醫(yī)院特殊建筑用改性聚氨酯密封膠防腐性能測試研究

楊陽 王晶晶 朱浩 張昊沖 錢怡佳

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.010

摘 要：為提升醫(yī)院特殊建筑用聚氨酯密封膠防腐性能，對醫(yī)院建筑用聚氨酯密封膠防腐性能進(jìn)行分析。制備了一種適用于醫(yī)院特殊建筑用改性聚氨酯密封膠并將其涂抹到混凝土基體上，構(gòu)建測試試件。將試件放到鹽霧侵蝕環(huán)境、濕熱腐蝕環(huán)境、干濕循環(huán)腐蝕環(huán)境中進(jìn)行腐蝕模擬，測試腐蝕后的電化學(xué)阻抗譜和附著力。結(jié)果表明，隨著腐蝕時(shí)間的延長，電阻值在呈現(xiàn)降低的趨勢。剝離率和孔隙率對比可知，鹽霧侵蝕環(huán)境中的剝離率和孔隙率要高于濕熱腐蝕環(huán)境、干濕循環(huán)腐蝕環(huán)境。隨著腐蝕時(shí)間的延長，附著力整體呈現(xiàn)下降狀態(tài)，其中濕熱腐蝕環(huán)境附著力下降的最快，其次是鹽霧侵蝕環(huán)境，最后是干濕循環(huán)腐蝕環(huán)境。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院建筑；聚氨酯密封膠；腐蝕環(huán)境；電化學(xué)阻抗譜；附著力；防腐性能

中圖分類號：TQ437+.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號：1001-5922（2024）02-0035-04

Test and study on the anti-corrosion performance of modified polyurethane sealant for special construction in hospitals

YANG Yang，WANG Jingjing，ZHU Hao，ZHANG Haochong，QIAN Yijia

（The Second Affiliated Hospital of Suzhou University，Suzhou 215000，Jiangsu China）

Abstract：In order to improve the anti-corrosion performance of polyurethane sealants for special buildings in hospitals，the anti-corrosion performance of polyurethane sealants for hospital buildings was analyzed.A modified polyurethane sealant suitable for special construction in hospitals was prepared and applied to the concrete matrix to construct test specimens.The specimen was placed in the salt spray erosion environment，damp heat corrosion environment，and dry and wet cycle corrosion environment for corrosion simulation，and the electrochemical impedance spectrum and adhesion after corrosion were tested.The results showed that the resistance value decreased with the extension of corrosion time.The comparison of peel rate and porosity showed that the peel rate and porosity in salt spray erosion environments were higher than those in damp heat corrosion environments and dry wet cyclic corrosion environments.With the extension of corrosion time，the overall adhesion decreased，with the fastest decrease occurring in damp heat corrosion environments，followed by salt spray corrosion environments，and finally the dry wet cyclic corrosion environments.

Key words：hospital building;polyurethane sealant;corrosive environment;electrochemical impedance spectroscopy;Adhesion;corrosion resistance performance

醫(yī)院作為重要的醫(yī)療衛(wèi)生場所，在維護(hù)人們健康方面發(fā)揮了十分重要的作用。在當(dāng)下為節(jié)省建造時(shí)間，醫(yī)院很多建筑都采用了裝配式建筑模式。因此這類建筑質(zhì)量很容易受到密封膠密封性能的影響^[1]。關(guān)于建筑密封膠性能的研究比較多，例如在其研究中以聚氨酯密封膠為例，在進(jìn)行制備之后，分析了不同因素對其性能的影響^[2]。在其研究中以硅烷改性聚醚密封膠為例，分析了觸變劑、催化劑不同選擇下密封膠性能的變化情況^[3]。在其研究中以苯丙硅酮密封膠為基礎(chǔ)，利用納米SiO₂/有機(jī)硅復(fù)合彈性體進(jìn)行了改性，然后對改性前后的密封膠性能進(jìn)行了對比分析， 驗(yàn)證了改性效果^[4]。

研究人員對密封膠性能的研究多集中在力學(xué)性能方面，對其防腐性能的研究較少^[5]。在實(shí)際建造中對聚氨酯密封膠防腐性能有著更高的要求^[6]。與其他類型的密封膠相比，聚氨酯密封膠在裝配式建筑施工中更為常用，在醫(yī)院特殊建筑中發(fā)揮了重要作用。

1?實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1?實(shí)驗(yàn)材料

制備醫(yī)院特殊建筑聚氨酯密封膠以及進(jìn)行防腐性能測試過程中所需要的主要實(shí)驗(yàn)原料和化學(xué)藥品：二苯基甲烷二異氰酸酯（純度≥98.0%），青島市錦達(dá)化工有限公司；苯甲酰氯（純度99%），濟(jì)南匯豐達(dá)化工有限公司；聚四氫呋喃醚二醇（純度98%）山東穗華生物科技有限公司;對苯二酚（阻聚劑，純度99.5%），鄭州生?；ぎa(chǎn)品有限公司；1，4-丁二醇（純度99%），武漢吉鑫益邦生物科技有限公司;異戊稀醇聚氧乙稀醚（純度99%），青島天鑫化工有限公司。

1.2?實(shí)驗(yàn)設(shè)備

主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備：FA2204B電子天平，青島路博偉業(yè)環(huán)?？萍加邢薰?RD/YWX-250鹽霧箱，安徽銳德儀器設(shè)備有限公司;KQ-700DA超聲波清洗器，上?？评噭┯邢薰?delta50電熱鼓風(fēng)干燥箱，東莞市高升電子精密科技有限公司;SMB-1000PF高低溫濕熱試驗(yàn)箱，東莞市皓天試驗(yàn)設(shè)備有限公司；HH-WO-5L數(shù)顯恒溫油浴鍋，鄭州科華儀器設(shè)備有限公司；RNKS-PFAlnZL三口燒瓶，南京瑞尼克科技開發(fā)有限公司；delta21數(shù)顯恒溫水浴鍋，東莞市高升電子精密科技有限公司；JJ-1精密定時(shí)電動攪拌器，上海長肯試驗(yàn)設(shè)備有限公司；WGDF電化學(xué)工作站，西安太康生物科技有限公司；HD-FZL附著力測試儀，北京航天華宇試驗(yàn)儀器有限公司。

1.3?醫(yī)院特殊建筑聚氨酯密封膠制備工藝

為保證測試結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性，研究中防腐性能測試所需要的測試對象——醫(yī)院建筑聚氨酯密封膠選擇自行制備，而不是直接購買^[7]。

1.3.1?制備預(yù)聚體

（1）利用電子天平稱量預(yù)聚體制備所需要的所有材料的用量；

（2）將稱量的聚四氫呋喃醚二醇放入準(zhǔn)備好的三口燒瓶當(dāng)中并利用精密定時(shí)電動攪拌器攪拌均勻；

（3）放入數(shù)顯恒溫水浴鍋當(dāng)中，恒溫60 ℃加熱20 min，直至融化；

（4）數(shù)顯恒溫水浴鍋溫度上調(diào)至120 ℃，減壓脫水2 h；

（5）取出，室溫降至60 ℃；

（6）放入二苯基甲烷二異氰酸酯并攪拌均勻；

（7）放入數(shù)顯恒溫油浴鍋中持續(xù)加熱，期間滴加對苯二酚，直至溫度達(dá)到80 ℃并維持恒定，時(shí)間為2 h；

（8）取出，室溫下冷卻至 40 ℃出料、脫氣、密封保存^[8]。

1.3.2?固化劑的制備

（1）電子天平稱取一定量的1，4-丁二醇放到燒瓶中并利用精密定時(shí)電動攪拌器攪拌均勻；

（2）加入異戊稀醇聚氧乙稀醚分散劑，放入恒溫油浴鍋中，75 ℃加熱分散；

（3）在超聲波清洗器中超聲5 min；

（4）取出，室溫下冷卻脫泡、密封貯存^[8]。

1.3.3?預(yù)聚體與固化劑合成

預(yù)聚體與固化劑按2.5∶1的比例混合到一起并利用電動攪拌器攪拌均勻，然后將混合液倒入聚四氟乙烯模具，最后室溫固化24 h后，得到聚氨酯密封膠^[9]。

制備完成后，對其常規(guī)性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示。

1.4?防腐性能測試方法

1.4.1?試件制備

聚氨酯密封膠應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)中，最常接觸的就是混凝土，因此將混凝土作為試件的基體，該基體的配比：P·O42.5水泥（4.5）∶碎石（2.2）∶天然河砂（1.4）∶聚羧酸系高效減水劑（0.5）∶I級粉煤灰（0.7）∶920U微硅粉（0.6）∶水（3.69）^[10]。混合攪拌到一起，然后倒入模具中，制成20 cm×8 cm×5 cm的混凝土塊，之后靜置3 h后進(jìn)行脫模。最后，在其溫度（20±3） ℃、相對濕度為90%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，直至干透為止。

干透后對混凝土基體表面進(jìn)行打磨并掃清表面灰塵顆粒。在基體一面均勻涂抹3 cm厚的密封膠，然后放入真空干燥箱中加速固化，完成試件制備^[11]。

1.4.2?腐蝕環(huán)境模擬

（1）鹽霧侵蝕環(huán)境。

將鹽與水混合，制成體積分?jǐn)?shù)5.0%鹽水，將其倒入鹽霧箱中，然后將涂有聚氨酯密封膠的混凝土基體放入鹽霧箱中，體積分?jǐn)?shù)5.0%NaCl溶液在 （35±1） ℃連續(xù)噴霧10～90 d^[12]。

（2）干濕循環(huán)腐蝕環(huán)境。

暴露在室外的聚氨酯密封膠，很容易遭遇雨水天氣，在天晴之后，就形成了干濕循環(huán)環(huán)境，該環(huán)境的出現(xiàn)會加速聚氨酯密封膠的腐蝕^[13]。基于此，采取如下操作進(jìn)行干濕循環(huán)腐蝕環(huán)境模擬，首先將涂有聚氨酯密封膠的混凝土基體放入裝有純凈水的水箱中浸泡12 h，取出后放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中，50 ℃干燥12 h，循環(huán)往復(fù)90 d^[14]。

（3）濕熱腐蝕環(huán)境。

在夏季，暴露在室外的聚氨酯密封膠同樣也很容易長時(shí)間處在濕熱腐蝕環(huán)境中。為明確該環(huán)境下的聚氨酯密封膠抗腐蝕情況，將涂有聚氨酯密封膠的混凝土基體放入高低溫濕熱試驗(yàn)箱中，試驗(yàn)箱參數(shù)：恒定溫度為（50±2） ℃，相對濕度大于等于98%，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為10～90 d^[15]。

1.4.3?防腐性能測試指標(biāo)

（1）電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試。

電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試通過電化學(xué)工作站實(shí)現(xiàn)。將鉑片電極粘貼到試件上涂有聚氨酯密封膠的那一面，然后啟動電化學(xué)工作站在 101～106 Hz 頻率段進(jìn)行掃描測試^[16]。明確電阻值的變化情況，電阻值越大，防腐性能越好。

此外，根據(jù)電化學(xué)工作站測得的結(jié)果還可以進(jìn)行聚氨酯密封膠剝離程度和孔隙率計(jì)算，通過這2個(gè)指標(biāo)也可以明確其防腐性能^[17]。

（2）附著力測試。

當(dāng)發(fā)生腐蝕之后，聚氨酯密封膠的附著力會增大，反過來，通過附著力的測試，可以明確醫(yī)院建筑聚氨酯密封膠防腐性能。

2?結(jié)果與分析

2.1?電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試結(jié)果

電化學(xué)工作站測得的結(jié)果Bode圖，如圖1所示。

由圖1可知，隨著侵蝕時(shí)間的延長，電阻值在逐漸降低。該降低過程可以分為3個(gè)階段：初期電阻值處于緩慢降低階段，這時(shí)的聚氨酯密封膠具有很好的屏蔽性，能夠很好的抵抗不同環(huán)境的侵蝕；之后電阻值進(jìn)入梯度下降階段，這時(shí)聚氨酯密封膠的防腐性能開始急劇降低，逐漸失去防護(hù)功能；最后進(jìn)入電阻值平衡階段，這時(shí)聚氨酯密封膠基本失去防護(hù)功能。

2.2?附著力測試結(jié)果

附著力測試結(jié)果，如圖2所示。

由圖2可知，隨著腐蝕時(shí)間的延長，附著力整體均呈現(xiàn)下降的狀態(tài)，前期下降的較慢，后期下降的較快。對比3種不同腐蝕環(huán)境的附著力變化曲線，發(fā)現(xiàn)濕熱腐蝕環(huán)境附著力下降最快，其次是鹽霧侵蝕環(huán)境，最后是干濕循環(huán)腐蝕環(huán)境，這是因?yàn)闈駸岣g環(huán)境環(huán)境中較高的溫度使聚氨酯密封膠后期熟化，密封膠孔隙結(jié)構(gòu)增大，水分子更容易進(jìn)入內(nèi)部，從而造成附著力下降。

3?結(jié)語

現(xiàn)代很多新建的醫(yī)院都是裝配式建筑，建造過程中會使用大量的密封材料，其中聚氨酯密封膠最為常用。研究以該材料作為研究對象，對其防腐性能進(jìn)行分析。研究中設(shè)置了3種腐蝕環(huán)境，分析了3種腐蝕環(huán)境下電阻值、剝離率和孔隙率、附著力等指標(biāo)的檢測，通過指標(biāo)對比，分析隨著侵蝕時(shí)間的推移，腐蝕情況的變化過程，為聚氨酯密封膠的使用提供了重要參考和借鑒。

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收稿日期：2023-09-06；修回日期：2023-12-08

作者簡介：楊?陽（1991-），男，碩士，工程師，研究方向：建筑工程；E-mail：838461812@qq.com。

通訊作者：王晶晶（1969-），女，高級工程師，研究方向：建筑工程；E-mail：1733084264@qq.com。

引文格式：楊?陽，王晶晶，朱?浩，等.醫(yī)院特殊建筑用改性聚氨酯密封膠防腐性能測試研究[J].粘接，2024，51（2）：35-37.