低表面能聚氨酯弹性涂料的制备及其防污性能研究

发布时间：2020-07-30 22:00

【摘要】：海洋工程钢结构、船舶等在使用过程中不可避免地遭受海洋生物污损,由此带来了很大的经济损失。防止海洋生物污损的方法有很多,其中最为行之有效的便是在海洋装备入水部位表面涂覆一层防污涂层。本文通过研究防污涂层的防污机理,采用氟硅改性聚氨酯,利用氟、硅的低表面能特性,结合聚氨酯良好的弹性,低的弹性模量等力学性能,制备出具有良好性能的低表面能聚氨酯弹性防污涂层。本文首先进行了芳香族低表面能聚氨酯弹性涂层的研制。经过原料筛选,选择PTMG、含氟羟丙基硅油、羟丙基硅油及MDI为芳香族低表面能聚氨酯预聚体的合成原料,选自制PM100与MOCA共混为扩链剂合成原料。通过工艺研究,确定预聚体最佳合成工艺条件。合成不同氟、硅树脂含量的芳香族低表面能聚氨酯弹性涂层,经过性能分析,确定当氟树脂含量为20%时,涂层性能良好。用红外光谱表征了氟树脂含量为20%的预聚体和涂层的分子结构,通过动态热机械分析,确定了涂层的Tg为-10.34℃,在0~80℃范围内,涂层具有良好的弹性和回弹性。为了提高涂层的耐候性,将MDI替换为IPDI,将PM100和MOCA替换为D2000和F520,由此合成了脂肪族低表面能聚氨酯弹性涂层。经性能分析,当氟树脂含量为10%时,涂层性能良好。用红外光谱表征了氟树脂含量为10%的预聚体和涂层的分子结构,通过动态热机械分析,确定了涂层的Tg为-45.41℃,在-45~70℃范围内,涂层具有良好的弹性和回弹性。以性能良好的组分进行防污涂料配方设计,加入质量分数为5%的含氟改性交联剂,10%的功能填料聚四氟乙烯粉末,以及10%的绿色防污剂异噻唑啉酮,制备防污涂层,经室外日光曝晒试验、紫外老化试验及实验室海水浸泡试验测定防污涂层的性能。试验表明,芳香族弹性防污涂层耐候性较差,在室外日光曝晒90 d和紫外老化300 h过程中,涂层易发生黄变,产生微裂纹,造成涂层表面能上升,力学性能降低。脂肪族弹性防污涂层经室外日光曝晒90 d基本无变化,经紫外老化300h,涂层表面出现凹坑,造成力学性能降低。两种防污涂层海水浸泡90 d,涂层性能略有降低。测定了两种弹性防污涂层的异噻唑啉酮释放率,芳香族弹性涂层异噻唑啉酮平均释放率为8.68μg/(cm~2·d),脂肪族弹性涂层的平均释放率为1.32μg/(cm~2·d)。经浅海浸泡9个月试验,芳香族弹性涂层具备较好的防污性能。
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ637
【图文】：

样板,尺寸,表干,中间漆

图 2-2 试验样板尺寸层的制备板表面喷砂处理后，喷涂环氧富锌底漆厚度约 100 μm，表干中间漆厚度约 20 μm，表干后，再喷涂低表面能聚氨酯防污3 块试板。海浸泡燥后，养护 7d，送至烟台龙口海域，进行浅海浸泡试验。

红外光谱图,芳香族,红外光谱图,预聚体

图 3-3 芳香族聚氨酯固化前后红外光谱图-3 中可以看出，芳香族预聚体在 3450 cm-1左右未出现-OH 吸-OH 已完全反应，含氟多元醇与 MDI 共聚完成，生成了我们体。芳香族预聚体在 2260 cm-1处出现强的吸收峰，为-NCO族聚氨酯在 2260 cm-1处的吸收峰消失，说明芳香族预聚体扩芳香族聚氨酯。聚氨酯涂层红外谱图的主要峰位及对应特征表 3-8 聚氨酯涂层红外光谱主要峰位及特征峰峰位（cm-1）特征峰3330～3310 亚氨基-NH 伸缩振动2990～2850 饱和 C-H 伸缩振动峰1720～1700 氨基酯 C=O 伸缩振动

曲线,动态热机械分析,芳香族,聚氨酯

图 3-4 芳香族聚氨酯动态热机械分析图 3-4 中，Loss Modulus 为损耗模量表示材料耗散变形能量的能力，是能度量，损耗模量越小，阻尼损耗因数也越小，表明材料越接近理想弹性材料age Modulus 为储能模量，其实质是弹性模量，衡量材料存储弹性变形能量储存模量越低，材料越容易发生弹性形变，是表征材料回弹性的指标[83]。ta 表示储能模量与损耗模量的比值，其峰值对应的温度表示材料的玻璃化转g。从图 3-4 中可以看出，芳香族聚氨酯的损耗模量在-100~-41.14℃范围内，的升高而升高至峰值，说明材料离理想弹性体材料越来越偏离，在-41.14℃程度达到最大，在-41.14~150℃范围内，损耗模量随着温度的升高而降低稳，说明材料在向理想弹性体材料接近，在 0~150℃范围内，损耗模量稳水平，此时材料比较接近理想弹性体材料的状态弹性较好。储存模~150℃范围内，随着温度的升高逐渐降低至趋于平稳，说明随着温度的升的回弹性越来越好，然后稳定在一定水平。由 Tan Delta 曲线可以看出，芳

【参考文献】