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【科技】天门冬氨酸酯聚脲在海洋防腐领域的改性研究进展

时间:2025-12-10 09:02  |  说化有益
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    海洋环境具有高盐、高湿、高紫外辐射和多变温度等特征,是金属腐蚀最为剧烈和复杂的服役环境之一。其腐蚀源于氯离子渗透、湿热交替、海水冲刷及微生物诱导腐蚀(MIC) 等多因子耦合,导致钝化膜破坏与腐蚀产物脱附,从而加速结构失效。此外,海洋大气环境中SO2、NOx等酸性气体的夹杂、盐雾浓度的不均以及日夜温差引起的冷凝现象,将进一步加剧金属材料的腐蚀。在工程实践中,港口码头、海洋平台、舰船舰艇、海底管线及沿海桥梁等钢结构设施的防护方法直接关系到服役安全与成本。目前常用的防护方法包括阴极保护、热喷涂及有机防腐蚀涂层,其中高性能涂层因施工便捷、经济实用而最为广泛。然而,传统有机涂层(如环氧、聚氨酯)在长期服役中易出现开裂、粉化、剥落等问题,特别是在紫外照射、温湿波动和机械冲击共同作用下,其保护能力明显衰退,难以满足海洋工程日益增长的高强度、长寿命防护需求。因此,开发新一代具备高致密性、优异耐老化性、良好附着力及多功能响应能力的重防腐蚀涂层体系,成为当前海洋腐蚀防护领域的研究重点。聚脲类涂层,特别是聚天门冬氨酸酯聚脲因其优良的理化性能与结构调控潜力,成为近年来防腐蚀涂层材料的研究热点。

    聚脲涂层由异氰酸酯与胺类加成反应形成,具备快速固化、施工适应性强、无溶剂环保及力学性能优异等特点,自20世纪90年代以来广泛用于防腐、防磨、防爆与防水工程。聚天门冬氨酸酯聚脲作为第三代聚脲,在保持高强度与耐候性的同时实现了反应可控与延长施工时间,已从地坪、交通及能源装备防护拓展至海洋重防腐蚀领域,尤其适用于潮湿盐雾和机械扰动环境。相比传统环氧与聚氨酯体系,其致密性、抗紫外与耐冲击性能更优。为进一步增强屏蔽性、界面稳定性和智能防护性能,近年来研究者通过纳米复合、稀土掺杂与自修复设计等多种路径对其进行改性。因此,笔者围绕聚天门冬氨酸酯聚脲在海洋防腐蚀环境中的改性机理、功能协同与服役行为优化展开系统综述,以期梳理聚脲涂层发展路径,推动其向高可靠性工程应用转化。

    聚天门冬氨酸酯聚脲,是一类利用聚天门冬氨酸酯与异氰酸酯反应制得的聚脲材料。聚天门冬氨酸酯通常由马来酸酯与脂肪伯胺通过Michael加成反应生成,其仲胺基受到β位酯基电子效应及临近结构空间位阻的影响,与异氰酸酯的反应速率显著下降,实现了从“快速喷涂型”向“可控开放型”聚脲转变。

    该材料主链所含脲键(-NH-CO-NR-)与支链中的酯基(-COOR)可形成高度致密的氢键网络和微相分离结构,兼具刚柔特性和良好流平性。相较芳香族聚脲或环氧防腐蚀涂层, PAE聚脲为脂环结构,耐紫外老化、附着力强、韧性高,且固化速率可调。通过调节聚天门冬氨酸酯结构(如直链或环状),可实现玻璃化温度、硬度与延伸率的定向调控。在海洋防护中,脲键-酯链形成的氢键网络显著延缓盐雾渗透,微相分离结构增强涂层的冲击吸能能力,可用于厚膜施工及复杂结构覆盖。因此,PAE聚脲兼具物理屏障性、施工友好性和优异的耐候防腐蚀性能,成为第三代聚脲体系的重要代表材料。

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