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探析聚脲涂料生产的原料配比与制备工艺

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:聚脲涂料体系可适用于立面喷涂,而且力学强度较以聚醚多元醇为主要原料的产品高。

探析聚脲涂料生产的原料配比与制备工艺

1.原料

聚脲涂料的主要原料有异氰酸酯、低聚物多元醇(多元胺)、扩链剂、助剂等。

(1)异氰酸酯 喷涂聚脲弹性体体系最常用的二异氰酸酯是MDI和液化MDI(如碳化二亚胺改性MDI),对性能要求不高的体系也可使用少量聚合MDI(PAPI)。用高2,2′—MDI含量的MDI半预聚体,由于减弱了反应活性,可改善弹性体的操作性能,弹性体的物理性能也得到较大的改善。

(2)低聚物多元醇(胺) 在喷涂聚氨酯(脲)体系中,采用的低聚物多元醇(胺)有:端伯羟基的低聚物多元醇如聚醚多元醇、聚酯多元醇,端氨基聚醚。

多元醇应选用以伯羟基为主的产品,以满足高速反应的要求。聚醚多元醇一般采用聚氧化丙烯二醇(PPG)、高活性的端伯羟基为主的聚氧化丙烯—氧化乙烯多元醇、聚四氢呋喃二醇(PTMEG)等,其中相对分子质量为600~2000的PPG多用于合成预聚体。高活性聚醚(相对分子质量在5000左右,官能度为3)既可用于预聚体,也用于活性氢组分。

端氨基聚醚与异氰酸酯反应速度极快,不需要任何催化剂。聚脲涂料体系可适用于立面喷涂,而且力学强度较以聚醚多元醇为主要原料的产品高。这种端氨基聚氧化丙烯可使涂膜具有较低的湿气透过率。Huntsman公司的伯氨基聚氧化丙烯产品(商品牌号为Jeffamine)有两个系列:其中三官能度的T系列品种有T-5000和T-3000,其相对分子质量分别是5000和3000;二官能度的D系列品种有D-4000和D-2000,它们的相对分子质量分别是4000和2000。Jeffamine聚醚多胺在喷涂聚脲的技术发展中起了很大的作用。

(3)扩链剂 常用的小分子二醇及二胺类扩链剂都可用于喷涂聚氨酯(脲)体系,但目前主要采用芳香族二胺。采用二胺作为扩链剂,主要原因如下:

1)二胺扩链剂固化涂膜的力学强度明显高于二元醇扩链的力学强度。

2)胺类扩链剂反应速度远较醇类高,可以少用甚至不用催化剂。

3)胺类扩链剂具有优异的抗潮气敏感性,这一性能极为重要,因为在露天施工时,对潮气过于敏感会引起涂膜发泡,导致涂膜性能大大下降。氨基的反应活性远高于羟基和水,因此可有效抑制发泡。

不同的胺类扩链剂反应活性不同,芳香族伯胺类扩链剂如二乙基甲苯二胺(DETDA,美国Albemarle公司牌号Ethacure100),大量用于快速反应喷涂技术,其反应速度快,混合后凝胶时间一般小于5s。反应速度相对较慢的二胺扩链剂,是含吸电子基团的空间位阻型芳香族伯胺如二甲硫基甲苯二胺(DMTDA,美国Albemarle公司牌号Ethacure300)、芳香族仲胺扩链剂如4,4′—双仲丁氨基二苯甲烷(美国UOP公司牌号Unilink4200)、低相对分子质量聚氧化丙烯二胺等。

(4)助剂 为提高涂膜的耐候性及其他性能,在配方设计时,应考虑添加适当的助剂。

在喷涂聚氨酯配方中,为了加速羟基与异氰酸酯的反应,必须加入催化剂,如二月桂酸丁基锡、辛酸亚锡、三亚乙基二胺等。(www.xing528.com)

在配方中可添加有机硅偶联剂,以提高涂膜与基材的附着力。试验表明,添加适当的硅氧烷助剂可使附着力成倍提高。

用于露天的涂膜容易受到光和氧气的作用而发生降解,加入适当的抗氧剂紫外线吸收剂,可显著提高材料的抗粉化变色能力。通常采用受阻酚类或亚磷酸酯类抗氧剂,如抗氧剂1010、抗氧剂246、抗氧剂1076等。紫外线吸收剂通常采用苯并三唑类,如Ciba公司的Tinuvin327、Tinuvin328、TinuvinP等。

某些场合要求材料有阻燃性能,就需要在配方中添加阻燃剂。为了使涂膜具有美观的颜色,可加入各种色料。

2.聚脲涂料的制备工艺

(1)配方原则 喷涂配方原料一般采用双组分体系,由异氰酸酯基组分(A组分)和活性氢组分(R组分)组成。A组分多为MDI与低聚物多元醇合成的半预聚体(MDI大大过量)。R组分是低聚物多元醇(多元胺)与扩链剂及色浆等助剂的混合物。

在喷涂聚氨酯(脲)的配方设计时,应尽可能满足以下三个条件:

1)各组分黏度要低。在喷涂弹性体体系时,为了利于快速撞击混合,各组分的黏度最好控制在2Pa·s以内,并且要求两个组分的黏度差异尽可能小。原则上各组分黏度越低,混合效果越好。

2)两个组分的体积比尽可能设计为1∶1。尽管目前已有适合于不同组合比的喷涂设备面世,但体积比为1∶1时混合效果最好,而且体积比为1∶1时操作方便。

3)异氰酸酯指数。双组分配合时的异氰酸酯指数应设计为1.05~1.10,尽管试验证明由于聚脲有极好的潮气不敏感性,当异氰酸酯指数高达1.5时,仍无明显发泡现象,但过高的异氰酸酯指数对涂层性能不利。

(2)异氰酸酯组分的合成 A组分是由MDI或液化MDI与聚醚多元醇反应生成的半预聚体。在预聚物合成时,应使NCO与OH基团的摩尔比远大于2,这样制成的半预聚体实际上是端NCO基预聚物与游离异氰酸酯的混合物。低黏度游离的异氰酸酯的存在,降低了组分的黏度。NCO与活性氢的摩尔比一般为5~15。与一步法相比,由于游离的异氰酸酯要少得多,因此可以克服一步法的湿气敏感性,制品力学强度较好。

通常的生产工艺为:将计量的聚醚加入到配有搅拌器、温度计、真空系统及蒸汽加热套的反应釜中,升温至100~140℃,高真空下脱水1~2h,直至水含量低于0.05%(质量分数),然后冷却至40~60℃,解除真空;最后加入到多异氰酸酯中,反应放热,体系自然升温30~40min后,缓慢加热到60~80℃,保温反应,取样分析NCO含量,当与设计值基本相符时,冷却过滤并出料包装。

(3)R组分的制备工艺 将干燥的颜填料用适量的氨基聚醚在三辊机上研磨。将研磨好的浆料投入反应釜中,加入端氨基聚醚、扩链剂、助剂,在100~110℃高真空下脱水,当水分含量低于0.08%(质量分数)时降温,用200目筛网过滤后包装待用。

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