关于改性涂料毕业论文

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QL—06双组份改性聚氨酯防腐涂层材料研究现状与应用前景首都师范大学北京宇通天地科技发展有限公司 刘瑜摘要：本文阐述了QL-06双组份改性聚氨酯涂层材料（以下简称“涂层材料”）的性能特点；涂层材料的各项性能指标及改性研究概况；分析了在防腐功能方面涂层材料的最优化设计方案；最后对涂层材料在相关领域的应用前景进行了展望。关键词：纳米材料、接枝改性、功能性官能团。引 言全球每年的钢铁产量约¬¬14亿吨，金属结构的腐蚀普遍存在，是其面临的十分严重的问题。粗略的估计，每年因腐蚀而造成的金属结构、设备及材料损失量大约是当年产量的20％-40％。全世界每年因腐蚀而报废的金属件超过1亿吨。在工业发达国家，腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济总产值的l％～4％，在我国约占4％。而且腐蚀还会造成产品质量下降、资源能源消耗增加等间接损失。这些惊人的数字不能不引起人们广泛的关注。因此，做好钢结构的防腐蚀工作具有重要的经济和社会意义。随着科学技术的飞速发展，新技术、新材料层出不穷，这就为从根本上的改变传统的防腐材料、防腐技术带来新的巨大的生机和活力。环氧及其衍生系列的防腐涂层材料是近年来应用时间最长，应用范围最广的一种防腐材料，由于环氧防腐性能及施工性能均较优秀，长期以来在防腐领域发挥了重要的作用，立下了汗马功劳，这一点是无可非议的。但随着科学技术的飞速发展，有许多项目，许多领域由于环境要求、耐腐蚀要求更为严苛，这就对防腐材料的性能提出更高的要求，这时传统的环氧系列防腐材料显得有些无能为力，尽管做了许多努力和尝试，如改性环氧树脂；或更换固化剂，结果在某些方面性能确有提高，但在其它许多方面的性能提高不多，或基本没有改变，甚至是以牺牲其它方面优秀性能作为代价换取某些方面性能的提高，而且成本提高很大，不利于技术的推广及应用。近年来，国外大量应用推广聚氨酯防腐涂层材料，该涂层材料在耐高温性、耐候性、抗介质腐蚀性方面比环氧防腐涂层材料有更好的表现。从而给防腐涂层材料领域增加了一新的品种。尤其是近年来纳米技术，纳米材料的问世更给聚氨酯材料进入重防腐领域带来新的希望和生机。一、QL-06双组份改性聚氨酯涂层材料各项性能技术指标及改性研究1、纳米材料、纳米技术在聚氨酯体系中的应用：纳米材料是指1-100nm尺度超细微粒组成的材料，或是材料中至少有一维的尺度定在这个数量级上。包括0维的纳米粒子；一维的纳米线；二维的纳米膜；三维的纳米体。而纳米技术则是研究上述具有纳米尺度材料自身的改性、与其它材料结合-相互作用时所采取的一些方法和手段。从纳米技术本身的内容来讲无外乎是三个过程，即纳米材料的修饰技术；纳米材料的均匀分散技术；纳米材料的组合技术。对于将纳米技术应用在聚氨酯体系中，这三个过程更显得格外适体和重要。要使纳米材料以原级粒子状态，稳定存在，并能均匀、稳定地分散到聚氨酯树脂体系中，与体系中的高聚物或体系反应过程中释放出来的副产物，或反应中间体发生纳米尺度的相容或键合，因此必须对纳米微粒进行表面修饰。经修饰的纳米材料经长时间高能量的手段均匀分散到聚氨酯体系中，并在体系中充分地保持纳米材料的活性，并不断地与体系中的树脂部分或官能团保持纳米尺度的结合，并有能量释放。这种结合只是使纳米材料一部分活性基因（与树脂结合部分的活性）失出活性，纳米材料其它的活性则稳定在聚氨酯体系中，在混合、固化成膜过程中再发挥活性键合作用,因此纳米材料的均匀分散技术是必须的过程，否则称不上纳米技术。纳米技术的应用，不单单是修饰纳米材料的界面和将这种修饰后的纳米体均匀分散到聚氨酯体系中，还有更重要的一个过程，就是在发生这两个过程的同时将改性聚氨酯体系的目标明确，并设计界面使界面接枝上功能性官能团来达到预期目的，这一过程称为纳米材料的组合技术。这三种过程是相辅相成的，缺一不可的，失去任何一个过程都不能称为完整的纳米技术，也不可能达到预期的纳米改性聚氨酯体系的效果。2、改性聚氨酯防腐涂层材料的性能特点经纳米材料改性的聚氨酯体系表现出以下的特殊效果 i) 力学方面 a.高耐磨性从图中可见，随着纳米材料的加入其在相同的实验条件下，磨耗量逐渐减少，当纳米材料加入某一定量时（A%）磨耗量最小，过多的加入磨耗量又逐渐加大。b.抗折性（耐弯曲性）从φ10 φ5 φ3 c.拉伸强度、耐冲击性明显增强 ii) 界面化学方面 由于纳米材料纳米技术的应用使漆膜致密，闭孔率达100%具有极强的耐介质浸蚀性能、防污性能、海军工程技术研发中心，认为该种材料不长海藻、不长海生物，其防海水污物能力令人出乎意料，是海洋领域，海港舰艇、船只防腐的理想材料。 iii) 环保方面 纳米技术、功能性官能团接枝技术的应用，使涂层材料反应更完全、更彻底，表现出漆膜表面更坚实、致密。长期在各种化学介质中浸泡，溶出物比环氧要低得多。 经北京市疾病预防控制中心营养与食品卫生所检测，各种试剂浸泡测量改性聚氨酯材料及环氧树脂材料的蒸发残渣（mg/l）、高锰酸钾耗量以及重金属离子量如下：比较项目 改性聚氨酯材料 环氧材料4%乙酸 ＜ 乙醇 ＜ 正已烷 ＜ 高锰酸钾消耗量（mg/l） 重金属（mg/l）（以pb计） ＜ ＜尤其是最近我国加入了国际海洋公约的组织，严令入海船只绝对不允许刷涂有毒有害物质超标的涂层材料。仅从这种意义上讲，研发改性聚氨酯涂层材料是迫在眉睫。3、改性聚氨酯涂层材料各项性能指标检测项目 检测条件 检测结果剪切强度MPa 水泥块粘接 破坏形式为水泥砂浆基层破坏耐冲击性 1㎏、50㎝（高）金属板刮涂料冲压试验 粘接牢固、无裂纹耐弯曲性 金属板刮涂料后弯曲试验（φ10mm） 无裂纹耐水浸 室温半年 粘接牢固、外观无变化浸H2SO4(5%-50%) 30天 粘接牢固、外观无变化浸Ca(OH)2饱和溶液 60天 粘接牢固、外观无变化加热80℃-160℃ 10天 粘接牢固、不流淌、不变形-40℃-150℃冻融 30个循环 粘接牢固、无裂纹耐老化 1000W紫外灯照168h 粘接牢固、漆膜无裂纹、不开裂、不起泡。粉化0级、变色2级盐雾试验 2000h 粘接牢固、无裂纹、无脱落涉水试验 依据生活饮用水安全性评价规范 无毒级、可在饮用水工程上应用二、QL-06改性聚氨酯涂层材料的性能特点 经纳米材料改性的聚氨酯体系材料的性能已经发生了很大改变，有些性能指标已经产生了质的飞跃，其性能特点表现在： i). 耐腐蚀性能 它可以长期在酸、碱、盐等介质中使用，经测试：该防腐涂料在5%-50%的硫酸、5%-10%盐酸、饱和Ca(OH)2水溶液、32%NaOH水溶液、3%盐水中浸泡30天漆膜无任何变化，2000小时盐雾试验漆膜无任何变化。 ii). 冻融性能 耐高低温性能好，-40℃-150℃循环30次漆膜无任何变化。 iii). 沸水煮沸性能 改性涂料耐水性能极强，可以长年用水浸泡，甚至用水煮沸100小时表面漆膜无开裂、脱落现象。 ⅳ）. 杰出的性能 耐冲击性（50cm、1㎏）无裂纹、皱纹和剥落，耐弯曲（10mm轴）无开裂和剥落。 ⅴ）. 闭孔性能 该防腐涂料刷、刮涂在经一定处理的基材上，涂膜致密，闭孔率达到80-100%，漆膜具有极强耐腐性。ⅵ）. 基层低表面处理性能 可直接刷涂在经一定处理的基材上。既节约防腐涂层材料，也节约了涂刷的工作量，使工程造价降低，工程质量提高。ⅶ）. 防污自洁性能 常温下固化成膜，可以在苛刻条件下（-40℃-150℃）长期使用。海域浸海挂片试验四个月，在此期间漆膜完好，且不长海藻等植物，只生长有一些藤壶等贝壳类海生物，其防污（不长海生物）性能出乎意料之外。ⅷ）. 无毒、无污染性能 该涂料无毒、无溶剂等挥发物，经国家测试中心检测，该涂膜无-NCO释放。已达到相当高水准的环保型防腐涂料标准。已经中国疾病预防控制中心涉水、小白鼠检测实验，完全符合饮用水标准，并得到北京市卫生局和国家卫生部在生活饮用水中使用的批件；中国化学工业研究院测试中心、海军工程大学对该涂料进行检测，各项指标优异。 三、QL-06改性聚氨酯防腐涂层材料的最优化设计方案任何一种新材料的诞生和应用，都是在原有材料、传统材料、传统材料工艺条件的基础上加以分析、改进，甚至创新、发明获得的。改性聚氨酯防腐材料的设计方向和目的应是十分明确的，那就是在充分研究目前防腐材料的不足和明确优秀防腐涂料所应具备的特点的基础上提出改进方案，从体系的认定、主体材料的选择、改性材料的选择，到科研路线、工艺路线的制定，都必须围绕着我们锁定的目标进行。这里体系的认定是十分关键的，它是实现目标的总纲，为了选择一种耐候性好、耐光老化性好和韧性好的材料，就必须从材料的分子结构入手，找出适合上述条件的材料体系，在此基础上再进一步地根据所设定材料应具备的性能特点设计改性方案，从而制定科研路线和工艺路线。具体到QL-06聚氨酯防腐涂层材料的总体设计方案，我们需从以下几方面考虑：1、 QL-06聚氨酯防腐涂料与环氧涂层的性能对比项目 环氧类防腐材料 聚氨酯防腐材料性 能 漆膜脆性大 具有杰出的韧性 耐光老化性差只限于室内使用 耐光老化性较好可在室内、室外使用 耐冷冻性差与液氨接触炸裂 耐冷冻性优与液氨接触未见异常 防腐性尚好 防腐性能优异 耐高温性能差使用温度一般不超过60℃ 耐高温性能优在150℃-180℃可长期使用工 艺 金属基尚可，水泥基复杂 金属基、水泥基工艺均简单工程工时 5—7天 2—3天工程造价 80元—120元/m2 30元—60元/m2防腐年限 2—3年 8年以上从对比数据来看，要达到目标必须改变材料的体系，从环氧体系转变到聚氨酯体系，因为聚氨酯的分子结构可以满足材料的耐候性、耐光性及力学韧性的要求。2、 以进一步提高聚氨酯体系韧性为目的的改性方案聚氨酯体系本身的分子结构特点决定了其力学韧性优于环氧树脂，但作为防腐方面的应用，尤其在水泥基础上大面积的防腐工程，这种韧性水平还是达不到工程要求的，为了进一步增加聚氨酯材料的韧性，我们应用纳米材料、纳米技术改性聚氨酯体系，使其在强度提高的同时韧性也得到提高。强度和韧性是两个对立的因素，在微米技术条件下添加微米粒子可增加材料的强度，但材料的韧性下降；在纳米技术条件下添加经修饰的纳米粒子除了增加材料的强度外，材料的韧性也得到大幅度提高，表现出材料的杰出韧性，从而在应用过程中简化了施工工艺、降低了工程成本、延长了使用年限。3、 提高漆膜致密性的改性方案防腐涂层材料的许多优异的性能均与漆膜密切相关，漆膜越致密，漆膜反应越完全，外界的腐蚀越难以渗透到金属表面。要使聚氨酯体系表面漆膜致密，除引用纳米技术外，还需引入功能性官能团的接枝改性技术，使反应体系反应更完全、更彻底，从而达到零渗透水平。4、 提高QL-06聚氨酯涂层材料与金属附着力、抗氧化的方案除涂料面层防腐外，防腐涂层材料与金属的附着力（结合力）及抵抗金属继续锈蚀的能力，也是评价防腐涂料性能的另一个方面，为了增加涂料与基层的结合力，防止金属基材表面继续锈蚀，我们选择了涂料的底涂层可与金属络合的方案，这不但增加了涂料与基材的附着力，还避免了因外力造成漆膜破损而导致金属腐蚀现象的发生。四、QL-06改性聚氨酯防腐涂层材料的应用前景在科技飞速发展的时代，纳米材料、纳米技术已为传统涂料产业带来了巨大生机和活力。纳米材料的小尺寸效应、表面及界面效应、量子尺寸效应连同相应的纳米技术，为高性能QL-06聚氨酯防腐涂层材料的研发成功在技术上提供了实现的可能性。QL-06聚氨酯防腐涂层材料不论从防腐性能上、防腐涂料表层的功能上、使用时间长久性上；还是从涂料的环保性上，该涂层材料都是非常优秀的，它的出现是防腐领域的一大革新，填补了国内具有装饰功能的重防腐涂层材料的空白。由于材料性能优异，自问世以来一直受到防腐界的推崇和信赖，许多防腐领域的专家、学者根据涂层材料的杰出性能，成功应用在腐蚀非常严苛环境下的防腐工程，得到国内外用户的一致好评。QL-06聚氨酯防腐涂层材料应用领域：1、条件严苛的重防腐领域 由于该涂层材料特殊的结构特点，防腐性能极强，可作为化工厂、化肥厂、农药厂、电镀厂等腐蚀严重的环境下的防腐工程。2、酸、碱介质池槽重防腐领域 化工厂、电镀厂、电子厂等污水池长期防腐工程。3、环保要求顶级的防腐领域 该涂层材料无毒、无污染、属高环保型防腐材料，已荣获中华人民共和国卫生部涉及饮用水器皿批件。因此该涂料可以长期在自来水厂、纯净水处理及食品厂、果料厂、酿酒厂安全使用。4、医药、卫生、学校领域的安全使用 由于材料的高环保性可安全使用在幼儿园、学校、机关及医药卫生系统的无菌耐磨地面。5、 电力系统的应用电力系统的防腐工程要求更严格，从防腐规格上，供电系统的防腐既耐酸、碱介质又耐大气中氧化介质的侵蚀；既耐金属、水泥基材质从界面内部锈蚀造成的内腐蚀；又耐强紫外线照射；既耐酷暑又耐严寒，这就需要有防腐性能更优异、耐候性更好、防腐时间更长的防腐材料。QL-06聚氨酯防腐涂层材料的研发成功，使这种需求成为可能。6、 海洋领域的防腐海洋领域的轮船、码头、船只、舰艇长时间遭受海水浸泡及海生物污染，是防腐领域最头痛的问题，许多科研工作者长期致力于海洋领域的防腐、防污研究，虽取得了一些成果，但在实际应用中都不十分理想，有人试图在防腐涂料中添加辣椒素，以抵抗海生物侵蚀，这种方法随着时间的继续（大约一年左右），添加辣椒素的涂料对海生物的抵御能力会大幅度下降，以至完全失去作用。随着改革开放的步伐加快，我国最近又成为国际海洋公约国，根据国际海洋公约法，在海洋中的舰船及码头所使用涂层材料必须是无毒的、不能对海水造成任何污染，传统的防腐涂料中往往加入氧化亚铜或有机锡类化合物，虽然在防污性方面起到一些作用，但严重污染了海水，违反了国际海洋公约法。{《联合国海洋法公约》(以下简称《公约》)于1982年12月10日在牙买加签署，1994年11月16日开始生效，迄今为止，137个国家和欧盟批准加入。我国于1996年5月15日批准了《公约》，同年7月7日开始正式对我国生效。《公约》涉及到海洋管理的方方面面，是至今为止层次最高、内容最全面、规定最明确的一部专门调整世界海洋关系的根本法，被世界各国广泛誉为“海洋宪法”。《公约》的生效实施，标志着新的国际海洋法律制度的确立和人类和平利用海洋、全面管理海洋时代的到来}。QL-06纳米改性聚氨酯防腐涂料的高环保性、漆膜表面高致密性导致漆膜的防污性能、防海藻、海生物污染性能有很大提高，这样给海洋领域的防腐带来新的希望和生机。