喷涂聚脲防护涂层耐腐蚀性能及长期自然曝晒老化性能研究

发布时间：2020-03-24 19:09

【摘要】：处于海洋大气环境中的钢筋混凝土结构由于受到阳光、水、氧气、腐蚀离子等多种综合因素的影响,其结构出现过早失效现象,耐久性问题日渐突出。有机防护涂层作为钢筋混凝土结构的主要防护手段之一,对钢筋混凝土结构的防护起到了至关重要的作用。本文以QF-162、QF-165聚脲涂层和QF-177聚氨酯涂层三种防护涂层为研究对象,探讨了三种防护涂层的常规性能(光泽度、拉伸性能、硬度、接触角和表面能),并结合微观扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对防护涂层的耐海水腐蚀、耐酸腐蚀及长期自然老化性能进行了研究,重点对三种涂层在户外长期自然曝晒环境下的耐老化性能进行了对比研究。主要结论如下:(1)研究QF-162和QF-165聚脲涂层在海水浸泡过程中拉伸强度、断裂伸长率、硬度、接触角和表面能的变化规律,并通过SEM和FT-IR对海水浸泡后两种聚脲涂层的表面形貌及内部结构的变化进行了分析。结果表明,海水浸泡120d后,两种聚脲涂层的拉伸强度和断裂伸长率总体均呈下降趋势。两种聚脲涂层的拉伸强度分别下降4.23%和13.29%;断裂伸长率分别下降7.10%和8.66%;海水浸泡后,QF-162和QF-165聚脲涂层的硬度变化不大,变化率分别是-3.23%和1.10%。两种聚脲涂层的接触角均随浸泡时间的增长而降低,表面能则呈增加趋势,说明随着海水浸泡时间的增加,两种聚脲涂层的润湿性增强。浸泡120d后,两种聚脲涂层的接触角分别降低6.08%和4.46%;表面能分别增加15.83%和12.20%;SEM测试结果表明海水浸泡使两种聚脲涂层表面变得粗糙不平,QF-162聚脲涂层表面局部出现孔洞,QF-165聚脲涂层表面产生了许多裂纹。FT-IR研究结果发现:QF-162和QF-165聚脲涂层在浸泡120d后,涂层表面分子中N-H化学键出现轻微断裂现象,其它各伸缩振动峰发生的变化并不明显,各伸缩振动峰的位置与未浸泡时的伸缩振动峰位置基本保持一致。(2)QF-162聚脲涂层耐酸腐蚀性能研究结果表明,在10%的硫酸溶液中浸泡30d时,涂层的失光率为1.45%,在10%的盐酸溶液中浸泡30d时,涂层的失光率为14.86%,根据失光程度等级表可知,QF-162聚脲涂层在硫酸溶液中没有发生失光现象,在盐酸溶液中发生轻微失光。力学性能研究结果发现,在10%硫酸和盐酸溶液中浸泡30d后,QF-162聚脲涂层的拉伸强度在17MPa左右,断裂伸长率在480%左右,硬度在90以上,较高的拉伸性能和硬度,说明QF-162聚脲涂层具有较好的弹性性能。表面性能测试结果发现,QF-162聚脲涂层在10%硫酸和盐酸溶液中接触角分别下降29.41%和32.36%,表面能分别增加105.87%和117.45%,可见,相同浓度的硫酸和盐酸溶液对QF-162聚脲涂层表面性能的影响相差不大。SEM测试结果发现硫酸和盐酸浸泡使QF-162聚脲涂层表面粗糙程度增加,涂层表面没有出现明显的裂纹,说明硫酸和盐酸对涂层表面形貌的影响不大。FT-IR测试结果发现,在硫酸和盐酸浸泡过程中,QF-162聚脲涂层表面N-H伸缩振动峰的强度发生轻微减弱现象,其它峰的强度变化并不明显,说明酸浸泡使QF-162聚脲涂层表面分子的化学键出现微小断裂现象。(3)研究QF-162、QF-165聚脲涂层和QF-177聚氨酯涂层在户外自然曝晒环境下宏观性能(光泽度、拉伸性能、硬度、表面性能)和微观结构(表面形貌和内部结构)的变化规律。研究结果发现,户外自然曝晒2493d后,QF-162、QF-165聚脲涂层和QF-177聚氨酯涂层的光泽度均呈下降趋势,涂层的失光率依次为86.84%、94.67%和96.15%;由失光程度等级表可知,三种涂层属于完全失光,失光等级均为5级。自然曝晒2493d后,三种涂层拉伸强度依次为16.02MPa、15.25MPa和1.94MPa,变化率分别为-29.37%、-39.12%、-91.52%;断裂伸长率依次为436.44%、381.99%和30.78%,变化率分别为-14.38%、-17.57%、-94.38%;硬度变化率依次为-5.38%、-10.99%、-12.09%,QF-165聚脲涂层硬度下降率约为QF-162聚脲涂层的2倍;老化2493d后,QF-162和QF-165聚脲涂层接触角依次下降53.91%、60.93%,QF-177聚氨酯涂层的接触角已经无法测试得到结果;SEM研究结果发现,老化2493d后,QF-162聚脲涂层表面产生较多细小裂缝,这些裂缝在涂层表面呈树枝型分布;QF-165聚脲涂层表面出现明显的缺陷,布满大小不一的裂纹,部分涂层已经剥落,表面越来越粗糙;QF-177聚氨酯涂层表面凹凸不平,涂层的形貌有明显的褶皱状,涂层出现剥落现象。FT-IR研究结果发现,老化后三种涂层表面N-H、C=O、C-H化学键均发生明显断裂现象,老化2493d后三种涂层内部试样结构形态与老化前相比可以看出,老化2493d后涂层内部试样结构形态与老化前几乎保持一致,说明在户外自然曝晒环境下,三种涂层仅在表面发生老化,涂层内部结构没有发生任何化学键的断裂及氧化还原反应。通过以上实验研究结果可以发现:聚脲防护涂层在海水、10%硫酸、10%盐酸及户外自然曝晒环境中,均表现出良好的耐腐蚀及老化性能。可见,聚脲涂层是一种性能优异的防护涂层。
【图文】：

光泽度,标准条件

XGP光泽度计

力学性能测试,仪器,切片机,硬度计

力学性能测试仪器
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375

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