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    喷涂聚脲弹性体底涂粘接机理探究及应用
    发表日期:2019-03-14

    摘要:本文讨论了底涂在喷涂聚脲弹性体技术中的重要性,并对其粘接机理、破坏机理做详细探究。介绍了喷涂聚脲用混凝土及金属基材底涂的应用。

    关键词:底涂、界面化学、化学粘结、混凝土基材、喷涂聚脲

    1.前言

    喷涂聚脲弹性体(spray olyurea elastomerSPUA)技术,被越来越多的用于万博manbetx官网手机版登陆、防腐、耐磨等场合。然而在应用过程中人们发现喷涂聚脲材料固化成膜后,随之使用时间的推移,聚脲涂层出现鼓泡、脱落等问题,甚至在聚脲材料刚刚施工完毕就出现类似情况,严重影响了聚脲材料的使用效果及使用寿命。喷涂聚脲弹性体技术是涂料与涂装施工的综合体,二者缺一不可。人们在选择聚脲的时候常常从这两方面考虑。当聚脲材料的使用遇到问题时,也便从这两方面寻找症结所在。然而却常常忽略了其配套材料——底涂的重要性。

    聚脲材料凝胶速度快,表干时间短,粘度大,流动性差。当聚脲喷涂至基材后迅速固化成膜,对基材没有渗透性,这就导致聚脲材料与基材几乎没有粘接强度的原因。为使聚脲材料牢牢的粘接在基材上,提高涂层对基材的附着,底涂的作用是至关重要的。

    2.底涂的作用

    目前,聚脲在混凝土基材、钢基材的防护方面应用比较广泛。

    混凝土基材为多孔性材料,其众多细微的孔洞为液体、气体的渗入提供了通道。在喷涂聚脲时,由于双组分液料具有一定的温度,且反应放热,导致气体受热膨胀,涂层易出现针孔、鼓泡等现象。在使用过程中,液体也可由通道渗入基材与聚脲层,从根源处破坏界面间的粘接,易出现鼓泡、脱落等现象。混凝土底涂主要有两方面的作用:一是渗透至混凝土基材内部,封闭混凝土基材表面毛细孔中的空气和水分,避免聚脲涂层喷涂后出现鼓泡和针孔现象;二是起到胶粘剂的作用,提高聚脲涂层与混凝土底材的粘接强度,提高防护效果。

    对于钢基材,由于其结构比较致密,无毛细孔,底涂很难渗入至基材内部,无渗透效果,因此其底涂的粘接效果起主要作用。

    3.底涂粘接原理

    聚脲与基材的连接有两种方式:物理吸附和化学吸附。

    物理吸附为涂料与基材凹凸面的物理咬合、氢键的吸附连接。物理吸附受外界环境的影响很大,当外力较大或使用温度高于聚脲的玻璃化温度Tg时,材料易发生形变,此时物理吸附遭到致命性破坏。

    化学吸附为涂料与基材存在化学反应,涂料与基材间通过化学键实现连接。即使外力较大或材料发生形变时,涂料与基层间的化学键也很难被破坏,因此其粘接效果更加明显。

    对于硬质聚脲,由于其硬度大,涂料不易变形,涂料与基材的物理咬合不易被外力破坏,其物理吸附即可满足其附着要求。然而对于硬度较小的柔性聚脲,材料受外力影响易发生形变,与基材间的物理咬合很容易遭到破坏。为满足其附着需要,化学吸附就显得尤其重要。

    底涂在喷涂聚脲中正是起到化学粘结的作用。一方面底涂要与基材发生化学吸附,另一方面底涂又要有足够的活性能够与聚脲涂层发生化学反应。在基材与聚脲涂层间,底涂起到嫁接桥梁的作用,实现基材与聚脲间有效粘接。

    4.底涂的破坏

    混凝土基材为多孔性材料,经聚脲保护后,可以有效阻止水的渗入。然而未经聚脲保护的背面却依然可以形成水流动的通道。水分子由混凝土基材背面,经毛细孔流至底涂层,造成底涂层水解、皂化,从根源处破坏了聚脲与底涂的粘接。随着时间的推移,底涂功能被破坏殆尽,直至功能的丧失。其直接表现为聚脲层的鼓泡、脱落。因此,混凝土底涂必须有良好的万博manbetx官网手机版登陆性和耐水解性。

    5.大连怿文YW-2001YW-2002底涂粘接机理

    混凝土砂浆基材、钢基材中含有大量的硅、铁无机元素。暴露在空气中时,这些无机元素表面会吸附大量的羟基。羟基的存在提供了硅、铁元素表面与其它活性基团发生化学反应的可行性。

    当底涂渗入到基材表面或内部,底涂中的活性基团在固/液界面由于极性吸引,通过共价键或非共价键的相互作用,自发的与硅、铁上的羟基发生化学反应——分子自组装技术。

    底涂与基材的固化反应:

    底涂渗入至混凝土、钢基材表面或内部,一方面与基材中的基团发生化学反应,另一方面底涂自身交联固化,同时表干后底涂涂层上依旧含有大量的活性基团可与聚脲材料发生固化,真正实现基材与聚脲间的化学粘接。

    6.YW-2001混凝土及砂浆基材专用底涂性能

    混凝土基材用角磨机打磨处理后,露出坚实部分,经YW-2001混凝土专用底涂处理,表干后喷涂YW-1102万博manbetx官网手机版登陆聚脲,养护7天后,做检测。检测结果如下:

    序号

    测试项目

    结果

    参照方法

    11

    表干时间/h

    3

    GB/T16777-2008

    22

    粘接强度/MPa

    干燥基面

    3.98

    浸水基面

    2.49

    33

    剥离强度/ N/mm

    干燥基面

    12.3

    GB/T2790-1995

    热老化

    12.3

    冻融循环

    10.8

    7.YW-2001混凝土及砂浆基材专用底涂粘接效果

    高强度混凝土基材用角磨机打磨处理后,露出坚实部分,经YW-2001混凝土专用底涂处理,表干后喷涂YW-1102万博manbetx官网手机版登陆聚脲,养护7天后,做剥离试验,剥离强度达12.3N/mm。在剥离过程中,混凝土中的骨料从基材中剥离出,混凝土表面遭到破坏,缺失严重,由此证明:YW-2001混凝土及砂浆基材专用底涂粘接强度优越。经热老化及冻融循环后,底涂的剥离强度变化不大,且对混凝土基材的粘接效果明显。证明YW-2001混凝土底涂具有优异的粘接效果及良好的稳定性。

    8.YW-2002钢基材专用底涂性能

    钢基材应喷砂至Sa2.5级,除去表面的油渍、污渍。钢基材专用底涂处理,表干后喷涂YW-1111高耐磨喷涂聚脲,养护7天后,做粘接强度、剥离强度试验,检测数据如下:

    序号

    测试项目

    结果

    参照方法

    11

    表干时间/h

    3

    GB/T16777-2008

    22

    粘接强度/MPa

    干燥基面

    19.9

    33

    剥离强度/ N/mm

    干燥基面

    22.3

    GB/T2790-1995

    热老化

    22.3

    9.YW-2002钢基材专用底涂粘接效果

    钢基材应喷砂至Sa2.5级,除去表面的油渍、污渍。钢基材专用底涂处理,表干后喷涂YW-1111高耐磨喷涂聚脲,养护7天后,做粘接强度、剥离强度试验。发现聚脲根本无法从钢基材中剥离,聚脲从根部断裂。

    10.结论

    底涂在喷涂聚脲弹性体技术的应用中起着重要的作用。在追求聚脲材料、施工工艺的同时,更应该注重底涂系统的研发。

    在聚脲涂层与基材间,底涂起着嫁接桥梁的作用。化学活性高、粘接效果好、稳定性优良的底涂有利于提高聚脲的使用效果,延长使用寿命。