在冶金、礦山等行業(yè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備中，由于存在著沖刷磨損、化學(xué)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(shè)備備件失效的主要形式。頻繁地更換和檢修，使生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)受到干擾，造成大量的人力和物力消耗。因此，市場(chǎng)對(duì)既能修復(fù)已腐蝕、磨損報(bào)廢備件，又能對(duì)新設(shè)備、備件進(jìn)行防護(hù)的新材料有著迫切的需求。

      聚氨酯改性環(huán)氧樹脂是當(dāng)今高分子材料開發(fā)的熱點(diǎn)之一。采用聚氨酯改性環(huán)氧樹脂形成半互穿網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)度、剝離強(qiáng)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(shè)備中的應(yīng)用情況。

1  合成工藝及方法

l.l主要原料及儀器設(shè)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(xué)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(cè)試試塊：試塊由45#鋼制成，材料抗拉、抗剪、耐磨損測(cè)試程序和方法按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
       儀器設(shè)備：三口燒瓶、攪拌器、燒杯、玻璃棒、干燥器、注射針管、溫度計(jì)、烘干箱、電子天平、可控溫加熱器、模具、顯微鏡、材料性能試驗(yàn)機(jī)、噴砂機(jī)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(qiáng)的反應(yīng)活性和附著力，耐磨性能相對(duì)較差。¨。雙酚A型環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)式及各官能團(tuán)的性質(zhì)為：        而聚氨酯類特別是彈性聚氨酯具有很高的耐磨性，而附著力相對(duì)較小，很容易從基體上脫落。聚氨酯化學(xué)結(jié)構(gòu)為：        由于聚氨酯中含有反應(yīng)性活潑的異氰酸酯基團(tuán)（-NCO），能跟許多化合物反應(yīng)。聚氨酯(PU)與環(huán)氧樹脂( EP)形成互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物涉及3種交聯(lián)反應(yīng)：即PU的交聯(lián)反應(yīng)；EP的開環(huán)聚合交聯(lián)反應(yīng)；PU中-NCO基團(tuán)與EP中的-OH基交聯(lián)反應(yīng)。聚氨酯改性環(huán)氧樹脂通過半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物(IPN)技術(shù)，先將聚醚與過量的多異氰酸酯進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)，形成含有柔性聚醚鏈段的端異氰酸酯聚醚，在乙醇胺存在的條件下，端異氰酸酯再與環(huán)氧樹脂進(jìn)行反應(yīng)，最終在環(huán)氧樹脂中引入聚醚鏈段，使環(huán)氧樹脂與聚氨酯相互貫穿成鏈鎖結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)其固化物的柔韌性和耐磨性。

1.3合成方法

1)預(yù)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(dāng)溫度升至100 - 120℃時(shí)，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(yīng)1 h；然后緩慢升溫至80℃，在80 -85℃反應(yīng)2h，最后升溫至90℃反應(yīng)0.5h左右。反應(yīng)產(chǎn)物就是TDI與二羥基聚醚和三羥基聚醚合成的PU預(yù)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(dāng)溫度升至100 -120℃時(shí)，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(yīng)好的預(yù)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(yīng)溫度在1 10℃左右，反應(yīng)2h，反應(yīng)產(chǎn)物即為聚氨酯改性環(huán)氧樹脂半互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物。
 
2結(jié)果分析與討論

2.1  聚合物配比試驗(yàn)

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(yīng)制備改性環(huán)氧樹脂時(shí)，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(qiáng)度。但過量的三羥基聚醚會(huì)破壞膠層的內(nèi)聚強(qiáng)度，使其機(jī)械性能下降。PU,與PU：的比例對(duì)膠體抗拉和剪切強(qiáng)度的影響見圖1所示。由圖1可見，PU．與PU2的比例對(duì)膠體抗拉強(qiáng)度影響較大，對(duì)剪切強(qiáng)度也有一定影響，其在7.0:1 -9.0:1的范圍內(nèi)存在一個(gè)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(tuán)反應(yīng)生成羥基與叔胺，促進(jìn)羥基與-NCO基團(tuán)的反應(yīng)，也可作為環(huán)氧基之間聚合的催化劑。乙醇胺加入量對(duì)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(qiáng)度逐漸升高，當(dāng)乙醇胺加入量大于2%時(shí)，抗拉強(qiáng)度則隨著加入量的增加，逐漸下降。而剪切強(qiáng)度受乙醇胺加入量的影響不大，在乙醇胺加入量為2. 4%時(shí)其值最大。
2. 1.3  PU預(yù)聚物的加入量預(yù)聚物的加入量是影響

       互穿網(wǎng)絡(luò)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(shí)柔性基團(tuán)含量的上升將使改性物的剛度和強(qiáng)度下降。PU預(yù)聚物的加入量對(duì)膠粘劑性能的影響見圖3。由圖3可見，在8%時(shí)，抗拉強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度均可達(dá)到最大值。

2.2正交試驗(yàn)

       為確定最佳配比，在初步試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)法，對(duì)二羥基聚醚PU,和三羥基聚醚PU2的比例、乙醇胺和預(yù)聚物PU的加入量進(jìn)行了三因素三水平試驗(yàn)。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(duì)于聚合物%）為5、8、10；乙醇胺的加入量控制在0. 5% - 2%（相對(duì)于聚合物%），取值為0.5、1.0、2.0。正交試驗(yàn)所得的9組聚合物，以芳香胺類+咪唑作為固化劑進(jìn)行抗拉、剪切性能測(cè)定。測(cè)定結(jié)果表明，在互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物的合成過程中，影響其性能的最主要因素是預(yù)聚物的加入量，其次是PU．與PU2的比例關(guān)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(duì)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(duì)材料性能的影響分析
    
       按照填料的級(jí)配理論，在不影響膠體對(duì)填料的粘接強(qiáng)度，又可以提高體系內(nèi)防腐耐磨性能的前提下，本試驗(yàn)對(duì)不同粒徑的填料級(jí)配進(jìn)行了理論計(jì)算和實(shí)際試驗(yàn)，力求能以最密集的排列方式堆積‘3]。所采用的耐磨填料級(jí)配如下：粗粒填料約占40% - 60%，中粒填料約占20%- 40%，細(xì)粒填料約占10% - 30%。試驗(yàn)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(dāng)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(huì)因不能充分粘結(jié)而脫落，造成磨損率增加。

       材料的抗拉強(qiáng)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(shí)，達(dá)到最大值，隨后則逐漸下降?？梢?，填料添加量沒有一個(gè)最佳配比可同時(shí)滿足材料抗拉強(qiáng)度與磨損率最好的要求。在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)依據(jù)需要針對(duì)不同工況條件進(jìn)行調(diào)整。

2.4涂層主要性能檢測(cè)及與其他材料性能對(duì)比分析

       2.4.1  涂層主要性能測(cè)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(biāo)準(zhǔn)試塊，進(jìn)行涂層主要性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1所示。
       2.4.2性能對(duì)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(biāo)對(duì)比試驗(yàn)共3組，每組平行樣3個(gè)，在同等條件下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果（平均值）見表2。        由表2可見，國外較通用耐磨產(chǎn)品的性能與改性環(huán)氧耐磨涂料相近，在抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、耐磨性能上，新型聚物耐磨材料明顯優(yōu)于國外某公司修補(bǔ)劑系列產(chǎn)品，而產(chǎn)品的價(jià)格不到國外同類產(chǎn)品的30%（國外同類產(chǎn)品售價(jià)130 -150元/kg）。

3  涂層材料在選礦廠應(yīng)用情況簡(jiǎn)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(jī)使用3年左右，就會(huì)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(duì)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(yàn)證了硅酸鹽細(xì)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(jī)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(jī)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(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。菌種產(chǎn)生的單一代謝產(chǎn)物對(duì)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(jī)酸和多種氨基酸到發(fā)酵液中。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，4種有機(jī)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(xì)菌開始利用自身分泌的有機(jī)酸作為繁殖生長的物質(zhì)基礎(chǔ)。

       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(shí)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(xì)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(yàn)表明，有機(jī)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(jī)物具有配合礦物中各種金屬離子的有機(jī)基團(tuán)，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(duì)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(duì)礦物的作用效果。