本發(fā)明一種高粘接強(qiáng)度的抗氣蝕聚氨酯彈性體涂層及其制備方法，屬涂料領(lǐng)域，具體涉及無(wú)溶劑聚氨酯彈性體涂料。

背景技術(shù)：

氣蝕是水工建筑和水力機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中普遍存在的一種破壞形式，它屬于磨損腐蝕的一種特殊形式，是由于過(guò)流部件附近的氣泡劇烈潰滅瞬間產(chǎn)生的高壓沖擊波或高速微射流，高頻進(jìn)攻過(guò)流部件外表面，在材料外表面局部發(fā)生較大的塑性形變，致使材料表面產(chǎn)生破碎，形成蝕坑并裸露出新的基材。隨著氣蝕時(shí)間增加，蝕坑逐漸增大增深，當(dāng)蝕坑擴(kuò)展到一定程度后，過(guò)流部件就會(huì)發(fā)生斷裂，從而對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

氣蝕嚴(yán)重制約了水利機(jī)械和水工建筑的發(fā)展，目前，除了利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造符合流體力學(xué)的過(guò)流部件和避免發(fā)生空化現(xiàn)象的運(yùn)行條件外，還可以通過(guò)開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異抗氣蝕性能的新型材料，或者通過(guò)對(duì)過(guò)流部位進(jìn)行表面處理，提高基材表面的綜合性能，以有效解決過(guò)流部件的氣蝕問(wèn)題。

近些年來(lái)，隨著表面處理技術(shù)的發(fā)展，以及具有良好抗空蝕性能涂層的研制，通過(guò)表面處理技術(shù)極大地提高了過(guò)流部件的抗空蝕性，延長(zhǎng)了過(guò)流部件的使用壽命。表面激光改性、表面等離子改性、表面熱噴涂、表面滲氮和堆焊等是經(jīng)常使用的表面處理技術(shù)。這些提高抗空蝕性的表面處理工藝方法復(fù)雜，涂層成本較高，對(duì)工作環(huán)境及操作水平都要求嚴(yán)格，難以運(yùn)用在大型工件表面且涂層破損后，修補(bǔ)比較困難，很難大面積推廣使用。

抗氣蝕高分子有機(jī)涂層材料價(jià)格較低，對(duì)各種基材的適用性好，現(xiàn)場(chǎng)施工方便，不損壞工件，并且具有保護(hù)期效長(zhǎng)、易修補(bǔ)等特點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注?？箽馕g高分子涂層材料主要有高強(qiáng)度高硬度的剛性環(huán)氧涂層和彈性聚氨酯涂層兩類(lèi)。陶瓷粉末（氧化鋁、碳化硅）增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)涂層具有粘接強(qiáng)度大、硬度高、耐沖刷性能好等優(yōu)點(diǎn)，但其脆性大，抗氣蝕能力較差，不適合在氣蝕破壞嚴(yán)重的場(chǎng)合使用；彈性聚氨酯涂層粘彈性好，能大量吸收氣蝕產(chǎn)生的高頻沖擊能量，抗氣蝕性能優(yōu)異，同時(shí)其力學(xué)強(qiáng)度高，耐磨、抗沖刷等性能優(yōu)良，是理想的抗氣蝕涂層材料，但目前該類(lèi)涂層材料在金屬基材表面的結(jié)合強(qiáng)度有限，使用中，存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

公開(kāi)號(hào)為cn106349771a的發(fā)明專(zhuān)利《一種基體表面耐氣蝕耐沖蝕的涂層及其制備方法》，使用立方氮化硼、環(huán)氧樹(shù)脂膠和固化劑制備了一種基體表面耐氣蝕耐沖蝕的涂層，該涂層可應(yīng)用于液固及氣液兩相流對(duì)流的環(huán)境中抗沖蝕與抗氣蝕，提升基體的使用壽命及安全性。公開(kāi)號(hào)為cn102020841a的發(fā)明專(zhuān)利《納米聚氨酯彈性體及其制備方法以及用其進(jìn)行抗磨蝕方法》提供了一種可提高水電站過(guò)流部件、水利工程附屬設(shè)施及礦山機(jī)械的抗空蝕性能、抗磨性能、耐水性能及回彈延伸性能的納米聚氨酯彈性體，具有良好的抗該涂層性能、良好的抗磨性能，優(yōu)良的耐水性能及良好的回彈、延伸性能，但涂層使用的聚氨酯硫化劑moca為粉末狀，需將聚氨酯加熱至100℃，工件加熱至50℃施工，且需保溫固化，操作難度較大，施工質(zhì)量難以保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高粘接強(qiáng)度的抗氣蝕聚氨酯彈性體涂層及其制備方法，該聚氨酯彈性體涂層常溫施工、常溫固化、粘接強(qiáng)度大、兩組份的混合操作時(shí)間長(zhǎng)、后固化速度快、施工操作簡(jiǎn)單、內(nèi)聚強(qiáng)度高、彈性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使用在水力機(jī)械過(guò)流部件表面，有效解決過(guò)流部件的氣蝕與沖蝕破壞問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一、本發(fā)明一種高粘接強(qiáng)度的抗氣蝕聚氨酯彈性體涂層，由聚氨酯樹(shù)脂和冷硫化劑兩組份組成，按質(zhì)量計(jì)，其聚氨酯樹(shù)脂為100份，冷硫化劑為80～120份，按所述配比，將聚氨酯樹(shù)脂與冷硫化劑混合攪拌均勻，采用刷涂、滾涂和刮涂等方式，施涂于金屬水力機(jī)械過(guò)流部件表面，即在水力機(jī)械過(guò)流部件表面獲得高粘接強(qiáng)度的抗氣蝕聚氨酯彈性體涂層，所述聚氨酯樹(shù)脂，其按質(zhì)量計(jì)組分配方如下：

二異氰酸酯35～45份；

多異氰酸酯3～6份；

二元醇40～60份；

所述異氰酸酯為苯基甲烷二異氰酸酯（mdi）、甲苯二異氰酸酯（tdi）、異佛爾酮二異氰酸酯ipdi中的一種或二種；

所述多異氰酸酯為hdi三聚體；

所述二元醇為聚四氫呋喃醚ptmg1000；

所述冷硫化劑，其按質(zhì)量計(jì)組分配方如下：

多元胺聚合物15～25份；

多元醇聚合物55～70份；

除水劑3～4份；

附著力促進(jìn)劑0.2～0.5份；

催化劑0.02～0.06份；

顏填料1～2份。

所述多元胺聚合物為4,4'-二仲丁氨基二苯基甲烷(mbda)、二甲硫基甲苯二胺（dmtda）和二乙基甲苯二胺(detda)中的一種；

所述多元醇聚合物為聚四氫呋喃醚ptmg2000；

所述除水劑為粒徑大小600目～1000目的硅酸鋁鈉粉末；

所述附著力促進(jìn)劑為氨基硅烷偶聯(lián)劑；

所述催化劑為有機(jī)鋅催化劑；

所述顏填料為常規(guī)的著色顏料。

二、本發(fā)明一種高粘接強(qiáng)度的抗氣蝕聚氨酯彈性體涂層的制備方法是：

（1）將二異氰酸酯加入到反應(yīng)釜中，按質(zhì)量計(jì)組成稱(chēng)取二元醇，在攪拌下，緩慢加入至二異氰酸酯中，待溫度穩(wěn)定后，加熱至75℃，攪拌保溫反應(yīng)1.5小時(shí)，冷卻至常溫后，按質(zhì)量計(jì)組成加入多異氰酸酯，制得聚氨酯樹(shù)脂。

（2）按質(zhì)量計(jì)組成，將多元胺聚合物、多元醇聚合物、除水劑、附著力促進(jìn)劑、催化劑、顏填料加入到分散罐中，高速攪拌分散均勻，制得冷硫化劑。

三、本發(fā)明一種高粘接強(qiáng)度的抗氣蝕聚氨酯彈性體涂層的使用方法是：

根據(jù)質(zhì)量計(jì)配比，將聚氨酯樹(shù)脂與冷硫化劑混合均勻，采用刮涂、刷涂、滾涂和噴涂等方式，施涂于經(jīng)過(guò)噴砂處理的金屬水力機(jī)械過(guò)流部件表面，干燥固化24小時(shí)后，即在水力機(jī)械過(guò)流部件表面獲得高粘接強(qiáng)度的抗氣蝕聚氨酯彈性體涂層。

本發(fā)明一種高粘接強(qiáng)度的抗氣蝕聚氨酯彈性體涂層使用二異氰酸酯與二元醇預(yù)反應(yīng)制備成聚氨酯預(yù)聚物，然后加入多異氰酸酯的方式制備成聚氨酯樹(shù)脂，多異氰酸酯在與冷硫化劑反應(yīng)時(shí)，提供交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，獲得力學(xué)性能優(yōu)異的聚氨酯彈性體，從而具有優(yōu)異的抗氣蝕性能，同時(shí)該方式下多異氰酸酯對(duì)聚氨酯樹(shù)脂具有稀釋作用，可降低聚氨酯樹(shù)脂的粘度，有助于提高樹(shù)脂在基材表面的潤(rùn)濕性能，從而提高涂層的粘接強(qiáng)度。而常規(guī)獲得局部交聯(lián)結(jié)構(gòu)的方法，是在制備聚氨酯預(yù)聚物過(guò)程中加入三元醇，該方式制備的聚氨酯樹(shù)脂粘度加大，不利于施工和樹(shù)脂在基材表面的潤(rùn)濕，制備彈性體涂層的結(jié)合強(qiáng)度低。

本發(fā)明使用高活性低分子量的多元胺聚合物與低活性高分子量的多元醇聚合物作為冷硫化劑，高活性低分子量的多元胺聚合物提供高強(qiáng)度，低活性高分子量的多元醇聚合物提供高彈性，低活性多元醇的使用可使制備的冷硫化劑與聚氨酯樹(shù)脂具有較長(zhǎng)的混合操作期，以及適中的凝膠時(shí)間，使冷硫化劑與聚氨酯樹(shù)脂混合物在基材表面有充足的潤(rùn)濕時(shí)間，從而提高彈性體涂層在基材表面的粘接強(qiáng)度；具有后固化催化效果的有機(jī)鋅催化劑加入，在不降低混合操作期和凝膠時(shí)間的情況下，可有效加速涂層的后期固化速度，使聚氨酯彈性體在常溫下即可快速固化。另外，本發(fā)明在冷硫化劑中加入氨基硅烷偶聯(lián)劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)中所含的活性官能團(tuán)氨基可與聚氨酯樹(shù)脂中的異氰酸酯反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合，在成膜過(guò)程中，偶聯(lián)劑中的硅烷氧基可與金屬基材表面的氧化皮形成氫鍵結(jié)合，從而大幅增強(qiáng)彈性體涂層在金屬基材表面的粘接強(qiáng)度。冷硫化劑配方中加入具有除水作用的分子篩粉末，可避免冷硫化劑吸收的水份與聚氨酯樹(shù)脂反應(yīng)，降低聚氨酯彈性體的力學(xué)性能。本發(fā)明制備的聚氨酯樹(shù)脂和冷硫化劑粘度較小，混合適用期長(zhǎng)，可刷涂、刮涂、滾涂和雙組份無(wú)溶劑噴槍噴涂的方式施工。

本發(fā)明所述高粘接強(qiáng)度的抗氣蝕聚氨酯彈性體涂層成膜后，其與碳鋼、不銹鋼和復(fù)合材料表面的結(jié)合強(qiáng)度≥10mpa；聚氨酯彈性體本體抗拉強(qiáng)度≥35mpa，斷裂伸長(zhǎng)率≥350%；磁致伸縮空蝕試驗(yàn)160小時(shí)，無(wú)破壞；能有效實(shí)現(xiàn)過(guò)流部件的抗氣蝕和抗沖蝕保護(hù)。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1：

按質(zhì)量計(jì)組成，取二異氰酸酯（mdi）35份，加入到反應(yīng)釜中，在攪拌下，將二元醇（ptmg1000）40份緩慢加入至反應(yīng)釜中，待溫度穩(wěn)定后，加熱至75℃，攪拌保溫反應(yīng)1.5小時(shí)，冷卻至常溫，加入多異氰酸酯（3390）3份，混合攪拌均勻，得到聚氨酯樹(shù)脂。

按質(zhì)量計(jì)組成，將多元胺聚合物（mbda）15份、多元醇聚合物（ptmg2000）55份、除水劑（600目硅酸鋁鈉）3份、附著力促進(jìn)劑（kh550）0.2份、催化劑（有機(jī)鋅krzn1）0.02份和顏料（鈦白粉）1份加入到分散罐中，高速分散攪拌均勻，得到冷硫化劑。

使用時(shí)，按質(zhì)量計(jì)組成將聚氨酯樹(shù)脂100份與冷硫化劑80份攪拌混合均勻，采用刮涂、刷涂和滾涂等方式涂裝即可。

涂膜固化干燥后，抗氣蝕聚氨酯彈性體抗拉強(qiáng)度36mpa，斷裂伸長(zhǎng)率420%，與金屬基材的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)11.24mpa，磁致伸縮空蝕試驗(yàn)160小時(shí)，無(wú)破壞；能有效實(shí)現(xiàn)過(guò)流部件的抗氣蝕和抗沖蝕保護(hù)。

實(shí)施例2：

按質(zhì)量計(jì)組成，取二異氰酸酯（tdi）45份，加入到反應(yīng)釜中，在攪拌下，將二元醇（ptmg1000）60份緩慢加入至反應(yīng)釜中，待溫度穩(wěn)定后，加熱至75℃，攪拌保溫反應(yīng)1.5小時(shí)，冷卻至常溫，加入多異氰酸酯（3390）6份，混合攪拌均勻，得到聚氨酯樹(shù)脂。

按質(zhì)量計(jì)組成，將多元胺聚合物（dmtda）25份、多元醇聚合物（ptmg2000）70份、除水劑（1000目硅酸鋁鈉）4份、附著力促進(jìn)劑（kh550）0.5份、催化劑（有機(jī)鋅krzn1）0.062份和顏料（炭黑）2份加入到分散罐中，高速分散攪拌均勻，得到冷硫化劑。

使用時(shí)，按質(zhì)量計(jì)組成將聚氨酯樹(shù)脂100份與冷硫化劑120份攪拌混合均勻，采用刮涂、刷涂和滾涂等方式涂裝即可。

涂膜固化干燥后，抗氣蝕聚氨酯彈性體抗拉強(qiáng)度42mpa，斷裂伸長(zhǎng)率390%，與金屬基材的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)12.36mpa，磁致伸縮空蝕試驗(yàn)160小時(shí)，無(wú)破壞；能有效實(shí)現(xiàn)過(guò)流部件的抗氣蝕和抗沖蝕保護(hù)。

實(shí)施例3：

按質(zhì)量計(jì)組成，取二異氰酸酯（tdi）30份，二異氰酸酯（ipdi）5份，加入到反應(yīng)釜中，在攪拌下，將二元醇（ptmg1000）50份緩慢加入至反應(yīng)釜中，待溫度穩(wěn)定后，加熱至75℃，攪拌保溫反應(yīng)1.5小時(shí)，冷卻至常溫，加入多異氰酸酯（3390）4份，混合攪拌均勻，得到聚氨酯樹(shù)脂。

按質(zhì)量計(jì)組成，將多元胺聚合物（detda）25份、多元醇聚合物（ptmg2000）70份、除水劑（800目硅酸鋁鈉）3份、附著力促進(jìn)劑（kh550）0.3份、催化劑（有機(jī)鋅krzn2）0.04份和顏料（炭黑）1份加入到分散罐中，高速分散攪拌均勻，得到冷硫化劑。

使用時(shí)，按質(zhì)量計(jì)組成將聚氨酯樹(shù)脂100份與冷硫化劑120份攪拌混合均勻，采用刮涂、刷涂和滾涂等方式涂裝即可。

涂膜固化干燥后，抗氣蝕聚氨酯彈性體抗拉強(qiáng)度38mpa，斷裂伸長(zhǎng)率410%，與金屬基材的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)10.28mpa，磁致伸縮空蝕試驗(yàn)160小時(shí)，無(wú)破壞；能有效實(shí)現(xiàn)過(guò)流部件的抗氣蝕和抗沖蝕保護(hù)。