摘要：介绍了聚氨酯防腐蚀涂料的分类和性能，阐述了影响聚氨酯防腐蚀涂料的因素，并对其作了总结与展望。

关键词：聚氨酯;防腐蚀;涂料;研究进展

0·引言

腐蚀是一种由于材料与环境反应而引起的材料的破坏和变质。腐蚀过程是热力学自发过程，是不可逆转的。据美国腐蚀工程师协会(NACE)的权威统计，每年由于腐蚀造成的损失仍然占到GDP的3%~5%[1]。因此，寻找合适的方法防止材料的腐蚀对于创建资源节约型社会来说具有科学意义。

防止金属腐蚀的方法很多，如金属选材、阴极保护、采用金属保护层、采用缓蚀剂及采用防腐涂料等。在所有的防腐措施中，采用防腐蚀涂料是应用最广泛、最经济、最方便的一种方法。日本腐蚀和防腐蚀协会调查表明[2]，在涂料、金属表面处理、耐腐蚀材料、防锈油、缓释剂、电化学保护、腐蚀研究等七大防腐蚀费用中，采用涂料防腐蚀所花的经费占62%，这足以说明涂料防腐蚀方法的实用和重要性。而在众多的防腐蚀涂料中，聚氨酯防腐涂料是继其他防腐涂料之后的最通用的涂料品种，其用量仅次于醇酸树脂涂料，如2000年美国聚氨酯涂料消耗量为62.8万t，占总产量的11%，其中建筑业(木地板及水泥地板)用7.5万t，汽车修补用7.3万t，储油罐和管道防腐蚀用48万t[3]。

聚氨酯(Polyurethane)是由多异氰酸酯(含—NCO)和大分子多元醇(含—OH)聚合而成的树脂。在聚氨酯大分子中由于存在大量的氢键，分子间作用力大，大分子链对多数化学物质稳定，所以以聚氨酯为成膜物质而配成的聚氨酯防腐涂料具有优良的耐化学腐蚀性、抗渗透性、耐磨性、坚韧性以及强的附着力等特性，而且在聚氨酯大分子中可变化的因素很多，可以根据不同的实际情况进行分子设计和结构调整，使其能更好地满足实际需要[4]。较其他涂料而言，因聚氨酯涂料优异的性能，从而奠定了它在防腐蚀涂料领域中极其重要的地位。

1·聚氨酯防腐蚀涂料的分类

聚氨酯防腐涂料通常是通过一定的化学反应在基材上成膜和硫化交联的，因此聚氨酯防腐涂料属于反应型涂料，它主要分为单组分潮气固化型防腐蚀涂料、双组分聚氨酯防腐蚀涂料、聚氨酯粉末涂料等。

1.1单组分潮气固化型聚氨酯防腐蚀涂料

1.1.1反应原理

单组分潮气固化型聚氨酯防腐蚀涂料(Moisture-curedPolyurethanes，简称MCU)是由含有羟基的大分子化合物(如聚醚树脂、聚酯树脂、环氧树脂、蓖麻油树脂)与过量的多异氰酸酯反应生成的芳香族或脂肪族异氰酸根端基的预聚物、溶剂(低水分含量)、颜料(化学活性和电化学颜料)、除水剂、助剂、催化剂(特别是脂肪族MCU)组成。单组分潮气固化型聚氨酯涂料施工后，通过预聚物中的—NCO与水反应生成脲键而固化成膜。这一反应分为两个阶段[5]：首先水与—NCO反应生成不稳定的氨基甲酸，随即分解为胺和二氧化碳;二氧化碳从涂膜中挥发，而胺继续与剩余的—NCO反应生成脲，这也就是潮气固化型聚氨酯涂料具有耐久性、耐腐蚀性、耐化学性和良好的保色性的道理。其具体反应过程如式(1)、式(2)、式(3)所示。

图

潮气固化型聚氨酯的干燥时间取决于相对湿度和温度。因此在涂料固化时，需要既考虑湿度，又考虑温度，这意味着在较低温度下，空气中水较少，干燥速度会变慢，相反，在较高温度下，空气中水分较多，意味着更多的水与—NCO反应，反应速度将要加快，因此，在配方设计时，应预先考虑施工时的环境条件。

1.1.2涂料特点

单组分潮气固化型聚氨酯防腐蚀涂料是防腐蚀涂料的重要品种，主要是由于它具有以下优势[6]：

(1)施工简便，对底材处理要求不高，和其他单组分涂料不同的是，单组分聚氨酯无需工件表面干燥，即使工件表面有一层水膜也可完全固化。

(2)施工范围宽，一般零度以上、相对湿度在30%~98%均可施工，即使在冬天、雾天、甚至细雨天的潮湿基面上，也能够正常地施工干燥，施工后1~2h就可以达到涂膜触干，空气湿度越高，固化时间越短。

(3)潮气固化型聚氨酯涂料中含有大量的脲键、氨基甲酸酯键，因此涂膜的耐磨性较双组分聚氨酯更好，耐化学品性、耐特种润滑剂、防原子辐射性、耐水性、附着性和柔韧性优异。

(4)潮气固化型聚氨酯涂料既可作为面漆，又可作为底漆，对各种基材都有很好的表面容忍性和附着力。

(5)涂料具有优异的耐水性和耐化学品性，可以用于被浸湿的条件下，能够和阴极保护一起使用。

1.1.3湿气直接固化聚氨酯涂料

该聚氨酯涂料是由聚氨酯预聚物加溶剂配制而成。为了能使涂膜顺利地固化，应先将预聚物进行预先扩链，以增加其相对分子质量。在配制好的涂料中含少量游离的—NCO基，它们可与空气中的水分反应而使涂膜交联固化。这种聚氨酯涂料的优点是使用方便，缺点是因含活泼的—NCO基，它易与空气中的水分反应，故储存期短，一般为1a左右。

1.1.4烘干型封端聚氨酯涂料

封端聚氨酯是利用多异氰酸酯与酚类化合物反应形成氨基甲酸酯，其特点是加热可重新分解出—NCO。将它与大分子多元醇混合构成单组分涂料，在储存过程中稳定，烘烤时分解出的—NCO与—OH固化成膜。一般涂层固化成膜的烘烤温度大约为100~160℃。选择封端剂时应考虑脱封温度，通常可选用苯酚、甲酚、乙酞乙酸乙酯等，另外，加入催化剂可降低脱封温度。常规情况下，脱封温度低的产品储存稳定性也差。

单组分聚氨酯涂料除了上面两种外，还有单组分湿气活化潜催化剂聚氨酯涂料、单组分催化湿气固化聚氨酯涂料、氧固化聚氨酯改性油等。

1.2双组分聚氨酯防腐蚀涂料

1.2.1涂料特点

这是一种最常见的聚氨酯涂料。该类涂料分为两个组分，一份含多异氰酸酯，另一份含大分子多元醇以及各种添加剂和催化剂等。使用时按一定比例混合即可，现用现配。正是由于多元醇部分可以任意调节，固化剂部分也有较多的品种可以选择，因此普通聚氨酯涂料所具有的特点在聚氨酯防腐蚀涂料中也都有。双组分聚氨酯防腐蚀涂料主要有如下特点[9]：

(1)涂料固化后形成的交联的分子结构使涂膜具有优异的不透水和不透氧性能，能耐水、溶剂、盐水浸泡，具有优良的防腐蚀性能。

(2)固化后的聚氨酯涂膜内含有较强极性基团，氨酯键之间可形成氢键，因此能和基底形成紧密附着，具有优异的附着力和优异的耐磨性。

(3)选择不同羟基组分的羟值和多异氰酸酯固化剂的—NCO值就可以获得不同交联度的涂膜。而且用于提供羟基的多元醇树脂的选择性很广，通过羟基组分选择，就可以获得对特定腐蚀介质稳定性好的涂料。

(4)比环氧树脂防腐蚀涂料具有更低的施工温度，可在零度甚至更低温度施工，可制备适用于低温潮湿环境下使用的防腐蚀涂料。

(5)双组分聚氨酯涂料两组分需按比例精确配制，现配先用，有施工期限。12下一页