PTMG-MDI型聚氨酯彈性體涂層在海洋環(huán)境下的老化行為研究

汪 洋，馮增輝，李冬冬，代青華，杜雯雯（1.武漢材料保護(hù)研究所，湖北武漢 430030；2.特種表面保護(hù)材料及應(yīng)用技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430030）

PTMG-MDI型聚氨酯彈性體涂層在海洋環(huán)境下的老化行為研究

汪 洋1，2，馮增輝1，2，李冬冬1，2，代青華1，2，杜雯雯1，2
（1.武漢材料保護(hù)研究所，湖北武漢 430030；2.特種表面保護(hù)材料及應(yīng)用技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430030）

對比PTMG-MDI型聚氨酯彈性體涂層在海洋大氣區(qū)、潮汐區(qū)和全浸區(qū)三類環(huán)境下試驗(yàn)180 d后的涂層光澤度和抗拉強(qiáng)度，結(jié)果顯示：大氣區(qū)和潮汐區(qū)涂層的光澤度下降明顯，而全浸區(qū)涂層的光澤度變化不明顯；大氣區(qū)涂層的抗拉強(qiáng)度大幅下降，潮汐區(qū)涂層次之，全浸區(qū)涂層抗拉強(qiáng)度下降最小。試驗(yàn)結(jié)果表明：在海洋環(huán)境下，陽光對彈性體涂層的光澤度和抗拉強(qiáng)度有顯著影響，而單一的海水浸泡對彈性體涂層的光澤度和抗拉強(qiáng)度影響較小。

聚氨酯彈性體；海洋環(huán)境；老化

0 引言

聚氨酯彈性體的分子鏈?zhǔn)怯蓜傂枣湺魏腿嵝枣湺蜗嗷ヨ偳稑?gòu)成，具有良好的耐磨損性、耐撕裂性、耐化學(xué)腐蝕性、彈性和吸震能力，因而在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、交通、國防、航天航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［1］。聚氨酯彈性體耐候性較差，在使用過程中易發(fā)生老化，從而導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降，使用壽命縮短。聚氨酯彈性體材料的老化主要由化學(xué)介質(zhì)、熱、水和紫外光等引發(fā)，不同環(huán)境下聚氨酯彈性體的老化降解機(jī)理不同［2］。本研究對比分析了180 d實(shí)海浸泡后PTMG-MDI（聚四氫呋喃醚二醇-4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯）型聚氨酯彈性體的光澤度和抗拉強(qiáng)度，研究了PTMG-MDI型聚氨酯彈性體在不同海洋環(huán)境下的老化行為，為該類材料在海洋工程中的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 實(shí)海試驗(yàn)

將PTMG-MDI型聚氨酯彈性體噴涂于工件表面，干燥固化后，在海南三亞海水腐蝕試驗(yàn)站進(jìn)行實(shí)海浸泡試驗(yàn)，工件半浸于海水中，上部為海洋大氣區(qū)，中部為海洋潮汐區(qū)，底部為海洋全浸區(qū)。浸泡180 d后將工件取出，用鏡像光澤度儀分別測試工件表面位于大氣區(qū)、潮汐區(qū)和全浸區(qū)的涂層光澤度，并取工件上位于大氣區(qū)（朝陽面的試樣）、潮汐區(qū)和全浸區(qū)的涂層制成Ⅱ型啞鈴狀拉伸試樣，用萬能試驗(yàn)機(jī)測試其拉伸強(qiáng)度。

1.2 性能測試

紫外線老化性能：按 GB/T 16422.2—1999進(jìn)行測試；拉伸強(qiáng)度和伸長率：按 GB/T 528—2009進(jìn)行測試。

2 結(jié)果和討論

2.1 浸泡區(qū)域環(huán)境條件

海南三亞地區(qū)的氣候?qū)贌釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候。年平均氣溫25.4℃，七月平均最高氣溫28.3℃，一月平均最低氣溫20.7℃，全年日照時(shí)間約2 563 h，全年降雨總量1 725.7 mm；試驗(yàn)站位于東經(jīng)109°32′，北緯18°13′，其海水溶解氧濃度4.5 mL/L，pH 8.3；年輻射強(qiáng)度1 430.80 kW·h·m-2，日輻射強(qiáng)度3.92 kW·h·m-2。

2.2 光學(xué)性能測試結(jié)果及討論

PTMG-MDI型聚氨酯彈性體涂層經(jīng)過180 d實(shí)海浸泡后，利用鏡向光澤度儀測得不同區(qū)域涂層的光澤度，如表1所示。

表1 工件表面不同區(qū)域涂層的光澤度Table 1 Gloss of the coating on different region of workpiece surface

由表1可見：PTMG-MDI型聚氨酯彈性體涂層經(jīng)過實(shí)海浸泡后，大氣區(qū)和潮汐區(qū)涂層的光澤度下降明顯，而全浸區(qū)涂層的光澤度變化不明顯，這主要是由于聚氨酯彈性體涂層吸收了自然光中波長>340 nm的光后，MDI中的亞甲基發(fā)生氧化，生成不穩(wěn)定的氫過氧化物，進(jìn)而生成發(fā)色基團(tuán)——醌-酰亞胺結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)導(dǎo)致聚氨酯材料變黃；進(jìn)一步氧化后，顏色繼續(xù)加深，最后變?yōu)殓晟?］。

2.3 力學(xué)性能測試結(jié)果及討論

取工件上位于大氣區(qū)、潮汐區(qū)和全浸區(qū)的涂層制成Ⅱ型啞鈴狀拉伸試樣，利用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

由表2可見：PTMG-MDI型聚氨酯彈性體涂層具有很好的抗拉強(qiáng)度，可達(dá)15.6 MPa。經(jīng)實(shí)海浸泡后，大氣區(qū)涂層的拉伸強(qiáng)度大幅下降，降至4.6 MPa，而潮差區(qū)和全浸區(qū)涂層的抗拉強(qiáng)度下降幅度較小，說明在實(shí)海環(huán)境中，大氣區(qū)紫外線對 PTMG-MDI型聚氨酯彈性體涂層老化后的力學(xué)性能影響程度更大，而海水因素對涂層力學(xué)性能的影響較小，PTMG-MDI型聚氨酯涂層的耐海水性能優(yōu)異，但耐候性較差。

表2 工件表面不同區(qū)域涂層的拉伸強(qiáng)度Table 2 Tensile strength of the coating on differentregion of workpiece surface

3 結(jié)語

綜上所述，在海洋環(huán)境中，光照因素對PTMGMDI型聚氨酯彈性體涂層的老化降解行為起到了主要作用，而海水因素對PTMG-MDI型聚氨酯彈性體涂層的老化降解行為影響較小。即在海洋環(huán)境下，光引發(fā)的聚氨酯老化降解行為占據(jù)主導(dǎo)地位。PTMG-MDI型聚氨酯彈性體涂層在吸收了一定波長的光后，分子鏈發(fā)生斷裂、交聯(lián)，從而導(dǎo)致涂層的物理性能下降，使用壽命縮短。

1 杜達(dá)文，汪永彬，蘇玲，等. 聚氨酯彈性體的研究進(jìn)展［J］.化工中間體，2013（11）：9-14.

2 陳曉康，寧培森，王玉民，等.提高聚氨酯耐紫外老化性的研究進(jìn)展［J］. 熱固性樹脂，2009，24（6）：44-49.

3 孔明涵，王庭慰，李冬梅，等.影響聚氨酯彈性體紫外線穩(wěn)定性的因素［J］. 聚氨酯工業(yè)，2006，21（6）：37-40.

Study on the Aging Behavior of PTMG-MDI PU Elastomer Coating in the Marine Environment

Wang Yang1，2，F(xiàn)eng Zenghui1，2，Li Dongdong1，2，Dai Qinghua1，2，Du Wenwen1，2
（1.Wuhan Research Institute of Materials Protection，Wuhan Hubei，430030，China；2.State Key Laboratory of Special Surface Protection Materials and Application Technology，Wuhan Hubei，430030，China）

Compared the gloss and tensile strength of PTMG-MDI polyurethane elastomer coating after testing for 180 days in the marine atmospheric zone，tidal zone and immersion zone，the results showed that：the gloss of the coating in atmospheric zone and tidal zone decreased significantly，while the gloss of coating in the immersion zone had no obvious change. The tensile strength of coating in atmospheric zone declined sharply，followed by the coating in the tidal zone，the coating in immersion zone had the minimum descent. The results indicated that in the marine environment，the sun had a significant influence on the gloss and tensile strength of elastomeric coating，and sea water immersion alone had less impact on the gloss and tensile strength of elastomeric coating.

polyurethane elastomer；marine environment；aging

TQ 630.7

A

1009-1696（2017）03-0011-03

2016-09-26

汪洋，男，33歲，工程師，2010年機(jī)械科學(xué)研究總院碩士研究生畢業(yè)，現(xiàn)就職于武漢材料保護(hù)研究所涂料涂裝事業(yè)部。多年來一直從事特種涂料產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用和裝備防腐方案設(shè)計(jì)等工作。主持開發(fā)水性涂料、耐高溫涂料、耐沾污涂料、可剝涂料、聚氨酯彈性體涂料等多種特種涂料及涂裝相關(guān)產(chǎn)品。申請國家專利9項(xiàng)，榮獲湖北省科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)，武漢市科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)，機(jī)械科學(xué)聯(lián)合會二等獎1項(xiàng)。