聚氨酯抗风沙磨损腐蚀涂层材料的机理分析

juanzhi

大力发展风力发电产业，将取之不尽、用之不竭的风能转变成电能，是我国调整能源战略、开发利用新能源的重要决策之一。
我国的西北及北部高原地区，常年风力强劲，风能资源非常丰富，非常适于建立风力发电厂。然而，该地区海拔高、紫外线照射强、温差大、风沙猛烈，恶劣的气候条件极易造成风力发电塔架及叶片的保护涂膜风蚀损坏。
目前，风力发电装置的涂装大多采用耐候性较好的脂肪族丙烯酸聚氨酯体系，这种涂膜虽然具有较好的耐候性，但耐风沙撞击性较差，经过一段时间的风沙侵蚀后，往往造成涂膜损伤、斑驳脱落。弹性聚氨酯防腐涂料，虽然弹性好、耐磨、抗风沙撞击，但是附着力稍差；弹性环氧树脂—聚氨酯涂料，虽然附着力好、耐磨耐腐蚀，但是耐候、耐紫外线老化性较差；羟基丙烯酸树脂—聚氨酯涂料，虽然粘结强度高，耐候保色性好，但是涂膜弹性不足，抗风沙磨蚀性差。
弹性聚酯 - 聚氨酯弹性涂料，涂膜具有弹性好、附着力优、强度高、耐冲击性好、耐候耐久耐腐蚀、抗砂石撞击及磨蚀等综合性能优良的特点。涂膜的延伸率、强度、恢复率、附着力、耐磨性是衡量其耐风沙撞击、冲磨强弱的重要表征。当涂膜延伸率大、恢复率高且有一定强度时，其弹缩性好、耐磨性优、抗风沙撞击性强。而高附着力是保证涂膜在外力作用下不损坏、起皮或脱落的决定因素之一。
在混拼树脂中，随着弹性聚酯用量的增加，涂膜的断裂伸长率提高，抗拉强度相应下降，恢复率及耐磨性先增后降，耐人工喷砂撞击性先是由差变好、当聚酯用量过多致使强度、恢复率、耐磨性下降时，耐喷砂撞击性也变差，附着力变化不明显。当 m （环氧树脂）∶ m （丙烯酸树脂）∶ m （弹性聚酯树脂） =1 ∶ 1 ∶ 3 时，涂膜的断裂伸长率为 185% ，抗拉强度为 130kg /cm 2 ，拉伸恢复率为94% ，附着力为1级，磨耗为 0.008 g ，涂膜抗人工喷砂撞击性好 , 无明显损坏现象，取得了较好的综合性能。其机理是:（1）环氧树脂对涂膜的附着力、柔韧性和强度有显著贡献。双酚A环氧树脂因其分子结构中含芳环而有一定硬度，又因含醚键便于分子旋转而具有弹性；环氧基极性大而具有优异的附着力。  
$ ?  T2 f% {! A1 {- j5 a2 k6 b环氧树脂的分子量越大含羟基值越高，与—NCO基团的交联密度越大，因而涂膜的弹性好且抗拉强度高、附着力强。环氧树脂具有高分子量（Mr3750）、羟基值高（0.37）、粘结强度高、柔韧性更佳的特点。
（ 2 ）弹性聚酯对涂膜的弹性和耐磨性有显著贡献。相对分子量大的 1 ， 2- 丙二醇取代乙二醇，同时单体 HOOC-R ″— COOH采用长链脂肪酸代替短链脂肪酸，因而提高了聚酯的弹性和耐磨性。聚酯带有极性酯键基团，增大树脂的相对分子质量，有利于弹性的提高。弹性聚酯中的羟基和多异氰酸酯的反
3 {8 L; y/ H6 ~/ H, K# }$ A+ `# Z（ 3 ） 羟基丙烯酸树脂对涂膜的附着力、强度和耐候保色性有显著贡献。
其结构式为 :[CH 2 — C （ R ′）（ COO — R ″ OH ） ] n 选用式中的 R ′为— H 时，便于碳链旋转，弹性好 ; — R ″ O H 为长链时弹性好。 B S — 982 — 3 （ 60% ）就是一种弹性好的树脂，其羟基值为 110 m g K O H /g 、 T g 为 -26 ℃ ，与 N—75配漆，涂膜有极好的柔韧性、附着力、耐冲击性和耐紫外线老化性。
（ 4 ） 聚氨酯中的氨酯键可以形成氢键，在外力作用下，氢键可以分离而吸收外来的能量（每摩尔吸收 20 ～ 25 k J ）。当外力除去后又可重新再形成氢键。因此，使聚氨酯涂料膜具有高度机械磨性和柔韧性、较强的抗风沙撞击性。