本发明一种高粘接强度的抗气蚀聚氨酯弹性体涂层及其制备方法，属涂料领域，具体涉及无溶剂聚氨酯弹性体涂料。
背景技术：
气蚀是水工建筑和水力机械运行过程中普遍存在的一种破坏形式，它属于磨损腐蚀的一种特殊形式，是由于过流部件附近的气泡剧烈溃灭瞬间产生的高压冲击波或高速微射流，高频进攻过流部件外表面，在材料外表面局部发生较大的塑性形变，致使材料表面产生破碎，形成蚀坑并裸露出新的基材。随着气蚀时间增加，蚀坑逐渐增大增深，当蚀坑扩展到一定程度后，过流部件就会发生断裂，从而对人们的生产生活造成难以估计的经济损失和人员伤亡。
气蚀严重制约了水利机械和水工建筑的发展，目前，除了利用计算机辅助设计、制造符合流体力学的过流部件和避免发生空化现象的运行条件外，还可以通过开发具有优异抗气蚀性能的新型材料，或者通过对过流部位进行表面处理，提高基材表面的综合性能，以有效解决过流部件的气蚀问题。
近些年来，随着表面处理技术的发展，以及具有良好抗空蚀性能涂层的研制，通过表面处理技术极大地提高了过流部件的抗空蚀性，延长了过流部件的使用寿命。表面激光改性、表面等离子改性、表面热喷涂、表面渗氮和堆焊等是经常使用的表面处理技术。这些提高抗空蚀性的表面处理工艺方法复杂，涂层成本较高，对工作环境及操作水平都要求严格，难以运用在大型工件表面且涂层破损后，修补比较困难，很难大面积推广使用。
抗气蚀高分子有机涂层材料价格较低，对各种基材的适用性好，现场施工方便，不损坏工件，并且具有保护期效长、易修补等特点，受到广泛关注。抗气蚀高分子涂层材料主要有高强度高硬度的刚性环氧涂层和弹性聚氨酯涂层两类。陶瓷粉末（氧化铝、碳化硅）增强的环氧树脂类涂层具有粘接强度大、硬度高、耐冲刷性能好等优点，但其脆性大，抗气蚀能力较差，不适合在气蚀破坏严重的场合使用；弹性聚氨酯涂层粘弹性好，能大量吸收气蚀产生的高频冲击能量，抗气蚀性能优异，同时其力学强度高，耐磨、抗冲刷等性能优良，是理想的抗气蚀涂层材料，但目前该类涂层材料在金属基材表面的结合强度有限，使用中，存在脱落的风险。
公开号为cn106349771a的发明专利《一种基体表面耐气蚀耐冲蚀的涂层及其制备方法》，使用立方氮化硼、环氧树脂胶和固化剂制备了一种基体表面耐气蚀耐冲蚀的涂层，该涂层可应用于液固及气液两相流对流的环境中抗冲蚀与抗气蚀，提升基体的使用寿命及安全性。公开号为cn102020841a的发明专利《纳米聚氨酯弹性体及其制备方法以及用其进行抗磨蚀方法》提供了一种可提高水电站过流部件、水利工程附属设施及矿山机械的抗空蚀性能、抗磨性能、耐水性能及回弹延伸性能的纳米聚氨酯弹性体，具有良好的抗该涂层性能、良好的抗磨性能，优良的耐水性能及良好的回弹、延伸性能，但涂层使用的聚氨酯硫化剂moca为粉末状，需将聚氨酯加热至100℃，工件加热至50℃施工，且需保温固化，操作难度较大，施工质量难以保证。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高粘接强度的抗气蚀聚氨酯弹性体涂层及其制备方法，该聚氨酯弹性体涂层常温施工、常温固化、粘接强度大、两组份的混合操作时间长、后固化速度快、施工操作简单、内聚强度高、弹性好、使用寿命长等优点，使用在水力机械过流部件表面，有效解决过流部件的气蚀与冲蚀破坏问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一、本发明一种高粘接强度的抗气蚀聚氨酯弹性体涂层，由聚氨酯树脂和冷硫化剂两组份组成，按质量计，其聚氨酯树脂为100份，冷硫化剂为80～120份，按所述配比，将聚氨酯树脂与冷硫化剂混合搅拌均匀，采用刷涂、滚涂和刮涂等方式，施涂于金属水力机械过流部件表面，即在水力机械过流部件表面获得高粘接强度的抗气蚀聚氨酯弹性体涂层，所述聚氨酯树脂，其按质量计组分配方如下：
二异氰酸酯35～45份；
多异氰酸酯3～6份；
二元醇40～60份；
所述异氰酸酯为苯基甲烷二异氰酸酯（mdi）、甲苯二异氰酸酯（tdi）、异佛尔酮二异氰酸酯ipdi中的一种或二种；
所述多异氰酸酯为hdi三聚体；
所述二元醇为聚四氢呋喃醚ptmg1000；
所述冷硫化剂，其按质量计组分配方如下：
多元胺聚合物15～25份；
多元醇聚合物55～70份；
除水剂3～4份；
附着力促进剂0.2～0.5份；
催化剂0.02～0.06份；
颜填料1～2份。
所述多元胺聚合物为4,4'-二仲丁氨基二苯基甲烷(mbda)、二甲硫基甲苯二胺（dmtda）和二乙基甲苯二胺(detda)中的一种；
所述多元醇聚合物为聚四氢呋喃醚ptmg2000；
所述除水剂为粒径大小600目～1000目的硅酸铝钠粉末；
所述附着力促进剂为氨基硅烷偶联剂；
所述催化剂为有机锌催化剂；
所述颜填料为常规的着色颜料。
二、本发明一种高粘接强度的抗气蚀聚氨酯弹性体涂层的制备方法是：
（1）将二异氰酸酯加入到反应釜中，按质量计组成称取二元醇，在搅拌下，缓慢加入至二异氰酸酯中，待温度稳定后，加热至75℃，搅拌保温反应1.5小时，冷却至常温后，按质量计组成加入多异氰酸酯，制得聚氨酯树脂。
（2）按质量计组成，将多元胺聚合物、多元醇聚合物、除水剂、附着力促进剂、催化剂、颜填料加入到分散罐中，高速搅拌分散均匀，制得冷硫化剂。
三、本发明一种高粘接强度的抗气蚀聚氨酯弹性体涂层的使用方法是：
根据质量计配比，将聚氨酯树脂与冷硫化剂混合均匀，采用刮涂、刷涂、滚涂和喷涂等方式，施涂于经过喷砂处理的金属水力机械过流部件表面，干燥固化24小时后，即在水力机械过流部件表面获得高粘接强度的抗气蚀聚氨酯弹性体涂层。
本发明一种高粘接强度的抗气蚀聚氨酯弹性体涂层使用二异氰酸酯与二元醇预反应制备成聚氨酯预聚物，然后加入多异氰酸酯的方式制备成聚氨酯树脂，多异氰酸酯在与冷硫化剂反应时，提供交联网状结构节点，获得力学性能优异的聚氨酯弹性体，从而具有优异的抗气蚀性能，同时该方式下多异氰酸酯对聚氨酯树脂具有稀释作用，可降低聚氨酯树脂的粘度，有助于提高树脂在基材表面的润湿性能，从而提高涂层的粘接强度。而常规获得局部交联结构的方法，是在制备聚氨酯预聚物过程中加入三元醇，该方式制备的聚氨酯树脂粘度加大，不利于施工和树脂在基材表面的润湿，制备弹性体涂层的结合强度低。
本发明使用高活性低分子量的多元胺聚合物与低活性高分子量的多元醇聚合物作为冷硫化剂，高活性低分子量的多元胺聚合物提供高强度，低活性高分子量的多元醇聚合物提供高弹性，低活性多元醇的使用可使制备的冷硫化剂与聚氨酯树脂具有较长的混合操作期，以及适中的凝胶时间，使冷硫化剂与聚氨酯树脂混合物在基材表面有充足的润湿时间，从而提高弹性体涂层在基材表面的粘接强度；具有后固化催化效果的有机锌催化剂加入，在不降低混合操作期和凝胶时间的情况下，可有效加速涂层的后期固化速度，使聚氨酯弹性体在常温下即可快速固化。另外，本发明在冷硫化剂中加入氨基硅烷偶联剂，其化学结构中所含的活性官能团氨基可与聚氨酯树脂中的异氰酸酯反应，形成化学键合，在成膜过程中，偶联剂中的硅烷氧基可与金属基材表面的氧化皮形成氢键结合，从而大幅增强弹性体涂层在金属基材表面的粘接强度。冷硫化剂配方中加入具有除水作用的分子筛粉末，可避免冷硫化剂吸收的水份与聚氨酯树脂反应，降低聚氨酯弹性体的力学性能。本发明制备的聚氨酯树脂和冷硫化剂粘度较小，混合适用期长，可刷涂、刮涂、滚涂和双组份无溶剂喷枪喷涂的方式施工。
本发明所述高粘接强度的抗气蚀聚氨酯弹性体涂层成膜后，其与碳钢、不锈钢和复合材料表面的结合强度≥10mpa；聚氨酯弹性体本体抗拉强度≥35mpa，断裂伸长率≥350%；磁致伸缩空蚀试验160小时，无破坏；能有效实现过流部件的抗气蚀和抗冲蚀保护。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
按质量计组成，取二异氰酸酯（mdi）35份，加入到反应釜中，在搅拌下，将二元醇（ptmg1000）40份缓慢加入至反应釜中，待温度稳定后，加热至75℃，搅拌保温反应1.5小时，冷却至常温，加入多异氰酸酯（3390）3份，混合搅拌均匀，得到聚氨酯树脂。
按质量计组成，将多元胺聚合物（mbda）15份、多元醇聚合物（ptmg2000）55份、除水剂（600目硅酸铝钠）3份、附着力促进剂（kh550）0.2份、催化剂（有机锌krzn1）0.02份和颜料（钛白粉）1份加入到分散罐中，高速分散搅拌均匀，得到冷硫化剂。
使用时，按质量计组成将聚氨酯树脂100份与冷硫化剂80份搅拌混合均匀，采用刮涂、刷涂和滚涂等方式涂装即可。
涂膜固化干燥后，抗气蚀聚氨酯弹性体抗拉强度36mpa，断裂伸长率420%，与金属基材的结合强度可达11.24mpa，磁致伸缩空蚀试验160小时，无破坏；能有效实现过流部件的抗气蚀和抗冲蚀保护。
实施例2：
按质量计组成，取二异氰酸酯（tdi）45份，加入到反应釜中，在搅拌下，将二元醇（ptmg1000）60份缓慢加入至反应釜中，待温度稳定后，加热至75℃，搅拌保温反应1.5小时，冷却至常温，加入多异氰酸酯（3390）6份，混合搅拌均匀，得到聚氨酯树脂。
按质量计组成，将多元胺聚合物（dmtda）25份、多元醇聚合物（ptmg2000）70份、除水剂（1000目硅酸铝钠）4份、附着力促进剂（kh550）0.5份、催化剂（有机锌krzn1）0.062份和颜料（炭黑）2份加入到分散罐中，高速分散搅拌均匀，得到冷硫化剂。
使用时，按质量计组成将聚氨酯树脂100份与冷硫化剂120份搅拌混合均匀，采用刮涂、刷涂和滚涂等方式涂装即可。
涂膜固化干燥后，抗气蚀聚氨酯弹性体抗拉强度42mpa，断裂伸长率390%，与金属基材的结合强度可达12.36mpa，磁致伸缩空蚀试验160小时，无破坏；能有效实现过流部件的抗气蚀和抗冲蚀保护。
实施例3：
按质量计组成，取二异氰酸酯（tdi）30份，二异氰酸酯（ipdi）5份，加入到反应釜中，在搅拌下，将二元醇（ptmg1000）50份缓慢加入至反应釜中，待温度稳定后，加热至75℃，搅拌保温反应1.5小时，冷却至常温，加入多异氰酸酯（3390）4份，混合搅拌均匀，得到聚氨酯树脂。
按质量计组成，将多元胺聚合物（detda）25份、多元醇聚合物（ptmg2000）70份、除水剂（800目硅酸铝钠）3份、附着力促进剂（kh550）0.3份、催化剂（有机锌krzn2）0.04份和颜料（炭黑）1份加入到分散罐中，高速分散搅拌均匀，得到冷硫化剂。
使用时，按质量计组成将聚氨酯树脂100份与冷硫化剂120份搅拌混合均匀，采用刮涂、刷涂和滚涂等方式涂装即可。
涂膜固化干燥后，抗气蚀聚氨酯弹性体抗拉强度38mpa，断裂伸长率410%，与金属基材的结合强度可达10.28mpa，磁致伸缩空蚀试验160小时，无破坏；能有效实现过流部件的抗气蚀和抗冲蚀保护。