噴涂聚脲防護涂層耐腐蝕性能及長期自然曝曬老化性能研究

發(fā)布時間：2020-03-24 19:09

【摘要】：處于海洋大氣環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于受到陽光、水、氧氣、腐蝕離子等多種綜合因素的影響,其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過早失效現(xiàn)象,耐久性問題日漸突出。有機防護涂層作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要防護手段之一,對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防護起到了至關(guān)重要的作用。本文以QF-162、QF-165聚脲涂層和QF-177聚氨酯涂層三種防護涂層為研究對象,探討了三種防護涂層的常規(guī)性能(光澤度、拉伸性能、硬度、接觸角和表面能),并結(jié)合微觀掃描電鏡(SEM)和紅外光譜(FT-IR)對防護涂層的耐海水腐蝕、耐酸腐蝕及長期自然老化性能進行了研究,重點對三種涂層在戶外長期自然曝曬環(huán)境下的耐老化性能進行了對比研究。主要結(jié)論如下:(1)研究QF-162和QF-165聚脲涂層在海水浸泡過程中拉伸強度、斷裂伸長率、硬度、接觸角和表面能的變化規(guī)律,并通過SEM和FT-IR對海水浸泡后兩種聚脲涂層的表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化進行了分析。結(jié)果表明,海水浸泡120d后,兩種聚脲涂層的拉伸強度和斷裂伸長率總體均呈下降趨勢。兩種聚脲涂層的拉伸強度分別下降4.23%和13.29%;斷裂伸長率分別下降7.10%和8.66%;海水浸泡后,QF-162和QF-165聚脲涂層的硬度變化不大,變化率分別是-3.23%和1.10%。兩種聚脲涂層的接觸角均隨浸泡時間的增長而降低,表面能則呈增加趨勢,說明隨著海水浸泡時間的增加,兩種聚脲涂層的潤濕性增強。浸泡120d后,兩種聚脲涂層的接觸角分別降低6.08%和4.46%;表面能分別增加15.83%和12.20%;SEM測試結(jié)果表明海水浸泡使兩種聚脲涂層表面變得粗糙不平,QF-162聚脲涂層表面局部出現(xiàn)孔洞,QF-165聚脲涂層表面產(chǎn)生了許多裂紋。FT-IR研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):QF-162和QF-165聚脲涂層在浸泡120d后,涂層表面分子中N-H化學鍵出現(xiàn)輕微斷裂現(xiàn)象,其它各伸縮振動峰發(fā)生的變化并不明顯,各伸縮振動峰的位置與未浸泡時的伸縮振動峰位置基本保持一致。(2)QF-162聚脲涂層耐酸腐蝕性能研究結(jié)果表明,在10%的硫酸溶液中浸泡30d時,涂層的失光率為1.45%,在10%的鹽酸溶液中浸泡30d時,涂層的失光率為14.86%,根據(jù)失光程度等級表可知,QF-162聚脲涂層在硫酸溶液中沒有發(fā)生失光現(xiàn)象,在鹽酸溶液中發(fā)生輕微失光。力學性能研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在10%硫酸和鹽酸溶液中浸泡30d后,QF-162聚脲涂層的拉伸強度在17MPa左右,斷裂伸長率在480%左右,硬度在90以上,較高的拉伸性能和硬度,說明QF-162聚脲涂層具有較好的彈性性能。表面性能測試結(jié)果發(fā)現(xiàn),QF-162聚脲涂層在10%硫酸和鹽酸溶液中接觸角分別下降29.41%和32.36%,表面能分別增加105.87%和117.45%,可見,相同濃度的硫酸和鹽酸溶液對QF-162聚脲涂層表面性能的影響相差不大。SEM測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)硫酸和鹽酸浸泡使QF-162聚脲涂層表面粗糙程度增加,涂層表面沒有出現(xiàn)明顯的裂紋,說明硫酸和鹽酸對涂層表面形貌的影響不大。FT-IR測試結(jié)果發(fā)現(xiàn),在硫酸和鹽酸浸泡過程中,QF-162聚脲涂層表面N-H伸縮振動峰的強度發(fā)生輕微減弱現(xiàn)象,其它峰的強度變化并不明顯,說明酸浸泡使QF-162聚脲涂層表面分子的化學鍵出現(xiàn)微小斷裂現(xiàn)象。(3)研究QF-162、QF-165聚脲涂層和QF-177聚氨酯涂層在戶外自然曝曬環(huán)境下宏觀性能(光澤度、拉伸性能、硬度、表面性能)和微觀結(jié)構(gòu)(表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu))的變化規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),戶外自然曝曬2493d后,QF-162、QF-165聚脲涂層和QF-177聚氨酯涂層的光澤度均呈下降趨勢,涂層的失光率依次為86.84%、94.67%和96.15%;由失光程度等級表可知,三種涂層屬于完全失光,失光等級均為5級。自然曝曬2493d后,三種涂層拉伸強度依次為16.02MPa、15.25MPa和1.94MPa,變化率分別為-29.37%、-39.12%、-91.52%;斷裂伸長率依次為436.44%、381.99%和30.78%,變化率分別為-14.38%、-17.57%、-94.38%;硬度變化率依次為-5.38%、-10.99%、-12.09%,QF-165聚脲涂層硬度下降率約為QF-162聚脲涂層的2倍;老化2493d后,QF-162和QF-165聚脲涂層接觸角依次下降53.91%、60.93%,QF-177聚氨酯涂層的接觸角已經(jīng)無法測試得到結(jié)果;SEM研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),老化2493d后,QF-162聚脲涂層表面產(chǎn)生較多細小裂縫,這些裂縫在涂層表面呈樹枝型分布;QF-165聚脲涂層表面出現(xiàn)明顯的缺陷,布滿大小不一的裂紋,部分涂層已經(jīng)剝落,表面越來越粗糙;QF-177聚氨酯涂層表面凹凸不平,涂層的形貌有明顯的褶皺狀,涂層出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。FT-IR研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),老化后三種涂層表面N-H、C=O、C-H化學鍵均發(fā)生明顯斷裂現(xiàn)象,老化2493d后三種涂層內(nèi)部試樣結(jié)構(gòu)形態(tài)與老化前相比可以看出,老化2493d后涂層內(nèi)部試樣結(jié)構(gòu)形態(tài)與老化前幾乎保持一致,說明在戶外自然曝曬環(huán)境下,三種涂層僅在表面發(fā)生老化,涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生任何化學鍵的斷裂及氧化還原反應(yīng)。通過以上實驗研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):聚脲防護涂層在海水、10%硫酸、10%鹽酸及戶外自然曝曬環(huán)境中,均表現(xiàn)出良好的耐腐蝕及老化性能�？梢�,聚脲涂層是一種性能優(yōu)異的防護涂層。
【圖文】：

光澤度,標準條件