文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１８)１０Ｇ１００７１Ｇ０４
林㊀静，吕㊀平，黄微波，马明亮，宋奕龙
(青岛理工大学土木工程学院，山东青岛２６６０３３)
摘㊀要:㊀研究了两种纯聚脲涂层(Q FＧ１６３涂层和Q FＧ１６５涂层)在１２０d海水浸泡环境下力学性能和表面性能的变化规律，并结合傅里叶红外光谱(F TＧI R)观察涂层腐蚀前后内部化学键的变化.力学性能研究结果表明，海水浸泡１２０d后,Q FＧ１６３涂层拉伸强度下降１３．５９％，断裂伸长率下降２３．１５％，硬度变化幅度较小，增加１．１０％; Q FＧ１６５涂层拉伸强度下降１３．２９％，断裂伸长率下降８．６６％，硬度增加１．１０％.表面性能研究结果表明，两种涂层的接触角均随浸泡时间的增长而减小，表面能则均增大，浸泡１２０d后,Q FＧ１６３涂层接触角下降７．７７％,Q FＧ１６５涂层下降４．４６％.F TＧI R微观结果表明Q FＧ１６３和Q FＧ１６５纯聚脲涂层内部化学键均没有出现明显的断键现象，涂层均具有较好的耐海水浸泡腐蚀能力.
关键词:㊀纯聚脲涂层；海水浸泡；力学性能；表面性能；腐蚀能力
中图分类号:㊀T Q６３０．７文献标识码:A D O I:１０．３９６９/j．i s s n．１００１Ｇ９７３１．
２０１８．１０．０１２
０㊀引㊀言
聚脲涂层因其优良的抗腐蚀性能，被越来越广泛
地应用在海上建筑工程中，例如跨海大桥㊁海底隧道等
工程[１Ｇ２].由于受到海水的侵蚀作用，需采取必要的防护措施对这些海上建筑进行防护，提高其耐腐蚀和耐
老化性能[３Ｇ１０].相关专家学者对此进行了深入研究.吕平等[１１]通过拉伸试验和F TＧI R对纯聚脲㊁天然橡胶㊁超高阻尼橡胶㊁氯丁橡胶等桥梁支座防护材料的耐介质腐蚀性能进行了研究，结果证明，纯聚脲材料可有效抵抗介质的腐蚀性.李志高[１２]采用海水浸泡㊁酸碱溶液浸泡等方法对纯聚脲涂层的性能进行了研究，结果表明，海水浸泡１８０d后，聚脲涂层仍具有很好的柔韧性；酸碱溶液浸泡实验证明了聚脲涂层具有良好的耐酸碱腐蚀性能.李海扬[１３]对聚脲涂层进行不同温度不同浸泡介质对比实验，观测其力学性能的变化规律，实验结果表明：随着浸泡时间的增加，聚脲涂层的力学性能下降幅度增大，但仍保持较高的数值，说明聚脲涂层具有优异的耐介质腐蚀性能.李鑫茂[１４]将聚脲涂层分别置于２３和５０ħ两种温度的１０％硫酸㊁１０％氢氧化钠和１０％氯化钠溶液中，分
别测试浸泡６０d时其力学性能的变化，并结合F TＧI R对其内部结构的变化进行分析，结果表明，聚脲涂层在３种介质中浸泡６０d后，内部化学键均没有发生任何断裂现象，均具有良好的耐腐蚀防护能力.
纯聚脲材料是一种新型绿环保材料，能够快速
喷涂成型，具有优异的耐腐蚀和耐老化性能，可作为海
上建筑工程中的一种新型高效的防护材料.本文选用
青岛理工大学功能材料研究所研发的纯聚脲涂层(Q FＧ１６３涂层和Q FＧ１６５涂层)，进行耐海水腐蚀实验，探讨在海水浸泡１２０d时，纯聚脲涂层耐海水腐蚀性能的变化规律.
１㊀实㊀验
１．１㊀试样制备
将自制的纯聚脲材料快速喷涂成型.进行拉伸实验所需的材料用切片机裁成哑铃型.
１．２㊀实验设备及测试方法
１．２．１㊀拉伸测试冗余系统
实验所用切片机(M ZＧ４１０２)㊁万能实验机(M ZＧ４０００D１)均为江苏明珠实验机械有限公司提供.按G B１６９０Ｇ８２的要求，用切片机将二种纯聚脲涂层裁剪成哑铃型，在哑铃型试件上划取间距为２５mm的平行线作为测试区间，测其平均厚度.万能材料实验机夹具之间的距离固定为７０mm，将所测试样固定在夹具之间，并保证试样长度方向的中心线沿夹具的中心；以(５００ʃ５)mm/m i n的速度进行拉伸实验，直至样片断裂.
１．２．２㊀硬度测试
采用江苏明珠实验机械有限公司提供的G B５２７橡塑台式测度计进行测试.首先把试样放置在坚固的平面上，拿住硬度计，使压足中孔的压针距离试样边缘至少１２mm，平稳地把压足压在试样上，不能有任何振动，并保持压足平行于试样表面，以使压针垂直地压入试样，选取３个点的平均值作为最终实验结果.
１７００１
林㊀静等：纯聚脲防护涂层的耐海水腐蚀性研究
∗基金项目：国家自然科学基金资助项目(５１５７８２９８,５１５０３１１６)
收到初稿日期:２０１８Ｇ０５Ｇ１６收到修改稿日期:２０１８Ｇ０８Ｇ２３通讯作者：林㊀静,EＧm a i l:１５０６３１３１８３０＠１６３．c o m 作者简介：林㊀静㊀(１９９３－)，女，山东威海人，在读硕士，从事新型建筑高分子材料及腐蚀与防护的研究.
１．２．３㊀光泽度测试
采用天津信通光达科技有限公司生产的X G P 系列镜向光泽度计，依据标准G B /T ８８０７Ｇ１９８８进行光泽测试，本文采用６０ʎ镜面角，实验的最终结果以３个点的算术平均值表示.
１．２．４㊀接触角测试
采用东莞市晟鼎精密仪器有限公司提供的S D C Ｇ２００接触角测量仪,
采用淌滴法，使用带针头的注射器将一滴的超纯水液滴滴在待测试试样的表面，稍停几秒，待液滴稳定后，于３０s 内完成接触角的测量.最后选取５个点的算术平均值表示最终结果.
１．２．５㊀F T ＧI R 测试
采用德国布鲁克光谱仪公司提供的傅里叶红外光谱仪(T e n s o r ２７),４c m －１分辨率,K B r 涂片，采谱区间为５００~４０００c m －１.
１．３㊀实验环境
实验选取青岛理工大学２号结构实验楼楼顶海水池作为海水腐蚀实验场地.参照G B /T １６９０Ｇ２０１０，将实验所需的材料按照要求制样，然后将所制的样品置
于海水池中进行浸泡实验，分别测其浸泡３０,６０和
１２０d 时各项力学性能(
拉伸强度㊁断裂伸长率和邵氏A 硬度)
和表面性能(接触角和表面能)的变化.２㊀结果与讨论
随着我国海洋工程经济建设的飞速发展，钢筋混凝土结构被广泛地应用在跨海大桥㊁海底隧道㊁码头等大型建筑.由于长期受到海水的侵蚀作用，越来越多的建筑出现了裂纹㊁剥落，甚至坍塌等现象，耐久性问题日渐突出.本文研究了纯聚脲涂层耐海水腐蚀性能的研究，将纯聚脲涂层放置于青岛理工大学２号结构实验楼楼顶海水池中进行浸泡实验，测试其力学性能和表面性能的变化，并对上述材料进行耐海水腐蚀的性能评价.力学性能实验结果见表１.
２．１㊀力学性能表１是Q F Ｇ１６３纯聚脲涂层与Q F Ｇ１６５纯聚脲涂层在海水中分别浸泡３０,６０和１２０d 后硬度㊁拉伸强度和断裂伸长率的实验结果.
表１㊀涂层在海水浸泡３０,６０和１２０d 时的实验结果
T a b l e １E x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f c o a t i n g
s i mm e r s e d i n s e a w a t e r f o r ３０,６０a n d １２０d 材料名称
浸泡力学性能
拉伸强度/M P a
断裂伸长率/％
邵氏A 硬度
Q F Ｇ１６３
未浸泡
３０d ６０d
１２０d 变化率/％２３．９１２３．１１２２．４５２０．６６
－１３．５９５０２．５７４０４．９８４３８．３８３８６．２１
－２３．１５９１９２９１９２
１．１０Q F Ｇ１６５
短跑技术未浸泡
３０d ６０d １２０d
变化率/％２５．０５２３．００２２．４９２１．７２－１３．２９４６３．４１３５５．１０４１７．１０４２３．２８－８．６６９１９０９１９２１．１０㊀㊀由实验数据可知，两种涂层在海水中浸泡１２０d
后，涂层的力学性能均有不同程度的变化，总体呈下降趋势，涂层的邵氏A 硬度总体变化不大.Q F Ｇ１６３纯聚脲涂层在海水浸泡１２０d 后，拉伸强度下降１３．５９％，硬度增加１．１０％,Q F Ｇ１６５纯聚脲涂层拉伸强度下降
１３．２９％，硬度增加１．１０％;Q F Ｇ１６３纯聚脲涂层断裂伸长率下降２３．１５％，海水浸泡１２０d 后断裂伸长率为３８６．２１％,Q F Ｇ１６５纯聚脲涂层断裂伸长率下降８．６６％,ubm
海水浸泡１２０d 后其断裂伸长率保持在４００％左右,
说明两种涂层均具有良好的弹性性能，但Q F Ｇ１６５纯聚脲涂层的弹性性能优于Q F Ｇ１６３纯聚脲涂层.
以上数据可以看出海水浸泡腐蚀对纯聚脲涂层会产生一定的影响，但总体影响不大.纯聚脲涂层本身就具有良好的耐海水腐蚀性能，海水浸泡１２０d 后,
整体形象设计
Q F Ｇ１６３纯聚脲涂层力学性能和Q F Ｇ１６５纯聚脲涂层力学性能均保持在２０M P a 以上，其较高的拉伸强度和硬度说明该涂层内部分子结构排列较为致密，没有出现溶胀破坏现象，以下将通过表面性能的研究进一步分析涂层的浸润性.
２．２㊀表面性能
通过测试浸泡周期为１２０d 时两种纯聚脲涂层接触角和表面能的变化，反映出涂层在海水浸泡前后浸润性的变化情况，实验结果如图１所示.
图１是两种纯聚脲涂层接触角和表面能随海水浸
泡时间的变化趋势.实验结果显示，两种纯聚脲涂层的接触角均随浸泡时间的增长而降低，表面能则呈增加趋势，说明随着海水浸泡时间的增加，两种纯聚脲涂层的润湿性增强.由图１(a
)可以看出，在海水浸泡前,Q F Ｇ１６３涂层接触角为８３．５１ʎ，表面能为５６．４６N /m ,
浸泡３０,６０和１２０d 后，接触角分别降低２．７３％,４．８４％２
７００
１２０１８年第１０期(４９
)卷
和７．７７％，表面能在上述时间节点分别增加７．１４％,１２．８４％和２１．０６％；从图１(b)看出,Q FＧ１６５涂层浸泡前接触角和表面能分别为８４．０６ʎ和５５．４７N/m，在浸泡３０,６０和１２０d后，接触角分别降低２．９０％,３．５１％和４．４６％，表面能分别增加７．７７％,９．４１％和１２．２０％.涂层接触角和表面能发生这种变化的原因可能是由于海水中的腐蚀离子对涂层表面产生了不同程度的影响，进而使涂层的润湿性能增强.下面将通过F TＧI R 图谱进一步分析涂层内部结构的变化.
图１㊀两种纯聚脲涂层接触角和表面能随浸泡时间变化
F i g１C o n t a c ta n g l ea n ds u r f a c ee n e r g y o f t w o p u r e
p o l y u r e a c o a t i n g s c h a n g ew i t hs o a k i n g t i m e ２．２㊀F TＧI R分析
Q FＧ１６３纯聚脲涂层和Q FＧ１６５纯聚脲涂层分别在海水中浸泡３０,６０和１２０d时F TＧI R谱图如图２所示.
从图２可以看出,Q FＧ１６３纯聚脲涂层和Q FＧ１６５纯聚脲涂层在３３６０c m－１处是仲胺N H伸缩振动峰，且该吸收峰比较强，说明该峰是典型的氢键化N H的伸缩振动吸收峰，说明脲基上的N H几乎完全氢键化；在１５３０c m－１处是C N和N R的伸缩振动峰,２９６５．５５~２８７０．１６c m－１范围内是C H伸缩振动峰,１６００~１７００c m－１范围内是C O的特征峰,１１００~１０１６c m－１范围内是C O C的伸缩振动峰，以上特征峰的存在证明材料中含有脲键 N HＧC O N H .此外,Q FＧ１６３和Q FＧ１６５纯聚脲涂层在未浸泡和浸泡３０d㊁浸泡６０d㊁浸泡１２０d后的F TＧI R图谱基本保持一致，说明涂层内部没有发生任何断键或氧化还原等化学反应.
综合表１和图２可以得出,Q FＧ１６３和Q FＧ１６５纯聚脲涂层经海水浸泡３０,６０和１２０d后，拉伸强度有所
下降，断裂伸长率略有降低，硬度有所增加，但材料的内部结构并没有发生任何形式的变化，即在整
个海水浸泡过程中，纯聚脲涂层并未发生任何形式的结构性破坏，说明海水浸泡腐蚀对两种纯聚脲涂层内部结构影响不大.
图２㊀海水浸泡前后纯聚脲涂层的F TＧI R谱图F i g２F TＧI Rs p e c t r ao f p u r e p o l y u r e ac o a t i n g sb e f o r e
a n da f t e r s e a w a t e r i mm e r s i o n
３㊀结㊀论
(１)㊀海水浸泡３０,６０和１２０d后，两种纯聚脲涂层仍保持稳定的力学性能.Q FＧ１６３纯聚脲涂层浸泡１２０d后，拉伸强度下降１３．５９％，硬度增加１．１０％; Q FＧ１６５纯聚脲涂层拉伸强度下降１３．２９％，硬度增加１．１０％.
(２)㊀两种纯聚脲涂层的接触角均随浸泡时间的增长而降低，表面能则呈增加趋势.Q FＧ１６３纯聚脲涂层在海水浸泡３０,６０和１２０d后，接触角分别降低２．７３％,４．８４％,７．７７％，表面能在上述时间段分别增加７．１４％,１２．８４％,２１．０６％;Q FＧ１６５纯聚脲涂层接触角分别降低２．９０％,３．５１％,４．４６％，表面能分别增加７．７７％,９．４１％,１２．２０％.两种涂层的润湿性均有不同程度的提高.
(３)㊀F TＧI R显示，浸泡１２０d后，两种纯聚脲涂层内部结构并没有发生任何形式的变化，涂层仍保持稳定的性能.
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(C o l l e g e o fC i v i l E n g i n e e r i n g,Q i n g d a oU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,Q i n g d a o２６６０３３,C h i n a)
A b s t r a c t:I n t h i s p a p e r,t h e c h a n g e s o fm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n ds u r f a c e p r o p e r t i e so f t w o p u r e p o l y u r e a c o a tＧi n g s(Q FＧ１６３c o a t i n g a n dQ FＧ１６５c o a t i n g)i n s e a w a t e r i mm e r s i o n e n v i r o n m e n tw i t h１２０d a y sw e r e s t u d i e d．T h e c h a n g e s o f i n t e r n a l c h e m i c a l b o n d sb e f o r e a n d a f t e r c o a t i n g c o r r o s i o nw e r e o b s e r v e dw i t hF o u r i e r i n f r a r e d s p e cＧt r o s c o p y(F TＧI R)．T h e r e s u l t so fm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s s t u d y s h o w e d t h a t a f t e r１２０d a y so f s e a w a t e r i mm e rＧs i o n,t h e t e n s i l e s t r e n g t ho fQ FＧ１６３c o a t i n g d e c r e a s e db y１３．５９％,t h e e l o n g a t i o n a t b r e a kd e c r e a s e db y２３．１５％a n d t h eh a r d n e s sc h a n g e ds l i g h t l y a n d i n c r e a s e db y１．１０％,w h i l e t h et e n s i l es t r e n g t ho fQ FＧ１６５c o a t i n g d eＧc r e a s e db y１３．２９％,t h e e l o n g a t i o n a t b r e a kd e c r e a s e db y８．６６％,a n d t h e h a r d n e s s i n c r e a s e db y１．１０％．S u r f a c e p e r f o r m a n c e r e s u l t s s h o w e d t h a t c o n t a c t a n g l e s o f b o t hk i n d so f c o a t i n g d e
c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s eo f i mm e rＧs i o n t i m e,b u t s u r f a c e e n e r g y w e r e b o t h i n c r e a s e d．A f t e r s o a k i n g１２０d,t h e c o n t a c t a n g l e o fQ FＧ１６３c o a t i n g d eＧc r e a s e db y７．７７％a n dt h a tQ FＧ１６５c o a t i n g d e c r e a s e db y４．４６％．F TＧI R m i c r o s c o p i c r e s u l t s s h o w e dt h a t t h e r e w a s n oo b v i o u s f r a c t u r e p h e n o m e n o n i nt h e i n t e r n a l c h e m i c a l b o n d so fQ FＧ１６３p u r e p o l y u r e ac o a t i n g a n dQ FＧ１６５p u r e p o l y u r e a c o a t i n g,a n d t h e c o a t i n g s h a d g o o d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e t o s e a w a t e r i mm e r s i o n．
K e y w o r d s:p u r e p o l y u r e a c o a t i n g;s e a w a t e r i m m e r s i o n;m e c h a n i c a l p r o p e r t y;s u r f a c e p e r f o r m a n c e;c o r r o s i o n a b i l i t y ４７００１２０１８年第１０期(４９)卷
>霍夫曼系数
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