在冶金、礦山等行業(yè)高速運轉(zhuǎn)的設備中，由于存在著沖刷磨損、化學腐蝕和真空氣泡瞬間爆炸而引起的氣蝕等作用，腐蝕磨損已成為設備備件失效的主要形式。頻繁地更換和檢修，使生產(chǎn)設備的正常運轉(zhuǎn)受到干擾，造成大量的人力和物力消耗。因此，市場對既能修復已腐蝕、磨損報廢備件，又能對新設備、備件進行防護的新材料有著迫切的需求。
聚氨酯改性環(huán)氧樹脂是當今高分子材料開發(fā)的熱點之一。采用聚氨酯改性環(huán)氧樹脂形成半互穿網(wǎng)絡聚合物，生成鏈鎖結(jié)構(gòu)，有效提高其相容性和穩(wěn)定性，獲得較高的剪切強度、剝離強度和耐磨耐氣蝕性。本文介紹了該新型聚合物涂料在礦用設備中的應用情況。
1 合成工藝及方法
l.l主要原料及儀器設備
主要原料：N2，工業(yè)品；甲苯二異氰酸酯(TDI)，工業(yè)品，甘肅銀光化學工業(yè)公司生產(chǎn)；E - 44環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值0. 41 -0.47，無錫樹脂廠生產(chǎn)；二羥基聚醚N -210、三羥基聚醚N-303，工業(yè)品，金陵石化公司塑料廠生產(chǎn)；乙醇胺，工業(yè)品，上海高橋化工廠生產(chǎn)；其他原料，包括耐磨填料、固化劑及各類添加劑和助劑。
測試試塊：試塊由45#鋼制成，材料抗拉、抗剪、耐磨損測試程序和方法按企業(yè)標準進行。
儀器設備：三口燒瓶、攪拌器、燒杯、玻璃棒、干燥器、注射針管、溫度計、烘干箱、電子天平、可控溫加熱器、模具、顯微鏡、材料性能試驗機、噴砂機等。
1.2合成原理
E - 44環(huán)氧樹脂屬雙酚A型環(huán)氧樹脂，具有很強的反應活性和附著力，耐磨性能相對較差。¨。雙酚A型環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)式及各官能團的性質(zhì)為：
1.3合成方法
1)預聚體的合成。
在三口燒瓶中加入按比例稱量好的二羥基聚醚和三羥基聚醚，攪拌后開始加熱；當溫度升至100 - 120℃時，停止攪拌并將其口部密封，抽真空后，通入N2;待溫度降至40 -50℃，將稱量好的TDI和其他助劑加入，并在40 -50℃的溫度下反應1 h；然后緩慢升溫至80℃，在80 -85℃反應2h，最后升溫至90℃反應0.5h左右。反應產(chǎn)物就是TDI與二羥基聚醚和三羥基聚醚合成的PU預聚物，為淡黃色粘稠狀液體。
2)聚合物的合成。
在三口燒瓶中加入一定量的環(huán)氧樹脂，攪拌后開始加熱；當溫度升至100 -120℃時，停止攪拌并將其口部密封，抽真空后，通入N2；待溫度降至100℃左右，加入乙醇胺；將反應好的預聚物和其他助劑按一定比例加入到環(huán)氧樹脂中，控制反應溫度在1 10℃左右，反應2h，反應產(chǎn)物即為聚氨酯改性環(huán)氧樹脂半互穿網(wǎng)絡聚合物。
2結(jié)果分析與討論
2.1 聚合物配比試驗
2.1.1 二羥基聚醚( PUi)和三羥基聚醚(PU2)配比
單純使用二羥基聚醚與TDI反應制備改性環(huán)氧樹脂時，其結(jié)構(gòu)限制了改性物的性能，而加入少量三官能度三羥基聚醚，可以提高膠粘劑的交聯(lián)度，增加膠粘劑的硬度和強度。但過量的三羥基聚醚會破壞膠層的內(nèi)聚強度，使其機械性能下降。PU,與PU：的比例對膠體抗拉和剪切強度的影響見圖1所示。由圖1可見，PU．與PU2的比例對膠體抗拉強度影響較大，對剪切強度也有一定影響，其在7.0:1 -9.0:1的范圍內(nèi)存在一個最佳比例。
2. 1.2 乙醇胺的加入量 由于乙醇胺既可以與環(huán)氧
基團反應生成羥基與叔胺，促進羥基與-NCO基團的反應，也可作為環(huán)氧基之間聚合的催化劑。乙醇胺加入量對膠粘劑性能的影響見圖2。由圖2可見，隨著乙醇胺加入量的增加，聚合膠粘劑的抗拉強度逐漸升高，當乙醇胺加入量大于2%時，抗拉強度則隨著加入量的增加，逐漸下降。而剪切強度受乙醇胺加入量的影響不大，在乙醇胺加入量為2. 4%時其值最大。
2. 1.3 PU預聚物的加入量預聚物的加入量是影響
互穿網(wǎng)絡聚合物性能的最直接因素，添加量低將起不到改性的作用，添加量大將使改性物的交聯(lián)度提高，同時柔性基團含量的上升將使改性物的剛度和強度下降。PU預聚物的加入量對膠粘劑性能的影響見圖3。由圖3可見，在8%時，抗拉強度和剪切強度均可達到最大值。
2.2正交試驗
為確定最佳配比，在初步試驗的基礎上，采用正交試驗法，對二羥基聚醚PU,和三羥基聚醚PU2的比例、乙醇胺和預聚物PU的加入量進行了三因素三水平試驗。各影響因素取值水平為：PUi與PU2的比例為7：1 - 10:1；PUi: PU2取值為7:1、8.5:1、10: I;PU加入量（相對于聚合物%）為5、8、10；乙醇胺的加入量控制在0. 5% - 2%（相對于聚合物%），取值為0.5、1.0、2.0。正交試驗所得的9組聚合物，以芳香胺類+咪唑作為固化劑進行抗拉、剪切性能測定。測定結(jié)果表明，在互穿網(wǎng)絡聚合物的合成過程中，影響其性能的最主要因素是預聚物的加入量，其次是PU．與PU2的比例關系，第三是乙醇胺的加入量。最佳性能配比為：PU的加入量（相對于環(huán)氧）8.0%，PUi：PUz=8.5：1，乙醇胺加入量2. 0%。
2.3填料添加量對材料性能的影響分析
按照填料的級配理論，在不影響膠體對填料的粘接強度，又可以提高體系內(nèi)防腐耐磨性能的前提下，本試驗對不同粒徑的填料級配進行了理論計算和實際試驗，力求能以最密集的排列方式堆積‘3]。所采用的耐磨填料級配如下：粗粒填料約占40% - 60%，中粒填料約占20%- 40%，細粒填料約占10% - 30%。試驗結(jié)果見圖4所示。
由圖4可知，材料的耐磨性隨填料加入量的增加而提高，在310%附近材料的磨損率最小，其后隨著填料量的增加，磨損率又開始緩慢上升。上述結(jié)果表明：磨面上的膠體較之填料更容易被磨蝕，但當填料含量大于一定配比后，基體不能充分粘接，在磨蝕過程中，填料會因不能充分粘結(jié)而脫落，造成磨損率增加。
材料的抗拉強度，開始階段隨著填料的增加而增大，至填料含量在170%左右時，達到最大值，隨后則逐漸下降。可見，填料添加量沒有一個最佳配比可同時滿足材料抗拉強度與磨損率最好的要求。在實際應用過程中，應依據(jù)需要針對不同工況條件進行調(diào)整。
2.4涂層主要性能檢測及與其他材料性能對比分析
2.4.1 涂層主要性能測試采用新型膠粘劑，經(jīng)添加耐磨填料、固化劑及各類添加劑和助劑后，作成標準試塊，進行涂層主要性能測試，測試結(jié)果見表1所示。
2.4.2性能對比分析新型聚合物耐磨涂層材料與丁腈改性環(huán)氧耐磨涂料及國外同類產(chǎn)品主要性能指標對比試驗共3組，每組平行樣3個，在同等條件下進行測試，測試結(jié)果（平均值）見表2。
3 涂層材料在選礦廠應用情況簡介
在礦漿的沖刷磨損和選礦藥劑腐蝕作用下，一般新浮選機使用3年左右，就會出現(xiàn)腐蝕磨穿現(xiàn)象，部分晶格結(jié)構(gòu)的能力大于0. 01 mol的硝酸對鉀長石晶格結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的破壞，而用H202作用于菌種的各種代謝產(chǎn)物后，其破壞鉀長石晶格結(jié)構(gòu)的能力下降。
3 結(jié) 語
1)驗證了硅酸鹽細菌在普通阿什貝基質(zhì)液體培養(yǎng)基中可以代謝產(chǎn)生4種有機酸、多種氨基酸和胞外多糖。盡管在不同的培養(yǎng)基中JXF菌種產(chǎn)生的氨基酸種類和數(shù)量沒有明顯差別，但其代謝產(chǎn)生的有機酸和胞外多糖的量存在較大的差別，這一研究結(jié)果目前還未見相關的文獻報道。菌種產(chǎn)生的單一代謝產(chǎn)物對硅的浸出效果明顯要低于多種代謝產(chǎn)物協(xié)同作用的效果。
2) JXF菌株能合成并分泌草酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸等4種有機酸和多種氨基酸到發(fā)酵液中。隨著發(fā)酵時間的延長，4種有機酸的含量逐漸降低，說明隨著培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)的逐步消耗，細菌開始利用自身分泌的有機酸作為繁殖生長的物質(zhì)基礎。
3) JXF菌株在發(fā)酵過程中可以合成20種氨基酸中的15種，包括2種堿性氨基酸、2種酸性氨基酸以及帶有羥基的2種氨基酸。其中甘氨酸、蛋氨酸、絲氨酸、賴氨酸等幾種氨基酸主要在發(fā)酵前期合成，不同發(fā)酵時期，菌種合成或又消耗自身合成氨基酸的種類各不相同。
4)在含氮、無氮和含石英粉的3種不同的發(fā)酵培養(yǎng)基中，菌種合成多糖的能力存在較大的差異，在有氮培養(yǎng)基中，細菌產(chǎn)生的多糖最少，而在無氮石英培養(yǎng)基中，菌種產(chǎn)生多糖量最大。
5)搖瓶浸出及電鏡試驗表明，有機酸、氨基酸、多糖均具有破壞鉀長石晶格結(jié)構(gòu)的能力而釋放出其中的鋁、硅，原因是這些有機物具有配合礦物中各種金屬離子的有機基團，并有一定的酸溶作用。各種代謝產(chǎn)物在浸出硅酸鹽礦物中具有協(xié)同作用，三者的混合物對鉀長石晶格結(jié)構(gòu)破壞最明顯，其浸礦效果也明顯優(yōu)于它們各自對礦物的作用效果。
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