PTMG-MDI型聚氨酯弹性体涂层在海洋环境下的老化行为研究

汪 洋，冯增辉，李冬冬，代青华，杜雯雯（1.武汉材料保护研究所，湖北武汉 430030；2.特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室，湖北武汉 430030）

PTMG-MDI型聚氨酯弹性体涂层在海洋环境下的老化行为研究

汪 洋1，2，冯增辉1，2，李冬冬1，2，代青华1，2，杜雯雯1，2
（1.武汉材料保护研究所，湖北武汉 430030；2.特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室，湖北武汉 430030）

对比PTMG-MDI型聚氨酯弹性体涂层在海洋大气区、潮汐区和全浸区三类环境下试验180 d后的涂层光泽度和抗拉强度，结果显示：大气区和潮汐区涂层的光泽度下降明显，而全浸区涂层的光泽度变化不明显；大气区涂层的抗拉强度大幅下降，潮汐区涂层次之，全浸区涂层抗拉强度下降最小。试验结果表明：在海洋环境下，阳光对弹性体涂层的光泽度和抗拉强度有显著影响，而单一的海水浸泡对弹性体涂层的光泽度和抗拉强度影响较小。

聚氨酯弹性体；海洋环境；老化

0 引言

聚氨酯弹性体的分子链是由刚性链段和柔性链段相互镶嵌构成，具有良好的耐磨损性、耐撕裂性、耐化学腐蚀性、弹性和吸震能力，因而在工业、农业、医疗、交通、国防、航天航空等领域得到广泛应用［1］。聚氨酯弹性体耐候性较差，在使用过程中易发生老化，从而导致材料的力学性能下降，使用寿命缩短。聚氨酯弹性体材料的老化主要由化学介质、热、水和紫外光等引发，不同环境下聚氨酯弹性体的老化降解机理不同［2］。本研究对比分析了180 d实海浸泡后PTMG-MDI（聚四氢呋喃醚二醇-4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯）型聚氨酯弹性体的光泽度和抗拉强度，研究了PTMG-MDI型聚氨酯弹性体在不同海洋环境下的老化行为，为该类材料在海洋工程中的应用提供指导。

1 试验部分

1.1 实海试验

将PTMG-MDI型聚氨酯弹性体喷涂于工件表面，干燥固化后，在海南三亚海水腐蚀试验站进行实海浸泡试验，工件半浸于海水中，上部为海洋大气区，中部为海洋潮汐区，底部为海洋全浸区。浸泡180 d后将工件取出，用镜像光泽度仪分别测试工件表面位于大气区、潮汐区和全浸区的涂层光泽度，并取工件上位于大气区（朝阳面的试样）、潮汐区和全浸区的涂层制成Ⅱ型哑铃状拉伸试样，用万能试验机测试其拉伸强度。

1.2 性能测试

紫外线老化性能：按 GB/T 16422.2—1999进行测试；拉伸强度和伸长率：按 GB/T 528—2009进行测试。

2 结果和讨论

2.1 浸泡区域环境条件

海南三亚地区的气候属热带海洋性季风气候。年平均气温25.4℃，七月平均最高气温28.3℃，一月平均最低气温20.7℃，全年日照时间约2 563 h，全年降雨总量1 725.7 mm；试验站位于东经109°32′，北纬18°13′，其海水溶解氧浓度4.5 mL/L，pH 8.3；年辐射强度1 430.80 kW·h·m-2，日辐射强度3.92 kW·h·m-2。

2.2 光学性能测试结果及讨论

PTMG-MDI型聚氨酯弹性体涂层经过180 d实海浸泡后，利用镜向光泽度仪测得不同区域涂层的光泽度，如表1所示。

表1 工件表面不同区域涂层的光泽度Table 1 Gloss of the coating on different region of workpiece surface

由表1可见：PTMG-MDI型聚氨酯弹性体涂层经过实海浸泡后，大气区和潮汐区涂层的光泽度下降明显，而全浸区涂层的光泽度变化不明显，这主要是由于聚氨酯弹性体涂层吸收了自然光中波长>340 nm的光后，MDI中的亚甲基发生氧化，生成不稳定的氢过氧化物，进而生成发色基团——醌-酰亚胺结构，该结构导致聚氨酯材料变黄；进一步氧化后，颜色继续加深，最后变为琥珀色［3］。

2.3 力学性能测试结果及讨论

取工件上位于大气区、潮汐区和全浸区的涂层制成Ⅱ型哑铃状拉伸试样，利用万能试验机进行拉伸强度试验，结果如表2所示。

由表2可见：PTMG-MDI型聚氨酯弹性体涂层具有很好的抗拉强度，可达15.6 MPa。经实海浸泡后，大气区涂层的拉伸强度大幅下降，降至4.6 MPa，而潮差区和全浸区涂层的抗拉强度下降幅度较小，说明在实海环境中，大气区紫外线对 PTMG-MDI型聚氨酯弹性体涂层老化后的力学性能影响程度更大，而海水因素对涂层力学性能的影响较小，PTMG-MDI型聚氨酯涂层的耐海水性能优异，但耐候性较差。

表2 工件表面不同区域涂层的拉伸强度Table 2 Tensile strength of the coating on differentregion of workpiece surface

3 结语

综上所述，在海洋环境中，光照因素对PTMGMDI型聚氨酯弹性体涂层的老化降解行为起到了主要作用，而海水因素对PTMG-MDI型聚氨酯弹性体涂层的老化降解行为影响较小。即在海洋环境下，光引发的聚氨酯老化降解行为占据主导地位。PTMG-MDI型聚氨酯弹性体涂层在吸收了一定波长的光后，分子链发生断裂、交联，从而导致涂层的物理性能下降，使用寿命缩短。

1 杜达文，汪永彬，苏玲，等. 聚氨酯弹性体的研究进展［J］.化工中间体，2013（11）：9-14.

2 陈晓康，宁培森，王玉民，等.提高聚氨酯耐紫外老化性的研究进展［J］. 热固性树脂，2009，24（6）：44-49.

3 孔明涵，王庭慰，李冬梅，等.影响聚氨酯弹性体紫外线稳定性的因素［J］. 聚氨酯工业，2006，21（6）：37-40.

Study on the Aging Behavior of PTMG-MDI PU Elastomer Coating in the Marine Environment

Wang Yang1，2，Feng Zenghui1，2，Li Dongdong1，2，Dai Qinghua1，2，Du Wenwen1，2
（1.Wuhan Research Institute of Materials Protection，Wuhan Hubei，430030，China；2.State Key Laboratory of Special Surface Protection Materials and Application Technology，Wuhan Hubei，430030，China）

Compared the gloss and tensile strength of PTMG-MDI polyurethane elastomer coating after testing for 180 days in the marine atmospheric zone，tidal zone and immersion zone，the results showed that：the gloss of the coating in atmospheric zone and tidal zone decreased significantly，while the gloss of coating in the immersion zone had no obvious change. The tensile strength of coating in atmospheric zone declined sharply，followed by the coating in the tidal zone，the coating in immersion zone had the minimum descent. The results indicated that in the marine environment，the sun had a significant influence on the gloss and tensile strength of elastomeric coating，and sea water immersion alone had less impact on the gloss and tensile strength of elastomeric coating.

polyurethane elastomer；marine environment；aging

TQ 630.7

A

1009-1696（2017）03-0011-03

2016-09-26

汪洋，男，33岁，工程师，2010年机械科学研究总院硕士研究生毕业，现就职于武汉材料保护研究所涂料涂装事业部。多年来一直从事特种涂料产品的研发与应用和装备防腐方案设计等工作。主持开发水性涂料、耐高温涂料、耐沾污涂料、可剥涂料、聚氨酯弹性体涂料等多种特种涂料及涂装相关产品。申请国家专利9项，荣获湖北省科技进步二等奖1项，武汉市科技进步二等奖1项，机械科学联合会二等奖1项。