管道防腐大修用聚脲涂料的研究與制備

魯曉東（深圳市惠宇科技有限公司，廣東深圳518010）

管道防腐大修用聚脲涂料的研究與制備

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聚脲涂料是一種新型涂料，其本身具有綠色無污染等優(yōu)良性能。本文首先對管道防腐大修用聚脲涂料的制備進行研究，之后針對實驗制備的結(jié)果，針對聚脲涂料在實際應(yīng)用中的多種性能做出分析，并提出一些能夠改善性能、增強聚脲涂料噴涂質(zhì)量的方法。

管道防腐大修；聚脲涂料性能；A、R組分

聚脲涂料噴涂技術(shù)的發(fā)展是在70年代中后期，其本身是通過A（異氰酸酯）組分和R（氨基化合物）組分反應(yīng)生成的彈性體物質(zhì)。聚脲涂料可以在化工防腐、耐磨材料、近岸設(shè)施等多個方面均起到很好的應(yīng)用效果，在管道防腐大修上，利用聚脲涂料可以讓管道防腐性能、耐沖擊性能均得到提升。

1 管道防腐大修用聚脲涂料的制備

1.1 端氨基聚醚的合成

端氨基聚醚是聚脲涂料中的關(guān)鍵成分，其合成制備目前存在多種方法，以芳香族端氨基聚醚為例，其合成可分為水解法、Simons法和氨苯氧基法，水解法主要合成方法為將堿性水溶液和聚酯多元醇/聚醚TDI預(yù)聚物進行反應(yīng)，讓氨基甲酸中間體得以生成，之后可以得到氨基化合物；Simons法為利用對硝基苯異氰酸酯對聚醚二元醇予以封端處理，之后利用加氫等手段使得反應(yīng)出現(xiàn)，硝基→胺基，同樣，利用苯二胺和聚醚雙氯甲酯的反應(yīng)也可以得到ATPE；氨苯氧基法是讓強堿、極性溶劑作用于氯代硝基苯上，讓聚醚多元醇和它發(fā)生反應(yīng)，之后利用加氫反應(yīng)使得氨苯氧基化合物得到還原。在脂肪族端氨基聚醚合成方法中，主要有氨解法、離去基團法和氨基丁烯酸酯法。生產(chǎn)聚醚的工序可分為四步，即制備醇鉀催化體系、環(huán)氧丙烷聚合反應(yīng)、中和脫色處理和蒸餾處理。

1.2 A、R組分篩選與制備

1.2.1 組分篩選

聚脲涂料技術(shù)A組是端羥基聚醚和異氰酸酯/衍生物反應(yīng)而來的預(yù)聚物，R組為胺類擴鏈劑、端氰基聚醚共同組成，兩組在分熱加壓條件下會發(fā)生快速混合現(xiàn)象，聚脲涂料因此生成。A組可以分為二苯甲烷-4,4′-二異氰酸酯和端羥基聚醚生成改性MDI，共有3種異構(gòu)體存在于單分子MDI本身之中，R組分和不同結(jié)構(gòu)MDI反應(yīng)特性存在差異，改性多異氰酸酯原材料的整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對于聚脲涂料的性能方面具有很大影響。聚合改性MDI可如圖1所示。

圖1 聚合改性MDI

結(jié)合圖1，可以完成聚合改性工作，對A組分進行設(shè)計對于配方設(shè)計具有重要意義。R組分的設(shè)計需要體現(xiàn)在對質(zhì)量優(yōu)良擴鏈劑的篩選與確認擴鏈劑的質(zhì)量百分比和確定端氨基聚醚?？梢詫矍杷狨ズ统Ｓ迷戏磻?yīng)活性速度進行分析，選擇反應(yīng)速度較為合適的低分子擴鏈劑，進而完成R組分最佳配方設(shè)計。經(jīng)過篩選，A組為Suprasec 2067,R組為擴鏈劑、端氨基聚醚、結(jié)構(gòu)填料、助劑[1]。

1.2.2 組分制備

在R組制備方面，需要稱量好各個化學成分，可以對規(guī)定之內(nèi)的端氨基聚醚進行稱取，然后將高黏度物質(zhì)予以添加，讓其混合均勻，然后將低分子擴鏈劑予以添加，每種物質(zhì)的添加都需要進行約13分鐘的攪拌，在黏度出現(xiàn)且顏色均勻后，可以將硅微粉予以添加，并進行攪拌，攪拌過程可以利用電動機設(shè)備。如在本次制備中，就采用500KW單相串聯(lián)電動機，其攪拌速率是3000轉(zhuǎn)/分鐘。最后需要20分鐘的靜置，這樣可以讓氣泡得到釋放。

1.3 配方改進

考慮到聚脲涂料對管道防腐附著力要求，可以對配方進行改進，熱作用會讓高分子鏈段活動性能提高，能夠讓水分子滲透，進而使得化學鍵受到破壞。對此，在制備時，可以對配方的設(shè)計工作稍作改動，具體改動可分為兩個方面，第一，制備低吸水率的聚脲涂料，提高水分子滲透難度；第二，讓聚脲涂料Tg得到提升，當測試條件是75℃時，聚脲高分子鏈段在凍結(jié)狀態(tài)，氫鍵、化學鍵的束縛會讓水分子很難傳播，會讓水分子粘合作用很難產(chǎn)生。

2 聚脲涂料性能研究

擴鏈劑的不同會對聚脲涂料性能產(chǎn)生影響，通過多次實驗，可以得出NCO基團和R組分中各組分的反應(yīng)活性，最大為Jeffamine T403，最小為Wandallink 6200，也可以得到在聚脲涂料R組分中對于拉伸輕度性能、表面硬度性能的作用大小，其影響力最大的是Ethacure100，在凝膠時間方面，在A組已經(jīng)被固定的前提下，需要調(diào)節(jié)R組分中的Wanalink6200、Etha?cure100、Jeffamine D400、Jeffamine T-403配比比例。聚脲涂料本身特點決定了其在管道防護大修中應(yīng)用具有良好的耐鹽霧性、耐化學介質(zhì)性、力學性能以及耐沖擊性。利用當前市場中可大規(guī)模購買的相應(yīng)材料，可以進行配方設(shè)計，A組分共有兩種選擇，一是Wannate8312聚脲涂料配方，二是SPI公司組分的聚脲涂料配方，經(jīng)過研究，可以發(fā)現(xiàn)二者除A料預(yù)聚體不同之外，其R料凝膠時間分別為10s和8s，剩余R料中的Jeffamine系列端氨基聚醚都為40%～70%，液體胺類擴鏈劑都為10%～15%，助劑都為0%～10%。其檢測過程利用到了10%H2SO4、30%NaCI、30%NaOH和2號柴油，都沒有脫落情況和產(chǎn)生氣泡的情況，鹽霧性的測試也表現(xiàn)良好，沖擊性也均達到相關(guān)要求[2]。聚脲/金屬附著力會受到熱、水分子等多方面的影響，因此，在涂裝聚脲涂層之前需要處理金屬表面，處理方法可分為三個方面，即表面改性處理、化學法和機械噴沙法。利用實驗，可以發(fā)現(xiàn)表面噴砂的效果最好，當前，噴砂的介質(zhì)主要有河砂、石英砂、鋼丸、鋼絲切球、鋼砂等，實踐證明，使用鋼絲切球具有輪廓深度大且會形成倒鉤的特點。

3 結(jié)語

綜上所述，通過選擇合理的端氨基聚醚合成方法，對A、R組分進行篩選和改進，可以完成聚脲涂料的制備工作，通過實驗檢測，可以發(fā)現(xiàn)此種配方設(shè)計可以取得良好的效果，但根據(jù)管道防腐大修的實際情況，需要依靠調(diào)節(jié)配比比例、處理金屬表面等方法進行及時調(diào)整。

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[1]楊赫,劉彥禮.近年我國油氣管道防腐技術(shù)的應(yīng)用[J].化學工程師,2008,02:28-31.

[2]王泉.以管道防腐為例淺談防腐材料技術(shù)的新發(fā)展[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2011,13:135.