侧链型双组份改性聚氨酯涂层表面相结构与性能研究
发布时间：2021-04-09 06:17
水利资源作为我国重点发展利用的可再生能源之一,其开采利用所需的机械等离不开水工金属材料。水工金属部件在运行时处于的复杂的水环境,面临着材料腐蚀破坏、水流的冲蚀、磨蚀破坏。因此在做水工金属结构防护工作时要求涂层具有优异的防腐性能,较高的耐磨蚀、耐冲蚀性。由于破坏通常在金属部件的表面开始,因此可利用表面防护技术强化基材进行解决。本课题采用化学改性的方式在聚氨酯侧链上引入特殊链段基团合成防护材料,制备涂层解决金属的气蚀、磨蚀和腐蚀破坏等问题。本文主要对材料合成、涂层制备、表面性能及机理分析等进行论述。在聚氨酯侧链的硬段区通过化学改性方法引入氟碳链基团,并通过改变TEOH-10/MDI的摩尔比控制含氟基团（-CF2CF3）的量;同时以扩链剂形式引入疏水基团（-COOCH3）,在微纳米级的水平上构建了亲水微区和疏水微区的微相分离结构,合成双组份改性的侧链型氟化聚氨酯（FPU）材料。综合考虑涂层表面强度、硬度、厚度等性能指标,通过参数设计及材料成分的配比、选择、优化制备出符合要求的FPU涂层。通过表征手段对涂层组织成分分析,采用傅里...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水接触角示意图
利水电大学硕士学位论文8（5）130°<θ<150°，高疏水状态；（6）θ>150°，超疏水状态。1.5.4表面能FPU表面能的大小受到氟碳链的表面聚集程度及多种化学键的相互作用影响，当含氟链段及疏水基团引入PU硬段结构中，由于PU体系内部存在大量的氢键结构，近表面的键能较高C-F链（键能540kJ/mol）以及极性高的含氟基团使硬段组分中F-MDI分子间的内聚能增加[77]。FPU内部氟链段与硬段之间氢键化，硬段与硬段之间形成的氢键作用，以及软硬段之间的相互作用，氢键化变的丰富。FPU的软硬段相互作用对表面性能的影响原理如图1-2，部分扩链剂TEG分别与聚醚链段（PTMEG）组成的软段相为连续的，与MDI组成的硬段相为非连续的，氢键结构诱导软段线性大分子碳链的折叠和螺旋，在软、硬段相区之间起协调作用。硬段内部氢键化作用加强，软硬微区的微相分离程度加强，降低了材料表面能。研究发现，共价连接体系中不同极性和构型的二价基团和三价基团存在某些成分在表面的富集现象，表面上的富集可以由体积结构、表面附近的相分离程度和两种组分之间的表面自由能差来控制[78,79]。材料的表面能的大小可以通过接触角来反映，表面能越低，疏水性越好，疏水角也就越大。疏水角θ是润湿程度的度量，液体浸润固体，其疏水角越小，润湿性越好。图1-2软段和硬段对涂层表面能的影响Fig1-2EffectofSoftsegmentandHardsegmentforsurfaceenergy1.5.5耐水性能涂层性能评价时需进行耐水性能检测，耐水性的优异程度对涂层的保护性能有着决定性的影响。水工金属防护涂层在实际应用中起到隔离水和基材的作用，但水能够渗透涂层对接触到基材产生破坏，渗透的水或盐水等物质会引起涂层膨胀起泡以及色泽改变等。除此之外，水的渗透直接造成了涂层的湿附着力下降，影响
1绪论9据本实验要求，采用加速耐水检验方法，耐浸泡时间愈长，涂层的变化越小，耐水性愈好。在涂层进行浸水试验后再测其湿附着力，即在原始样板划格后测其于附着力，验证浸水试验对其附着力的损伤，此时得到的涂层附着力称为二次物性。1.5.6耐腐蚀性能水工金属腐蚀的主要原因是水和氧以相当大的速度穿透涂层膜接触金属界面后引起的一系列化学、电化学反应造成。因此涂层除了具有良好的耐水性（即渗水性要小）、良好的附着力使得涂层能牢固地附着在金属基体上，还要有一定的表面硬度及机械强度抵抗冲蚀磨蚀，良好的耐腐蚀性能减缓基材的腐蚀破坏。当涂层与具有腐蚀性的介质接触时，能够在介质的腐蚀下保持其功能，不会发生对涂层防护功能有害化学反应或者物理上的破坏，则证明涂层的耐腐蚀性良好。实际应用会出现涂层耐腐蚀性能很好，但对基材附着力和机械性能不佳，不足以承受磨损、冲蚀作用的情况，或者只能满足其中一项或多项使用要求。为了解决具体应用时的矛盾，需对材料进行改性制备满足特殊工况且兼具多种使用性能良好的涂层材料。1.5.7耐老化性能图1-3光谱能量分布图：(1)阳光，(2)氙弧灯，(3)UVA，(4)金属卤化物，(5)碳弧灯Fig1-2Spectralenergydistribution:(1)Sunlight,(2)XenonArcLamp,(3)UVA,(4)MetalHalide,(5)CarbonArcLamp涂层的耐老化性能是综合评价涂层使用寿命的最主要指标，同时耐老化性能相关试
【参考文献】：
期刊论文
[1]三门峡水库高含沙洪水的排沙特性研究[J]. 张翠萍,曲少军,尚红霞,陈真. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]中国不同气候区典型流域的水文变化特性[J]. 管晓祥,刘悦,金君良,刘翠善,刘艳丽,王国庆. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2018(03)
[3]聚氨酯在水轮机抗空蚀运用中的探讨[J]. 王庆书,吴定平,周峰峰,王涛. 水电与新能源. 2018(03)
[4]超支化聚氨酯改性水性环氧树脂固化剂的制备与性能[J]. 杨红光,杨建军,吴庆云,张建安,吴明元. 高分子材料科学与工程. 2017(10)
[5]聚氨酯弹性体在固海扬黄水泵叶轮磨蚀防护中的应用[J]. 张印,张雷,郭维克,王勇,李贵勋,杨勇. 水泵技术. 2017(04)
[6]水轮机金属材料及其涂层抗空蚀和沙浆冲蚀研究进展[J]. 杜晋,张剑峰,张超,游文明. 表面技术. 2016(10)
[7]疏水性含氟聚氨酯的合成及其耐气蚀磨损性能的研究[J]. 张瑞珠,卢伟,严大考,刘晓东. 高分子学报. 2015(07)
[8]核电厂海水循环泵用两种耐腐蚀涂层[J]. 伊成龙,张乐福. 腐蚀与防护. 2012(07)
[9]钢管桩阴极保护与Denso防腐蚀技术联合保护[J]. 李云飞,唐聪,陈韬. 中国港湾建设. 2011(02)
[10]耐海洋环境中霉菌腐蚀有机涂层的研究[J]. 石娇,曲彦平. 表面技术. 2011(01)
本文编号：3127085
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水接触角示意图
利水电大学硕士学位论文8（5）130°<θ<150°，高疏水状态；（6）θ>150°，超疏水状态。1.5.4表面能FPU表面能的大小受到氟碳链的表面聚集程度及多种化学键的相互作用影响，当含氟链段及疏水基团引入PU硬段结构中，由于PU体系内部存在大量的氢键结构，近表面的键能较高C-F链（键能540kJ/mol）以及极性高的含氟基团使硬段组分中F-MDI分子间的内聚能增加[77]。FPU内部氟链段与硬段之间氢键化，硬段与硬段之间形成的氢键作用，以及软硬段之间的相互作用，氢键化变的丰富。FPU的软硬段相互作用对表面性能的影响原理如图1-2，部分扩链剂TEG分别与聚醚链段（PTMEG）组成的软段相为连续的，与MDI组成的硬段相为非连续的，氢键结构诱导软段线性大分子碳链的折叠和螺旋，在软、硬段相区之间起协调作用。硬段内部氢键化作用加强，软硬微区的微相分离程度加强，降低了材料表面能。研究发现，共价连接体系中不同极性和构型的二价基团和三价基团存在某些成分在表面的富集现象，表面上的富集可以由体积结构、表面附近的相分离程度和两种组分之间的表面自由能差来控制[78,79]。材料的表面能的大小可以通过接触角来反映，表面能越低，疏水性越好，疏水角也就越大。疏水角θ是润湿程度的度量，液体浸润固体，其疏水角越小，润湿性越好。图1-2软段和硬段对涂层表面能的影响Fig1-2EffectofSoftsegmentandHardsegmentforsurfaceenergy1.5.5耐水性能涂层性能评价时需进行耐水性能检测，耐水性的优异程度对涂层的保护性能有着决定性的影响。水工金属防护涂层在实际应用中起到隔离水和基材的作用，但水能够渗透涂层对接触到基材产生破坏，渗透的水或盐水等物质会引起涂层膨胀起泡以及色泽改变等。除此之外，水的渗透直接造成了涂层的湿附着力下降，影响
1绪论9据本实验要求，采用加速耐水检验方法，耐浸泡时间愈长，涂层的变化越小，耐水性愈好。在涂层进行浸水试验后再测其湿附着力，即在原始样板划格后测其于附着力，验证浸水试验对其附着力的损伤，此时得到的涂层附着力称为二次物性。1.5.6耐腐蚀性能水工金属腐蚀的主要原因是水和氧以相当大的速度穿透涂层膜接触金属界面后引起的一系列化学、电化学反应造成。因此涂层除了具有良好的耐水性（即渗水性要小）、良好的附着力使得涂层能牢固地附着在金属基体上，还要有一定的表面硬度及机械强度抵抗冲蚀磨蚀，良好的耐腐蚀性能减缓基材的腐蚀破坏。当涂层与具有腐蚀性的介质接触时，能够在介质的腐蚀下保持其功能，不会发生对涂层防护功能有害化学反应或者物理上的破坏，则证明涂层的耐腐蚀性良好。实际应用会出现涂层耐腐蚀性能很好，但对基材附着力和机械性能不佳，不足以承受磨损、冲蚀作用的情况，或者只能满足其中一项或多项使用要求。为了解决具体应用时的矛盾，需对材料进行改性制备满足特殊工况且兼具多种使用性能良好的涂层材料。1.5.7耐老化性能图1-3光谱能量分布图：(1)阳光，(2)氙弧灯，(3)UVA，(4)金属卤化物，(5)碳弧灯Fig1-2Spectralenergydistribution:(1)Sunlight,(2)XenonArcLamp,(3)UVA,(4)MetalHalide,(5)CarbonArcLamp涂层的耐老化性能是综合评价涂层使用寿命的最主要指标，同时耐老化性能相关试
【参考文献】：
期刊论文
[1]三门峡水库高含沙洪水的排沙特性研究[J]. 张翠萍,曲少军,尚红霞,陈真. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]中国不同气候区典型流域的水文变化特性[J]. 管晓祥,刘悦,金君良,刘翠善,刘艳丽,王国庆. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2018(03)
[3]聚氨酯在水轮机抗空蚀运用中的探讨[J]. 王庆书,吴定平,周峰峰,王涛. 水电与新能源. 2018(03)
[4]超支化聚氨酯改性水性环氧树脂固化剂的制备与性能[J]. 杨红光,杨建军,吴庆云,张建安,吴明元. 高分子材料科学与工程. 2017(10)
[5]聚氨酯弹性体在固海扬黄水泵叶轮磨蚀防护中的应用[J]. 张印,张雷,郭维克,王勇,李贵勋,杨勇. 水泵技术. 2017(04)
[6]水轮机金属材料及其涂层抗空蚀和沙浆冲蚀研究进展[J]. 杜晋,张剑峰,张超,游文明. 表面技术. 2016(10)
[7]疏水性含氟聚氨酯的合成及其耐气蚀磨损性能的研究[J]. 张瑞珠,卢伟,严大考,刘晓东. 高分子学报. 2015(07)
[8]核电厂海水循环泵用两种耐腐蚀涂层[J]. 伊成龙,张乐福. 腐蚀与防护. 2012(07)
[9]钢管桩阴极保护与Denso防腐蚀技术联合保护[J]. 李云飞,唐聪,陈韬. 中国港湾建设. 2011(02)
[10]耐海洋环境中霉菌腐蚀有机涂层的研究[J]. 石娇,曲彦平. 表面技术. 2011(01)
本文编号：3127085
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