船舶用大豆油基聚氨酯涂层的制备与性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.12.007

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (12): 39-45.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.12.007

船舶用大豆油基聚氨酯涂层的制备与性能研究

刘运学(), 史息凡, 范兆荣, 谷亚新, 李香玉, 王晓丹

沈阳建筑大学材料科学与工程学院，沈阳 110168

收稿日期:2025-01-25 出版日期:2025-12-26 发布日期:2025-12-22
作者简介:刘运学（1969-），男，山东青岛人，教授，硕士，主要从事高分子涂料、胶黏剂和建筑材料等方面的研究，13644004218@163.com

Preparation and performance of a soybean oil⁃based polyurethane coating for ships

LIU Yunxue(), SHI Xifan, FAN Zhaorong, GU Yaxin, LI Xiangyu, WANG Xiaodan

College of Materials Science and Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China

Received:2025-01-25 Online:2025-12-26 Published:2025-12-22

摘要/Abstract

摘要：

以环氧大豆油与甲醇为原料在催化剂四氟硼酸的作用下制得大豆油基多元醇，然后与2，4⁃甲苯二异氰酸酯（TDI）反应制得大豆油基聚氨酯预聚体。采用傅里叶红外光谱对其微观结构进行表征。将聚氨酯预聚体涂在马口铁上，室温干燥7天后，对涂膜性能进行测试和表征，研究了n（—NCO）/n（—OH）（R值）与反应条件对涂膜接触角、物理性能和耐腐蚀性的影响。结果表明，当R值为2∶1，反应温度为70~75 ℃、反应时间为2 h时，得到的涂膜综合性能最佳。

关键词: 大豆油多元醇, 聚氨酯, 涂层, 性能

Abstract:

A soybean oil⁃based polyurethane prepolymer was synthesized by first reacting epoxidized soybean oil with methanol catalyzed by tetrafluoroboric acid， followed by reaction with 2，4⁃toluene diisocyanate. The chemical structure of the prepolymer was confirmed by Fourier⁃transform infrared spectroscopy. Coatings were prepared by applying the prepolymer onto tinplate substrates and curing at room temperature for seven days. The effects of the —NCO to —OH molar ratio （R value） and reaction conditions on the coating properties， including contact angle， physical properties， and corrosion resistance， were investigated. Results indicated that the coating prepared with an R value of 2∶1， a reaction temperature of 70~75 ℃， and a reaction time of 2 h exhibited the optimal comprehensive performance.

Key words: soybean oil polyol, polyurethane, coating, performance

中图分类号:

TQ323.8

刘运学, 史息凡, 范兆荣, 谷亚新, 李香玉, 王晓丹. 船舶用大豆油基聚氨酯涂层的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(12): 39-45.

LIU Yunxue, SHI Xifan, FAN Zhaorong, GU Yaxin, LI Xiangyu, WANG Xiaodan. Preparation and performance of a soybean oil⁃based polyurethane coating for ships[J]. China Plastics, 2025, 39(12): 39-45.

图/表 18

图1 大豆油聚氨酯的合成路线

Fig.1 Synthetic route of soybean oil polyurethane

ISO等级	测试结果
0	无脱落，为最佳
1	细小的部分脱落或明显脱落，脱落面积不超过涂层总面积的5 %
2	切口和相交处边缘被剥落面积在5 %~15 %之间
3	沿切口边缘大面积或部分脱落，脱落面积在15 %~35 %之间
4	比3级稍微好一点，脱落面积在35 %~65 %之间
5	剥落面积大于65 %

表1 附着力测试标准

Tab.1 Adhesion test criteria

图2 环氧大豆油、大豆油多元醇和大豆油聚氨酯预聚体的FTIR谱图

Fig.2 Infrared spectra of epoxy soybean oil， soybean oil polyol and soybean oil polyurethane prepolymer

图3 不同R值的大豆油聚氨酯涂层的表面形貌

Fig.3 Surface morphology of soybean oil polyurethane coating with different R values

图4 不同R值的大豆油聚氨酯涂层的接触角

Fig.4 Contact angle of soybean oil polyurethane coating with different R values

R值	1∶1	1.5∶1	2∶1	2.5∶1	3∶1
附着力/等级	0	1	5	4	4
铅笔硬度	3B	2B	4H	6H	5H
冲击强度/cm	50	50	50	10	8

表2 不同R值的大豆油聚氨酯涂层的物理性能

Tab.2 Physical properties of soybean oil polyurethane coating with different R values

R值	1∶1	1.5∶1	2∶1	2.5∶1	3∶1
吸水率/%	0.223	0.092	0.067	0.082	0.088

表3 不同R值的大豆油聚氨酯涂层的吸水率

Tab.3 Water absorption of soybean oil polyurethane coating with different R values

R值	1∶1	1.5∶1	2∶1	2.5∶1	3∶1
浸泡7天
浸泡21天

表4 不同R值的大豆油聚氨酯涂层的耐盐水性

Tab.4 Salinity resistance of soybean oil polyurethane coatings with different R values

图5 不同R值的大豆油聚氨酯涂层的耐碱性

Fig.5 Alkali resistance of soybean oil polyurethane coatings with different R values

图6 不同反应条件的大豆油聚氨酯涂层的接触角

Fig.6 Contact angle of soybean oil polyurethane coating under different reaction conditions

图7 不同反应条件的大豆油聚氨酯涂层的吸水率

Fig.7 Water absorption of soybean oil polyurethane coating under different reaction conditions

图8 不同反应条件的大豆油聚氨酯涂层的铅笔硬度

Fig.8 Pencil hardness of soybean oil polyurethane coating under different reaction conditions

图9 不同反应条件的大豆油聚氨酯涂层的附着力

Fig.9 Adhesion of soybean oil polyurethane coating under different reaction conditions

图10 不同反应条件的大豆油聚氨酯涂层的冲击强度

Fig.10 Impact strength of soybean oil polyurethane coating under different reaction conditions

图11 不同反应条件的大豆油聚氨酯涂层的耐碱性

Fig.11 Alkali resistance of soybean oil polyurethane coating under different reaction conditions

	时间/h			温度/℃			催化剂用量/mL
	1.5	2	2.5	70	75	80	0	0.1	0.2
浸泡7天
浸泡21天

表5 不同反应条件的大豆油聚氨酯涂层的耐盐水性

Tab.5 Salt water resistance of soybean oil polyurethane coating under different reaction conditions

图12 R值为2∶1时大豆油聚氨酯涂层的TG曲线

Fig.12 TG plot of soybean oil polyurethane coating at R=2∶1

图13 R值为2∶1与3∶1时的SEM照片

Fig.13 SEM of R=2∶1 and R=3∶1

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