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    噴涂聚脲彈性體底涂粘接機理探究及應用
    發表日期:2019-03-14

    摘要:本文討論了底涂在噴涂聚脲彈性體技術中的重要性,并對其粘接機理、破壞機理做詳細探究。介紹了噴涂聚脲用混凝土及金屬基材底涂的應用。

    關鍵詞:底涂、界面化學、化學粘結、混凝土基材、噴涂聚脲

    1.前言

    噴涂聚脲彈性體(spray olyurea elastomer,SPUA)技術,被越來越多的用于防水、防腐、耐磨等場合。然而在應用過程中人們發現噴涂聚脲材料固化成膜后,隨之使用時間的推移,聚脲涂層出現鼓泡、脫落等問題,甚至在聚脲材料剛剛施工完畢就出現類似情況,嚴重影響了聚脲材料的使用效果及使用壽命。噴涂聚脲彈性體技術是涂料與涂裝施工的綜合體,二者缺一不可。人們在選擇聚脲的時候常常從這兩方面考慮。當聚脲材料的使用遇到問題時,也便從這兩方面尋找癥結所在。然而卻常常忽略了其配套材料——底涂的重要性。

    聚脲材料凝膠速度快,表干時間短,粘度大,流動性差。當聚脲噴涂至基材后迅速固化成膜,對基材沒有滲透性,這就導致聚脲材料與基材幾乎沒有粘接強度的原因。為使聚脲材料牢牢的粘接在基材上,提高涂層對基材的附著,底涂的作用是至關重要的。

    2.底涂的作用

    目前,聚脲在混凝土基材、鋼基材的防護方面應用比較廣泛。

    混凝土基材為多孔性材料,其眾多細微的孔洞為液體、氣體的滲入提供了通道。在噴涂聚脲時,由于雙組分液料具有一定的溫度,且反應放熱,導致氣體受熱膨脹,涂層易出現針孔、鼓泡等現象。在使用過程中,液體也可由通道滲入基材與聚脲層,從根源處破壞界面間的粘接,易出現鼓泡、脫落等現象?;炷恋淄恐饕袃煞矫娴淖饔茫阂皇菨B透至混凝土基材內部,封閉混凝土基材表面毛細孔中的空氣和水分,避免聚脲涂層噴涂后出現鼓泡和針孔現象;二是起到膠粘劑的作用,提高聚脲涂層與混凝土底材的粘接強度,提高防護效果。

    對于鋼基材,由于其結構比較致密,無毛細孔,底涂很難滲入至基材內部,無滲透效果,因此其底涂的粘接效果起主要作用。

    3.底涂粘接原理

    聚脲與基材的連接有兩種方式:物理吸附和化學吸附。

    物理吸附為涂料與基材凹凸面的物理咬合、氫鍵的吸附連接。物理吸附受外界環境的影響很大,當外力較大或使用溫度高于聚脲的玻璃化溫度Tg時,材料易發生形變,此時物理吸附遭到致命性破壞。

    化學吸附為涂料與基材存在化學反應,涂料與基材間通過化學鍵實現連接。即使外力較大或材料發生形變時,涂料與基層間的化學鍵也很難被破壞,因此其粘接效果更加明顯。

    對于硬質聚脲,由于其硬度大,涂料不易變形,涂料與基材的物理咬合不易被外力破壞,其物理吸附即可滿足其附著要求。然而對于硬度較小的柔性聚脲,材料受外力影響易發生形變,與基材間的物理咬合很容易遭到破壞。為滿足其附著需要,化學吸附就顯得尤其重要。

    底涂在噴涂聚脲中正是起到化學粘結的作用。一方面底涂要與基材發生化學吸附,另一方面底涂又要有足夠的活性能夠與聚脲涂層發生化學反應。在基材與聚脲涂層間,底涂起到嫁接橋梁的作用,實現基材與聚脲間有效粘接。

    4.底涂的破壞

    混凝土基材為多孔性材料,經聚脲保護后,可以有效阻止水的滲入。然而未經聚脲保護的背面卻依然可以形成水流動的通道。水分子由混凝土基材背面,經毛細孔流至底涂層,造成底涂層水解、皂化,從根源處破壞了聚脲與底涂的粘接。隨著時間的推移,底涂功能被破壞殆盡,直至功能的喪失。其直接表現為聚脲層的鼓泡、脫落。因此,混凝土底涂必須有良好的防水性和耐水解性。

    5.大連懌文YW-2001、YW-2002底涂粘接機理

    混凝土砂漿基材、鋼基材中含有大量的硅、鐵無機元素。暴露在空氣中時,這些無機元素表面會吸附大量的羥基。羥基的存在提供了硅、鐵元素表面與其它活性基團發生化學反應的可行性。

    當底涂滲入到基材表面或內部,底涂中的活性基團在固/液界面由于極性吸引,通過共價鍵或非共價鍵的相互作用,自發的與硅、鐵上的羥基發生化學反應——分子自組裝技術。

    底涂與基材的固化反應:

    底涂滲入至混凝土、鋼基材表面或內部,一方面與基材中的基團發生化學反應,另一方面底涂自身交聯固化,同時表干后底涂涂層上依舊含有大量的活性基團可與聚脲材料發生固化,真正實現基材與聚脲間的化學粘接。

    6.YW-2001混凝土及砂漿基材專用底涂性能

    混凝土基材用角磨機打磨處理后,露出堅實部分,經YW-2001混凝土專用底涂處理,表干后噴涂YW-1102防水聚脲,養護7天后,做檢測。檢測結果如下:

    序號

    測試項目

    結果

    參照方法

    11

    表干時間/h

    3

    GB/T16777-2008

    22

    粘接強度/MPa

    干燥基面

    3.98

    浸水基面

    2.49

    33

    剝離強度/ N/mm

    干燥基面

    12.3

    GB/T2790-1995

    熱老化

    12.3

    凍融循環

    10.8

    7.YW-2001混凝土及砂漿基材專用底涂粘接效果

    高強度混凝土基材用角磨機打磨處理后,露出堅實部分,經YW-2001混凝土專用底涂處理,表干后噴涂YW-1102防水聚脲,養護7天后,做剝離試驗,剝離強度達12.3N/mm。在剝離過程中,混凝土中的骨料從基材中剝離出,混凝土表面遭到破壞,缺失嚴重,由此證明:YW-2001混凝土及砂漿基材專用底涂粘接強度優越。經熱老化及凍融循環后,底涂的剝離強度變化不大,且對混凝土基材的粘接效果明顯。證明YW-2001混凝土底涂具有優異的粘接效果及良好的穩定性。

    8.YW-2002鋼基材專用底涂性能

    鋼基材應噴砂至Sa2.5級,除去表面的油漬、污漬。鋼基材專用底涂處理,表干后噴涂YW-1111高耐磨噴涂聚脲,養護7天后,做粘接強度、剝離強度試驗,檢測數據如下:

    序號

    測試項目

    結果

    參照方法

    11

    表干時間/h

    3

    GB/T16777-2008

    22

    粘接強度/MPa

    干燥基面

    19.9

    33

    剝離強度/ N/mm

    干燥基面

    22.3

    GB/T2790-1995

    熱老化

    22.3

    9.YW-2002鋼基材專用底涂粘接效果

    鋼基材應噴砂至Sa2.5級,除去表面的油漬、污漬。鋼基材專用底涂處理,表干后噴涂YW-1111高耐磨噴涂聚脲,養護7天后,做粘接強度、剝離強度試驗。發現聚脲根本無法從鋼基材中剝離,聚脲從根部斷裂。

    10.結論

    底涂在噴涂聚脲彈性體技術的應用中起著重要的作用。在追求聚脲材料、施工工藝的同時,更應該注重底涂系統的研發。

    在聚脲涂層與基材間,底涂起著嫁接橋梁的作用?;瘜W活性高、粘接效果好、穩定性優良的底涂有利于提高聚脲的使用效果,延長使用壽命。

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