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果，針對聚脲涂料在實際應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

聚脲涂料噴涂技術的發展是在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）組分反應生成的彈性體物質。聚脲涂料可以在化工防腐、耐磨材料、近岸設施等多個方面均起到很好的應用效果，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預聚物進行反應，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出現，硝基→胺基，同樣，利用苯二胺和聚醚雙氯甲酯的反應也可以得到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生反應，之后利用加氫反應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。生產聚醚的工序可分為四步，即制備醇鉀催化體系、環氧丙烷聚合反應、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A組是端羥基聚醚和異氰酸酯/衍生物反應而來的預聚物，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生快速混合現象，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種異構體存在于單分子MDI本身之中，R組分和不同結構MDI反應特性存在差異，改性多異氰酸酯原材料的整體結構較為復雜，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

結合圖1，可以完成聚合改性工作，對A組分進行設計對于配方設計具有重要意義。R組分的設計需要體現在對質量優良擴鏈劑的篩選與確認擴鏈劑的質量百分比和確定端氨基聚醚。可以對聚氰酸酯和常用原料反應活性速度進行分析，選擇反應速度較為合適的低分子擴鏈劑，進而完成R組分最佳配方設計。經過篩選，A組為Suprasec 2067,R組為擴鏈劑、端氨基聚醚、結構填料、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，可以對規定之內的端氨基聚醚進行稱取，然后將高黏度物質予以添加，讓其混合均勻，然后將低分子擴鏈劑予以添加，每種物質的添加都需要進行約13分鐘的攪拌，在黏度出現且顏色均勻后，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備。如在本次制備中，就采用500KW單相串聯電動機，其攪拌速率是3000轉/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狀態，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組已經被固定的前提下，需要調節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用具有良好的耐鹽霧性、耐化學介質性、力學性能以及耐沖擊性。利用當前市場中可大規模購買的相應材料，可以進行配方設計，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，經過研究，可以發現二者除A料預聚體不同之外，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生氣泡的情況，鹽霧性的測試也表現良好，沖擊性也均達到相關要求[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，可以發現表面噴砂的效果最好，當前，噴砂的介質主要有河砂、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，可以發現此種配方設計可以取得良好的效果，但根據管道防腐大修的實際情況，需要依靠調節配比比例、處理金屬表面等方法進行及時調整。

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[1]楊赫,劉彥禮.近年我國油氣管道防腐技術的應用[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的新發展[J].科技創新導報,2011,13:135.