聚氨酯弹性体涂层材料抗磨防腐性能研究

光固化聚氨酯弹性涂料的制备及性能研究随着人们对建筑、家居、汽车等领域的个性化和环保要求日益提升，涂料市场也开始向高质量、高效率、高环保的方向转型。

光固化聚氨酯弹性涂料作为一种重要的涂料种类，具有优异的耐久性、问题优秀的拉伸性能和良好的耐热性能等特点，具有广泛的应用前景。

因此，本文将重点探讨光固化聚氨酯弹性涂料的制备及性能研究。

一、制备光固化聚氨酯弹性涂料的方法（一）原材料的选择光固化聚氨酯弹性涂料的制备需要选择两种原材料：聚异氰酸酯和多元醇。

其中，聚异氰酸酯是指二异氰酸酯（TDI）、四氢六亚甲基二异氰酸酯（HDI）和聚异氰酸酯（PUP）等二元异氰酸酯和三元异氰酸酯，多元醇则包括聚醚多元醇、聚酯多元醇和聚醇酸等。

（二）制备过程制备光固化聚氨酯弹性涂料的过程分为以下几个步骤：1.多元醇与聚异氰酸酯混合将选定的多元醇和聚异氰酸酯混合，并通过加热或搅拌等方式，控制反应温度和时间，使二者充分反应。

2.添加辅助剂和填料将所需的辅助剂和填料加入混合物中，其中辅助剂包括稀释剂、助剂、润湿剂、促进剂等，填料则有白炭黑、纳米氧化钇粉等。

3.分散在混合物中添加分散剂，并在光固化剂存在的情况下，利用高剪切力或高速搅拌将分散剂均匀分散，保证涂料颜色均匀、无颗粒状物质。

4.加入光固化剂在涂料中逐渐加入光固化剂，并控制光照时间和光照强度等参数，使涂层产生交联固化反应。

二、光固化聚氨酯弹性涂料的性能研究（一）耐久性光固化聚氨酯弹性涂料在多种环境条件下，如强酸、强碱、高温、低温等情况下均能保持优良的性能。

经过长时间的使用后，其性能依然能够保持较好稳定性，不发生裂纹、剥落、老化等情况。

（二）拉伸性能光固化聚氨酯弹性涂料的拉伸性能优异，其断裂伸长率可以达到200%以上，能够适应建筑物的多种变形情况，同样适用于汽车大巴、轮船、机车车辆以及各种工业设备的底部涂装弹性层面。

（三）耐热性能光固化聚氨酯弹性涂料的耐热性能优越，能够在高温环境下保持稳定，并不容易生化流动、褪色、老化等现象。

聚氨酯弹性体的制备及性能研究在现代材料科学中，高分子材料的制备技术一直是研究的重点。

其中，聚氨酯弹性体是一种具有优良力学性能和化学稳定性的高分子材料，具有广泛的应用前景。

本文将详细介绍聚氨酯弹性体的制备及性能研究。

一、聚氨酯弹性体的制备聚氨酯弹性体的制备有多种方法，常用的方法有溶液聚合法、弱酸催化法和溶胶-凝胶法等。

下面介绍其中的两种方法。

1. 溶液聚合法溶液聚合法是最简单和实用的制备聚氨酯弹性体的方法之一。

将聚酯多元醇、聚醚多元醇和异氰酸酯按一定比例混合，溶于有机溶剂中，然后加入催化剂和其他助剂后，在高温下进行聚合反应，最终得到聚氨酯弹性体。

这种方法可根据需要选择不同的聚酯多元醇和聚醚多元醇，以调节聚氨酯弹性体的力学性能。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种制备高分子材料的传统方法，适用于制备物质的纯度较高。

该方法首先将有机溶液中的低分子物质聚合成固体凝胶，然后通过热处理、烧结等方法将凝胶转化为无定形或晶体高分子。

聚氨酯弹性体的制备通过选择不同的溶剂、催化剂和反应条件，可以得到不同形态、组织和性质的聚氨酯弹性体。

二、聚氨酯弹性体的性能研究聚氨酯弹性体具有许多独特的力学和物理性质，因此在各种领域都有广泛的应用。

下面介绍其中的一些性能。

1. 强度和韧性聚氨酯弹性体具有优异的强度和韧性，可以根据不同的应用需要来调节。

通常的方法包括调节聚酯多元醇和聚醚多元醇的比例和分子量，以及控制反应温度、时间和催化剂浓度等。

聚氨酯弹性体的强度和韧性对其对撞、振动、冲击负载等应力下的表现至关重要。

2. 耐磨性和耐老化性聚氨酯弹性体具有良好的耐磨性和耐老化性能，这种性能可以通过添加耐磨、耐氧化和抗紫外线等助剂来改善。

在涵盖了耐磨性具有重要意义的应用领域中，比如鞋底、轮胎内层、导管、密封件、涡轮叶片等，涂层具有好的附着性和磨损耐用性。

3. 去极化性和导电性聚氨酯弹性体在水、盐等极性溶剂中易发生质子化，导致其导电性能受到一定影响。

聚氨酯抗风沙磨损腐蚀涂层材料的机理分析大力发展风力发电产业，将取之不尽、用之不竭的风能转变成电能，是我国调整能源战略、开发利用新能源的重要决策之一。

我国的西北及北部高原地区，常年风力强劲，风能资源非常丰富，非常适于建立风力发电厂。

然而，该地区海拔高、紫外线照射强、温差大、风沙猛烈，恶劣的气候条件极易造成风力发电塔架及叶片的保护涂膜风蚀损坏。

目前，风力发电装置的涂装大多采用耐候性较好的脂肪族丙烯酸聚氨酯体系，这种涂膜虽然具有较好的耐候性，但耐风沙撞击性较差，经过一段时间的风沙侵蚀后，往往造成涂膜损伤、斑驳脱落。

弹性聚氨酯防腐涂料，虽然弹性好、耐磨、抗风沙撞击，但是附着力稍差；弹性环氧树脂—聚氨酯涂料，虽然附着力好、耐磨耐腐蚀，但是耐候、耐紫外线老化性较差；羟基丙烯酸树脂—聚氨酯涂料，虽然粘结强度高，耐候保色性好，但是涂膜弹性不足，抗风沙磨蚀性差。

弹性聚酯 - 聚氨酯弹性涂料，涂膜具有弹性好、附着力优、强度高、耐冲击性好、耐候耐久耐腐蚀、抗砂石撞击及磨蚀等综合性能优良的特点。

涂膜的延伸率、强度、恢复率、附着力、耐磨性是衡量其耐风沙撞击、冲磨强弱的重要表征。

当涂膜延伸率大、恢复率高且有一定强度时，其弹缩性好、耐磨性优、抗风沙撞击性强。

而高附着力是保证涂膜在外力作用下不损坏、起皮或脱落的决定因素之一。

在混拼树脂中，随着弹性聚酯用量的增加，涂膜的断裂伸长率提高，抗拉强度相应下降，恢复率及耐磨性先增后降，耐人工喷砂撞击性先是由差变好、当聚酯用量过多致使强度、恢复率、耐磨性下降时，耐喷砂撞击性也变差，附着力变化不明显。

当 m （环氧树脂）∶ m （丙烯酸树脂）∶ m （弹性聚酯树脂）=1 ∶ 1 ∶ 3 时，涂膜的断裂伸长率为 185% ，抗拉强度为 130kg /cm 2 ，拉伸恢复率为94% ，附着力为1级，磨耗为 0.008 g ，涂膜抗人工喷砂撞击性好 , 无明显损坏现象，取得了较好的综合性能。

其机理是:（1）环氧树脂对涂膜的附着力、柔韧性和强度有显著贡献。

聚氨酯弹性体PU 弹性体是一种 PU 的密实制品，其性能介于橡胶与塑料之间，具有高回弹性、吸震性、耐磨性、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀及耐辐射等性能。

由于其加工方法越来越简单，应用越来越广泛，已发展成为 PU的主导制品。

PU 弹性体可分为混炼型、浇铸型和热塑型三种，其目前应用比例为混炼型 10%、浇铸型 65%、热塑型 25%。

PU 弹性体的结构PU 弹性体的种类很多，化学结构也时十复杂，但都是由聚酯或聚醚二元醇与二异氰酸酯反应生成的软段和由低分子二元醇和二异氰酸酯反应生成的硬段构成的嵌段聚合物。

不同 PU 弹性体的差别：在于柔链段与刚性链段的比例、连接和排列方式不同，从而导致整体性能的差异。

PU 弹性体中的硬段对模量、硬度和撕裂强度有特殊的作用，而软段则主要影响制品的弹性及低温性能；也就是说，PU 中的软、硬段分别赋予其不同的性能。

PU 弹性体也有不同程度的交联结构，其交联包括一级和二级两种结构。

一级交联结构为多异氰酸酯、多轻基化物等反应生成的氨基甲酸酯、脉基甲酸酯等化学键形成的交联，它稳定和不可逆，在具体成型过程中形成，主要发生在混炼和浇铸型 PU 中。

二级交联结构比一级交联要弱，它有分子间的氢键形成交联，使其具有很高的模量和力学性能;二级交联发生在 PU 热塑料性弹性体中，交联程度越大，制品的密度、强度、刚性越大。

PU 热塑料性弹性体中存在两相结构。

硬段互相规整有序紧密地排列在一起，形成结晶区，赋予弹性体以高强度、刚性和高熔点等性能；软段则无规卷曲排列，形成无定型区，赋予弹性体以柔性、弹性、吸湿性和耐低温性能PU 弹性体的性能PU弹性体的性能介于塑料和橡胶之间。

不同类型多元醇合成的 PU 弹性体的性能稍有差异，聚酯型PU 的力学性能高、耐油性好，但耐水性较差；聚醚型 PU 的耐低温性及耐水解性优于聚酯型，但耐油性、力学性能稍差一点。

(l)性能的可调节范围大。

多项物理机械性能指标均可通过对原材料的选择和配方的调整，在一定范围内变化，从而满足用户对制品性能的不同要求。

管道喷涂聚氨酯耐磨防腐涂层材料的优越性管道喷涂聚氨酯耐磨防腐涂层材料的优越性管道内衬除了应具有与外壁防腐层一样优异的抗化学腐蚀性、强有力的附着力以及抗机械损伤能力外，还需要优异的耐磨性能，聚氨酯耐磨防腐防腐涂层材料与一般耐磨防腐涂层相比具有以下特性：1、化学稳定性好作为长效防腐涂层必须具有优异的抗化学介质中离子的腐蚀，如Cl -, S0 42-,Na+等，判断涂层抗化学侵蚀性能，有不同的方法及标准。

合格的标准是：涂层外观无凸泡、无裂纹、无显著色变、无显著软化，增重率不超过标准要求。

在标准规定的时间内，聚氨酯涂层增重率均远远小于标准要求，说明了其具有良好的抗浓强酸、浓碱、盐能力。

这样好的抗化学腐蚀性的涂层材料，完全可以使用在自来水、污水、海水等介质的输送及强腐蚀性土壤的埋设。

2、良好的抗水渗透能力无论是用于埋地管线的外部防腐还是内壁防腐，抗水渗透能力是防腐涂层最基本要求，是衡量防腐涂层的主要指标之一。

在无机物水溶液中，水分子是体积最小的液体介质，渗透能力比一般的离子强。

有机涂层的一般规律是在海水中抗渗透最好，自来水中次之，在蒸馏水中最差。

所以涂层在蒸馏水或稀的盐溶液的渗透能力直接反映了涂层的致密性。

3、聚氨酯涂层具有较高的机械性能管道防腐涂层除具有良好的防腐性能外，还须具备良好的附着力和一定的机械强度。

固化后的涂层是否能牢固地附着在管道基体上，是涂层能否发挥防护作用的关键因素之一。

另外涂层还需具有一定的机械强度，可承受运输、安装等过程中的冲击，并且保证能承受工作条件下的应力作用，例如在埋设过程中管子的变形等情况的发生。

在高温下聚氨酯涂层仍具有较高的附着力和压痕硬度，保证涂层的使用长效性；国内涂料相比较进口涂料附着力相对较低，需要注意的是表面处理的好坏也会影响涂层的附着力大小。

4、聚氨酯涂层耐冲刷和气蚀性能好管道内壁因为受到流动的水冲刷，同时存在腐蚀作用和机械磨损，两者相互加速，磨损的形式主要有冲击腐蚀（冲蚀）和空泡腐蚀（空蚀）及机械磨蚀三种，冲蚀是由于水湍流或冲击所造成的；空蚀是由于高速流动的液体，因不规则的流动，产生了所谓空泡。

⾼耐候耐磨弹性聚氨酯固化剂（EPU固化剂）狄志刚，付敏，朱晓丰，潘云飞，谭伟民(中海油常州涂料化⼯研究院，常州213016)摘要：制备了⼀种弹性聚氨酯固化剂(EPU固化剂)，讨论了多元醇⽤量、氟树脂的品种和⽤量、配漆物质的量之⽐等对涂层性能的影响，与传统HDI三聚体和市售弹性聚氨酯固化剂固化的涂层相⽐，在耐候性、耐磨性、⼒学性能、⽔解稳定性以及与复合材料底材附着⼒等⽅⾯具有明显优势。

对风电叶⽚⽤涂料的要求和EPU固化剂⽤于风电叶⽚保护涂料的可⾏性做了分析。

关键词：弹性聚氨酯固化剂;氟树脂;耐磨涂料;⾼耐候性;风电叶⽚0·引⾔⾃1937年德国OttoBayer博⼠⾸次以将异氰酸酯合成出具有实⽤价值的⼯业化聚氨酯⾼分⼦化合物以来，聚氨酯树脂以其优异的化学性能和物理机械性能得到了⼴泛的应⽤，⽬前其产量已经成为仅次于醇酸涂料和酚醛涂料之后的第三⼤涂料产品[1-2]。

其中，弹性聚氨酯涂料是⽐较特殊的⼀类，其原材料品种繁多，理化⼒学性能的可调节范围很⼤，最突出的特点是具有类似橡胶的⾼弹性、⾼强度、⾼耐磨、⾼抗裂和⾼抗冲性能。

随着⾼分⼦科学和合成技术的发展，对聚氨酯树脂的研究已达到了分⼦设计⽔平，可以根据需要进⾏结构设计，在保留聚氨酯树脂优异性能的同时，引⼊其他功能基团并赋予各种不同的性能，以满⾜不同的使⽤需要。

氟树脂因具有优异综合性能，尤其是含羟基、可溶性氟树脂的出现，给氟树脂带来了巨⼤的应⽤空间，⽤氟树脂对聚氨酯树脂进⾏化学改性，可以兼具两种树脂的优点，弥补相互的不⾜，从⽽达到提升产品品质，拓宽聚氨酯树脂使⽤范围的⽬的。

本⽂以耐候性脂肪族共聚酯和羟基氟树脂为主要原料，与异佛尔酮⼆异氰酸酯(IPDI)反应，合成了⼀种⾼耐候耐磨弹性聚氨酯固化剂(EPU固化剂)，可以与⾼耐候性丙烯酸、聚酯、有机硅等羟基组分配合，制备出性能优异的涂料产品。

1·试验部分1.1原材料脂肪族共聚酯：⾃制;氟树脂：RF-101，⾩新氟化学有限公司;三羟甲基丙烷(TMP)：⼯业品，瑞典;异佛尔酮⼆异氰酸酯(IPDI)：≥99.8%，⼯业品，德国拜⽿公司;阻聚剂：⾃制。

涂层材料的防腐蚀性能研究工业生产中，金属材料被广泛应用于制造各类机械设备与建筑物。

但由于其对环境和氧气的接触，金属材料极易被氧化腐蚀，从而导致材料性能、外观等方面的衰退甚至失效。

为了解决这一问题，涂层材料的防腐蚀性能研究引起充分关注。

1. 防腐蚀涂层的概述防腐蚀涂层的应用非常广泛，如船舶、桥梁、建筑物、管道、油罐等，其主要机理是通过在金属表面形成一层氧化膜隔绝金属与环境的接触，达到防腐蚀的效果。

目前常用的防腐蚀涂层分为有机涂层和无机涂层两大类。

有机涂层即指由有机高分子体系组成的涂料，如聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯等。

这类涂层具有较好的表面性能，但其持久性、抗强酸、强碱性能不足；无机涂层是指由无机物质构成的涂料，如热喷涂陶瓷、阳极氧化、镀锌等。

这类涂层具有耐腐蚀性能好、硬度高等优点，但安装较困难，涂装复杂等缺点。

2. 防腐蚀涂层的研究进展针对不同情况下的腐蚀，研究者对防腐蚀涂层的研究也越来越深入。

例如，在海洋常温及低温环境下，海水中的含盐离子对金属的腐蚀性能产生重要影响。

为此，研究者将纳米级碳纤维与聚氨酯树脂进行复合，得到复合涂层具有较高的耐腐蚀性能和磨损性能。

同时，人们发现氧化铝膜具有良好的抗腐蚀性能，研究者利用溶胶-凝胶工艺制备了氧化铝纳米涂层，发现其在海洋环境中的防腐蚀性能最优。

此外，为了增强涂层的附着力、耐磨性等特性，研究者开始探索使用纳米材料改进涂层的性能。

例如，利用碳纤维纳米管（CNTs）增强聚氨酯涂层的耐腐蚀性能，在海洋水中浸泡120天后，复合涂层的腐蚀失重率仅为0.256%。

3. 防腐蚀涂层的应用与发展由于涂层具有优异的防腐蚀性能以及其它对金属材料具有改善作用的性能，如降低噪音、减少摩擦等，防腐蚀涂层的市场需求不断增长。

在实际工程应用中，工程师们不仅对涂层材料的防腐蚀性能进行考察，更注重材料的持久性、施工方便性、环保性等方面的表现。

未来，随着新材料、新技术的迅速发展，防腐蚀涂层的应用前景将越来越广阔。