。　　　　防止金属腐蚀的方法很多，如金属选材、阴极保护、采用金属保护层、采用缓蚀剂及采用防腐涂料等。在所有的防腐措施中，采用防腐蚀涂料是应用最广泛、最经济、最方便的一种方法。日本腐蚀和防腐蚀协会调查表明[2]，在涂料、金属表面处理、耐腐蚀材料、防锈油、缓释剂、电化学保护、腐蚀研究等七大防腐蚀费用中，采用涂料防腐蚀所花的经费占62%，这足以说明涂料防腐蚀方法的实用和重要性。而在众多的防腐蚀涂料中，聚氨酯防腐涂料是继其他防腐涂料之后的最通用的涂料品种，其用量仅次于醇酸树脂涂料，如2000年美国聚氨酯涂料消耗量为62.8万t，占总产量的11%，其中建筑业(木地板及水泥地板)用7.5万t，汽车修补用7.3万t，储油罐和管道防腐蚀用48万t[3]。　　　　聚氨酯(Polyurethane)是由多异氰酸酯(含—NCO)和大分子多元醇(含—OH)聚合而成的树脂。在聚氨酯大分子中由于存在大量的氢键，分子间作用力大，大分子链对多数化学物质稳定，所以以聚氨酯为成膜物质而配成的聚氨酯防腐涂料具有优良的耐化学腐蚀性、抗渗透性、耐磨性、坚韧性以及强的附着力等特性，而且在聚氨酯大分子中可变化的因素很多，可以根据不同的实际情况进行分子设计和结构调整，使其能更好地满足实际需要[4]。较其他涂料而言，因聚氨酯涂料优异的性能，从而奠定了它在防腐蚀涂料领域中极其重要的地位。　　　　1·聚氨酯防腐蚀涂料的分类　　　　聚氨酯防腐涂料通常是通过一定的化学反应在基材上成膜和硫化交联的，因此聚氨酯防腐涂料属于反应型涂料，它主要分为单组分潮气固化型防腐蚀涂料、双组分聚氨酯防腐蚀涂料、聚氨酯粉末涂料等。　　　　1.1单组分潮气固化型聚氨酯防腐蚀涂料　　　　1.1.1反应原理　　　　单组分潮气固化型聚氨酯防腐蚀涂料(Moisture-curedPolyurethanes，简称MCU)是由含有羟基的大分子化合物(如聚醚树脂、聚酯树脂、环氧树脂、蓖麻油树脂)与过量的多异氰酸酯反应生成的芳香族或脂肪族异氰酸根端基的预聚物、溶剂(低水分含量)、颜料(化学活性和电化学颜料)、除水剂、助剂、催化剂(特别是脂肪族MCU)组成。单组分潮气固化型聚氨酯涂料施工后，通过预聚物中的—NCO与水反应生成脲键而固化成膜。这一反应分为两个阶段[5]：首先水与—NCO反应生成不稳定的氨基甲酸，随即分解为胺和二氧化碳；二氧化碳从涂膜中挥发，而胺继续与剩余的—NCO反应生成脲，这也就是潮气固化型聚氨酯涂料具有耐久性、耐腐蚀性、耐化学性和良好的保色性的道理。其具体反应过程如式(1)、式(2)、式(3)所示。　　

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　　潮气固化型聚氨酯的干燥时间取决于相对湿度和温度。因此在涂料固化时，需要既考虑湿度，又考虑温度，这意味着在较低温度下，空气中水较少，干燥速度会变慢，相反，在较高温度下，空气中水分较多，意味着更多的水与—NCO反应，反应速度将要加快，因此，在配方设计时，应预先考虑施工时的环境条件。　

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