腰果壳油基固化剂型多软段聚氨酯防腐涂层的制备及其固化动力学研究
摘要
金属腐蚀是一种普遍存在于自然和工业环境中的现象，它不仅会对金属材料的性能
和寿命造成严重影响，还会对环境和人类健康造成潜在威胁。因此我们需要对防腐问题
进行深入的研究。其中有机防腐涂层保护是一种高效且经济的解决方法。目前的防腐涂
层中聚氨酯涂层因其优异的耐磨性能和抗老化性能被广泛应用于该领域中。但是传统的
聚氨酯防腐涂层的机械性能和防腐性能不佳。本论文通过调整聚氨酯中软段结构，引入
不同腰果壳油基酚醛树脂作为固化剂，提高聚氨酯涂层的机械性能和防腐性能，并对上
述体系树脂进行固化动力学测试与研究。具体研究内容如下：
本文以聚四氢呋喃（PTMG）、端羟基聚丁二烯（HTPB）、聚丙二醇（PPG）作为聚
氨酯软段，与多次甲基多苯基异氰酸酯（PM-200）合成聚氨酯预聚体，通过腰果壳油基
固化剂进行扩链固化，制备了不同软段配比的聚氨酯防腐涂层。其中因为HTPB存在双
键，所以可以提升涂层的力学性能，PPG具有良好的抗氧化性、润滑性和化学稳定性，
多用于制备防腐剂。首先对PTMG/HTPB体系聚氨酯涂层进行机械性能和防腐性能测
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试，软段配比为PTMG∶HTPB1∶3的涂层腐蚀电流值为2.07×10A，此软段配比聚氨
酯防腐涂层具有更优异的防腐性能和机械性能。在上述软段配比引入PPG，发现
PTMG∶HTPB∶PPG1∶3∶3的聚氨酯涂层具有最高的腐蚀电压和较低的腐蚀电流；电化学
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阻抗谱图中在3.5wt%NaCl溶液中浸泡18d后的|Z|10mHz值高于10Ω·cm。说明该涂层
相较于其他体系涂层具有优异的防腐性能。对最佳软段配比聚氨酯涂层进行循环加速腐
蚀测试，通过测试经过加速测试后涂层的附着力达到11.22MPa，电化学测试|Z|10mHz的
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值大于10Ω·cm，说明该涂层具有良好的耐候性和涂层性能保持力。上述软段配比与
PM-200合成聚氨酯预聚体，使用不同腰果壳油基固化剂（NX-9005、NX-9007、NX-9008）
和1，4丁二醇（BDO）扩链固化。对该体系聚氨酯进行涂层性能测试，研究不同腰果
壳油基固化剂对涂层性能的影响。在拉伸应力、接触角、吸水率和摩擦磨损测试中，双
组分固化剂型聚氨酯的干湿态附着力表现更好的性能。在电化学阻抗谱图中9005/BDO
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型聚氨酯涂层经过20天左右腐蚀浸泡后的|Z|10mHz一直保持在3.2×10Ω·cm左右，较
其他涂层相比具有更好的腐蚀介质阻隔能力。
对三种不同的聚氨酯固化体系（PTMG/HTPB型、PTMG/HTPB/PPG型、腰果壳油
基固化剂型）进行差式扫描量热法（DSC）测试，并对DSC测试数据进行分析，找出各
体系中的特征固化温度，采用外推法确定各体系的固化工艺，均为固化温度Tp0下固化
哈尔滨工程大学硕士学位论文
3小时后在后固化温度Tf0下后固化2小时。采用Kissinger法、Ozawa法和FWO法对
以上三种聚氨酯固化体系进行表观活化能的计算。其中软段配比为
PTMG∶HTPB∶PPG=1∶3∶3，固化剂为9005/BDO的聚氨酯体系具有最小的表观活化能，其
值为35.277kJ/mol，说明其反应活性最大。通过Málek法计算的特征值与已知动力学参
数确认三种聚氨酯固化体系均对应双参数的自催化模型，在计算出所有动力学参数后将
计算值与实验值进行了对比，结果表明自催化模型可以很好的描述聚氨酯固化体系的固
化过程。
关键词：多软段聚氨酯；腰果壳油；防腐；固化动力学
腰果壳油基固化剂型多软段聚氨酯防腐涂层的制备及其固化动力学研究