該研究所積極開展以聚脲技術(shù)為背景的科技創(chuàng)新工作，長(zhǎng)期與國外知名學(xué)者、跨國公司交流與合作，不斷將最先進(jìn)的防護(hù)理念、技術(shù)和工藝引進(jìn)國內(nèi)，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級(jí)換代；研究所承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國“九五”-“十二五”科技攻關(guān)等國家級(jí)課題16項(xiàng)、省部級(jí)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)。研究所擁有門類較齊全的儀器設(shè)備，為聚脲技術(shù)的深入研究和領(lǐng)域拓展，提供了良好的硬件支撐條件。
主要研究成果有：
基礎(chǔ)設(shè)施超長(zhǎng)壽命防護(hù)新材料及關(guān)鍵技術(shù)
混凝土在役快速修復(fù)新技術(shù)
阻尼減振降噪與防護(hù)一體化技術(shù)
高鐵橋梁混凝土噴涂聚脲防護(hù)新技術(shù)
水利行業(yè)超抗沖刷耐磨蝕新材料與技術(shù)
具有抗爆功能噴涂聚脲材料的研制

目前，防護(hù)涂層的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，例如建筑?橋梁?隧道?高鐵等工程。由于受大氣環(huán)境的影響，涂層的老化問題日漸突出，嚴(yán)重影響了其防護(hù)性能，學(xué)者們針對(duì)涂層的自然老化問題進(jìn)行了廣泛的研究。耿舒等采用光澤度儀?SEM?FT-IR及EIS等手段對(duì)丙烯酸聚氨酯防腐涂層的紫外線老化行為進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)丙烯酸聚氨酯涂層在發(fā)生明顯的降解之前其防護(hù)性能已經(jīng)明顯下降。李鑫茂利用宏觀和微觀相結(jié)合的方法對(duì)3種聚脲涂層自然曝曬270d后的性能進(jìn)行了分析，從表面和斷面微觀形貌得出曝曬270d后的聚脲涂層僅在表面發(fā)生明顯老化現(xiàn)象，涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。張寒露等采用SEM?FT-IR光譜?金相顯微鏡等手段對(duì)三亞室外自然曝曬和氙弧燈老化條件下聚氨酯涂層的老化行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:室外自然曝曬和氙弧燈老化下聚氨酯涂層失效時(shí)的表面形態(tài)和劣化機(jī)理一致，可以用室內(nèi)氙弧燈老化實(shí)驗(yàn)對(duì)室外自然曝曬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，自然曝曬實(shí)驗(yàn)?zāi)芨鎸?shí)反映出涂層的老化性能。
自然曝曬實(shí)驗(yàn)將試樣暴露在自然環(huán)境下，通過觀察其性能隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，對(duì)其耐久性進(jìn)行評(píng)估。室外自然曝曬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘鎸?shí)有效地反映涂層老化的形貌特征及分子結(jié)構(gòu)等的變化情況。本文選用QF系列防護(hù)材料進(jìn)行大氣自然環(huán)境老化對(duì)比試驗(yàn)，探討上述材料在自然曝曬環(huán)境中性能的變化規(guī)律，從而選出耐老化性更為優(yōu)異的涂層。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1實(shí)驗(yàn)原料及制備
QF-162噴涂聚脲涂層和QF-178噴涂聚氨酯涂層均為青島理工大學(xué)功能材料研究所自制，QF-162噴涂聚脲涂層A組分為純MDI（煙臺(tái)萬華）和端羥基聚醚進(jìn)行預(yù)聚，預(yù)聚物—NCO含量為15.5%，B組分由端氨基聚醚?胺類擴(kuò)鏈劑（淄博正大）組成；QF-178噴涂聚氨酯涂層A組分為純MDI（煙臺(tái)萬華）和端羥基聚醚進(jìn)行預(yù)聚，預(yù)聚物—NCO含量為15.5%，B組分由端羥基聚醚和擴(kuò)鏈劑（上海高橋）組成。
在PVC塑料板（通用）基材上噴涂一層脫模劑，采用美國PMC噴涂設(shè)備，噴涂厚約2.0mm的涂層。進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)的各材料需用切片機(jī)裁成啞鈴型。
1.2試驗(yàn)設(shè)備
萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)（MZ-4000D1）?切片機(jī)（MZ-4102）?厚度計(jì)（MZ-4032）:江蘇明珠實(shí)驗(yàn)機(jī)械有限公司；光澤度儀:XGP系列，天津信通光達(dá)科技有限公司；傅里葉紅外光譜儀（Tensor27）:德國布魯克光譜儀公司；聚脲噴涂設(shè)備（PHX-40）:美國PMC公司。
1.3試驗(yàn)環(huán)境
室外自然環(huán)境為青島理工大學(xué)2號(hào)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)樓頂戶外曝曬場(chǎng)。
1.4戶外自然曝曬實(shí)驗(yàn)
進(jìn)行室外自然曝曬實(shí)驗(yàn)所用的各材料要按照GB/T9276—1996的要求，將樣片掛于室外曝曬現(xiàn)場(chǎng)的曝曬架上，分別測(cè)試其曝曬7d?194d?233d?538d?573d和2493d后拉伸強(qiáng)度?斷裂伸長(zhǎng)率和光澤的變化。
1.5性能測(cè)試與微觀分析
材料的宏觀性能測(cè)試和微觀性能研究分別通過拉伸試驗(yàn)?斷裂試驗(yàn)和FT-IR進(jìn)行表征。
2結(jié)果與討論
2.1力學(xué)性能
圖1是QF-162涂層和QF-178涂層經(jīng)戶外曝曬7d?194d?233d?538d?573d和2493d后的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的變化。
從圖1可以得出，海洋大氣環(huán)境戶外自然曝曬對(duì)QF-162涂層的力學(xué)性能影響并不是很大，對(duì)QF-178涂層的影響顯著。在經(jīng)過2493d的戶外自然曝曬后，QF-178涂層的力學(xué)性能幾乎完全喪失，而QF-162涂層仍保持較好的力學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度保持在15MPa以上，斷裂伸長(zhǎng)率保持在400%左右，表現(xiàn)出較好的耐老化性能。
  2.2光澤
太陽光中的短波紫外光通常是引起聚合物破壞的主要原因，而海洋大氣環(huán)境下的紫外線輻射更為強(qiáng)烈[9]。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T8807—1988對(duì)2種涂層在老化前和2493d的戶外自然曝曬后光澤進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1，2種涂層顏色的變化情況見圖2所示。
由表1可知，老化2493d后，2種涂層失光嚴(yán)重。老化前QF-162涂層和QF-178涂層光澤分別為82.8和82.9，老化2493d后，光澤分別下降至10.9和8.6。可見戶外自然曝曬對(duì)2種涂層光澤的影響十分顯著。
 
表1 2種涂層在老化前和老化2493d后光澤的變化  
  從圖2（a）可以發(fā)現(xiàn)，涂層經(jīng)過2493d戶外自然曝曬后，2種涂層的顏色均發(fā)生了不同程度的變化。QF-162涂層的顏色由起初的橘黃色變成暗黃色，QF-178涂層由紅色變成咖啡色。這是因?yàn)殡S著曝曬時(shí)間的延長(zhǎng)，涂層會(huì)出現(xiàn)不同程度的黃變。且從圖1（b）中可以看出，QF-178涂層表面出現(xiàn)嚴(yán)重的裂紋。
綜合表1?圖2可以初步斷定:經(jīng)過2493d的戶外自然曝曬后，2種涂層中部分化學(xué)鍵均發(fā)生了斷裂，導(dǎo)致涂層發(fā)生化學(xué)降解，從而出現(xiàn)了涂層老化現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)力學(xué)強(qiáng)度和光澤下降的現(xiàn)象。
2.3紅外光譜分析
QF-162和QF-178涂層戶外自然曝曬前后的FT-IR如圖3所示。涂層自然老化2493d后，將其表面老化部分用砂紙打磨掉，除去表面3~5μm失光老化部分，再進(jìn)行紅外表征。   圖3（a）顯示，在3360cm^-1處是N—H伸縮振動(dòng)峰，2965.55~2870.16cm^-1范圍內(nèi)是C—H伸縮振動(dòng)峰，1600~1700cm^-1范圍內(nèi)是C=O的特征峰，在1530cm^-1處是C—N和N—R的伸縮振動(dòng)峰，1100~1016cm^-1范圍內(nèi)是C—O—C的伸縮振動(dòng)峰，以上特征峰的存在證明QF-162涂層中含有脲鍵—NHCONH—。經(jīng)自然曝曬老化2493d后的圖譜與老化前相比，3360cm^-1處的N—H伸縮振動(dòng)峰?2965.55~2870.16cm^-1范圍內(nèi)的C—H伸縮振動(dòng)峰?1600~1700cm^-1范圍內(nèi)C=O的特征峰以及1530cm^-1處的C—N和N—R的伸縮振動(dòng)峰都幾乎難以分辨，說明這些伸縮振動(dòng)峰和特征峰在自然曝曬老化過程中均發(fā)生了明顯的減弱，內(nèi)部的化學(xué)鍵出現(xiàn)了一定程度的斷裂；1100~1016cm^-1范圍內(nèi)的C—O—C的伸縮振動(dòng)峰相比老化前的峰值也發(fā)生了明顯的減弱和變寬現(xiàn)象。以上特征峰的變化結(jié)果說明了QF-162涂層在戶外自然曝曬過程中其化學(xué)鍵發(fā)生了斷裂。圖3（b）顯示，在2925cm^-1和2852cm^-1處為—CH₂振動(dòng)峰，1728cm^-1處為酯的C=O吸收振動(dòng)峰，1453.5cm^-1處為苯環(huán)上的C=C吸收振動(dòng)峰，1523cm^-1處是—NH和—CN的吸收振動(dòng)峰。與老化前相比，QF-178涂層的戶外曝曬樣片在各個(gè)峰處的強(qiáng)度都有明顯的減弱，幾乎難以分辨，說明各振動(dòng)峰處的化學(xué)鍵均發(fā)生了嚴(yán)重的斷裂。
從圖4（a）可以看出，打磨后的QF-162涂層FT-IR光譜與原始樣片保持一致，說明除去表面老化失光部分后的內(nèi)部涂層沒有發(fā)生化學(xué)鍵斷裂和氧化還原反應(yīng)。結(jié)合力學(xué)性能研究結(jié)果可知，老化后的QF-162涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化，僅在涂層表面發(fā)生了老化現(xiàn)象。從圖4（b）中可以看出，打磨表面老化后的QF-178涂層的FT-IR光譜與老化前大致保持相同，表明打磨后的涂層也沒有出現(xiàn)斷鍵和氧化還原反應(yīng)，但結(jié)合力學(xué)研究結(jié)果可以看出，QF-178涂層的力學(xué)性能幾乎完全喪失，僅有2.2MPa的拉伸強(qiáng)度是由打磨表面老化部分后剩余涂層提供，可見，在經(jīng)過2493d戶外自然曝曬后，僅剩少量聚氨酯涂層沒有老化，老化部分涂層內(nèi)部化學(xué)鍵斷裂十分明顯，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，涂層已不具備任何使用價(jià)值。
 
3結(jié)語
（1）經(jīng)戶外自然曝曬老化2493d后，QF-162涂層仍保持穩(wěn)定的力學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度保持在15MPa以上，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)400%以上，僅下降14.38%；涂層失光率達(dá)86.84%，涂層老化前后顏色變化顯著。從力學(xué)性能及微觀研究結(jié)果可知，老化僅使涂層表面小部分分子鍵發(fā)生斷裂，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，涂層仍保持穩(wěn)定的性能。
（2）在戶外自然曝曬2493d后QF-178涂層的力學(xué)性能幾乎完全喪失，其拉伸強(qiáng)度只有2.20MPa，相比老化前下降90.71%，斷裂伸長(zhǎng)率下降98.75%；涂層失光率達(dá)89.63%，老化后涂層表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂紋，從微觀結(jié)構(gòu)分析可知，涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化明顯，已不具備任何使用價(jià)值。

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