手工聚脲、其制備方法及用途
【專利摘要】本發(fā)明提供一種手工聚脲、其制備方法及用途。本發(fā)明手工聚脲包括重量配比如下的各組分：A組分：芳香族異氰酸酯20-70份；位阻氨化合物5-60份；聚醚多元醇20-85份；活性稀釋劑碳酸丙酯1-5份；B組分：位阻氨化合物48-93份；填料5-50份；助劑2-4份；顏料1-3份；A組分與B組分的質(zhì)量比為2：1—1.5:1。本發(fā)明還公開了一種手工聚脲的制備方法。本發(fā)明手工聚脲配方科學(xué)、合理，其制備方法簡單、易行，本發(fā)明手工聚脲能在保證力學(xué)性能的同時，延長了凝膠時間，進而實現(xiàn)狹窄、復(fù)雜環(huán)境的手工涂刷。
【專利說明】手工聚脲、其制備方法及用途【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚脲技術(shù)，尤其涉及一種手工聚脲、其制備方法及用途。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯是一類用途十分廣泛的合成材料，其工業(yè)化生產(chǎn)主要是由二元或多元異氰酸酯和二元或多元的各種氫給予體化合物反應(yīng)而制成的。聚氨酯材料已逐漸形成了一個品種多樣，性能優(yōu)異的新型合成材料系列，廣泛應(yīng)用于土木建筑、機電、船舶、航空、車輛、輕工、紡織等各個領(lǐng)域。產(chǎn)品與品種逐年遞增，在材料工業(yè)中占有相當重要的位置。
[0003]聚脲材料是以異氰酸酯預(yù)聚體與氨基化合物反應(yīng)生成的一類彈性體物質(zhì)，屬于聚氨酯材料的一個分支。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，聚脲材料在市場中的比重越來越大，產(chǎn)品領(lǐng)域涉及防水、耐磨、防腐、軍工等領(lǐng)域。
[0004]噴涂聚脲彈性體技術(shù)(SPUA)起源于20世紀70年代。噴涂聚脲彈性體技術(shù)是在聚氨酯RM技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，經(jīng)歷了純聚氨酯、聚氨酯(脲)到聚脲三個階段。1991年該技術(shù)在北美地區(qū)投入商業(yè)應(yīng)用，綜合性能優(yōu)越，進入大眾視野。開發(fā)噴涂聚脲體系的公司還有 Huntsman、Enviro Chem、Speciality Products Inc、Signature Lining、MobileEnterprise 和 Madison Chemical Industries Inc 等。澳大利亞于 1993 年引進該技術(shù)，日本于1995年引進該技術(shù)，韓國于1997年引進該技術(shù)，并相繼投入商業(yè)應(yīng)用。
[0005]在我國，1995年青島海洋化工研究院開始噴涂聚脲技術(shù)的研究探索，2002年開始已在皮卡車廂耐磨、電力建設(shè)、石油石化防腐、建筑防水等領(lǐng)域大規(guī)模的推廣應(yīng)用。自京津城際高速鐵路建設(shè)開始將聚脲作為防水層，把聚脲的發(fā)展推向一個新高潮。由于有高鐵項目的支撐，聚脲從原材料，配方，施工設(shè)備及施工工藝等方面均得到了極大的提高和發(fā)展，有力推動聚脲在其他行業(yè)如:電力，交通，石油等行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展。
[0006]噴涂聚脲彈性體技術(shù)以異氰酸酯類化合物為A組分、胺類化合物為B組分在無催化劑的情況下經(jīng)聚脲噴涂設(shè)備(聚脲噴涂機)快速噴涂反應(yīng)生成彈性體材料。噴涂聚脲彈性體技術(shù)運用了撞擊混合原理，反應(yīng)活性極高的A組分和B組分液體在高壓驅(qū)動下相互撞擊，經(jīng)槍體混合室內(nèi)湍流混合，通過噴槍后霧化，在極短適用期內(nèi)噴涂在基面上，形成整體、強韌的彈性體涂層。
[0007]噴涂聚脲彈性體技術(shù)因A組分和B組分的凝膠時間短，必須使用昂貴的噴涂設(shè)備才能噴涂施工。該聚脲噴涂機價格昂貴(20-30萬)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要包括用于容納A組分的提料泵、用于容納B組分的攪拌器和提料泵、主機、加熱熟料管和噴槍，所述提料泵和攪拌器分別通過管路與主機連接，所述主機通過加熱熟料管與噴槍連接。噴涂聚脲彈性體技術(shù)對小面積或小工程施工時成本昂貴，不利于推廣，工程施工受限，阻礙了聚脲材料的發(fā)展。而且噴涂聚脲噴涂后凝膠時間短，僅有短短的數(shù)十秒，固化速度快，在結(jié)點、拐角、管道封口等處的施工時，易出現(xiàn)噴涂厚度不均勻，漏噴等現(xiàn)象，不利于在狹窄、復(fù)雜的環(huán)境、工況中施工，阻礙了聚脲材料的發(fā)展應(yīng)用。即現(xiàn)有噴涂聚脲彈性體技術(shù)，設(shè)備價格昂貴，小規(guī)模施工成本高昂。且該類材料固 化速度快，在復(fù)雜界面施工繁瑣，嚴重影響了施工質(zhì)量。[0008]為了解決噴涂聚脲彈性體技術(shù)凝膠時間短的缺陷，有研究者嘗試開發(fā)一種聚天門冬氨酸酯型聚脲，該聚天門冬氨酸酯型聚脲是以脂肪族異氰酸酯預(yù)聚體做A組分，聚天門冬氨酸酯做B組分，可操作時間由5分鐘至2000分鐘。聚天門冬氨酸酯型聚脲雖降低了材料的反應(yīng)速度，但該類材料柔性差，剛性太大，斷裂伸長率不大于30%，在柔性需求領(lǐng)域使用受限。且脂肪族異氰酸酯價格昂貴，限制了其推廣使用。
[0009]綜上，亟待一種能在保證力學(xué)性能的同時，延長凝膠時間的手工聚脲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于，針對上述現(xiàn)有雙組分噴涂聚脲材料不能同時保證力學(xué)性能和較長凝膠時間的問題，提出一種手工聚脲，該手工聚脲能在保證力學(xué)性能的同時，延長凝膠時間，進而實現(xiàn)狹窄、復(fù)雜的環(huán)境的手工涂刷。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種手工聚脲，包括重量配比如下的各組分:
[0012]A 組分:
[0013]芳香族異氰酸酯20-70份，優(yōu)選為35-65份；位阻氨化合物5_60份，優(yōu)選為10_60份；聚醚多元醇20-85份，優(yōu)選為30-82份；活性稀釋劑碳酸丙酯(PC) 1-5份，優(yōu)選為2_5份；
[0014]B 組分:
[0015]位阻氨化合物48-93份，優(yōu)選為50-90份；填料5_50份，優(yōu)選為5_45份；助劑2_4份，優(yōu)選為2.5-3.5份；顏料1-3份，優(yōu)選為1-2份；
[0016]其中A組分與B組分的質(zhì)`量比為2:1一1.5:1,優(yōu)選的質(zhì)量比為1.5:1。
[0017]進一步地，所述芳香族異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、多苯基多亞甲基多異氰酸酯和碳化二亞胺改性MDI中的一種或多種。
[0018]進一步地，所述聚醚多元醇為聚氧化丙烯二元醇、聚氧化丙烯三元醇和聚四氫呋喃多元醇中的一種或多種，平均分子量為500~3000。優(yōu)選為:分子量分別為1000、2000、3000的聚氧化丙烯醚二醇、聚氧化丙烯醚三元醇和分子量分別為650、1000、2000的聚四氫呋喃二醇中的一種或多種。
[0019]進一步地，本發(fā)明所述位阻氨化合物選用至少含有兩個仲氨基的化合物。
[0020]傳統(tǒng)雙組分聚脲中A組分由異氰酸酯與聚醚多元醇反應(yīng)制備，只含氨基甲酸酯鍵，不含脲鍵，B組分采用氨基擴鏈劑或位阻氨樹脂。研究發(fā)現(xiàn)增加手工聚脲中的脲鍵能提高手工聚脲的力學(xué)性能。但僅通過增加B組分中的仲氨基來提高手工聚脲的脲鍵是行不通的，因為大量增加B組分中仲氨基量，將導(dǎo)致:1)凝膠速度增加，手工聚脲的可操作時間縮短；2)整個體系的化學(xué)平衡打破，B組分量增多，材料無使用價值等諸多問題，故無法通過增加B組分中仲氨基的量來增加手工聚脲體系脲鍵的含量。
[0021]異氰酸酯基團與伯氨基化合物、仲胺基化合物和聚醚多元醇反應(yīng)速度如下:伯胺基化合物 > 仲胺基化合物 > 聚醚多元醇。如在A組分引入伯胺化合物，伯胺化合物將與異氰酸酯基團劇烈反應(yīng)，快速凝膠，直接導(dǎo)致A組分合成失敗。聚醚多元醇與異氰酸酯基團反應(yīng)生成氨基甲酸酯鍵。仲胺基化合物與異氰酸酯基團反應(yīng)生成脲鍵脲鍵的力學(xué)性能遠遠高于氨基甲酸酯鍵。[0022]所以，本發(fā)明創(chuàng)造性的在A組分中引入與異氰酸酯基團反應(yīng)相對溫和、且能生成大量脲鍵的仲胺化合物，使手工聚脲中脲鍵來自兩個部分:A組分中的脲鍵和B組分與A組分反應(yīng)生成脲鍵，手工聚脲中的脲鍵含量增加，使材料的力學(xué)性大程度的提升。
[0023]進一步地,所述A組分中的位阻氨化合物為聚天門冬氨酸酯Desmophen NH1420、Desmophen NHl520>Desmophen NH1220、位阻氛 Unilink4200 (4，4’-雙仲丁氛基二苯基甲烷)、Unilink4100 (4，4’-雙仲丁氨基苯)、ClearlinklOOO (4，4’-雙仲丁氨基二環(huán)己基甲烷)、Clearlink3000 (3,3，- 二甲基-4，4’ -雙仲丁氨基二環(huán)己基甲烷)、Jefflink555 和Jefflink754中的一種或多種。
[0024]進一步地，所述B組分中的位阻氨化合物為4，V - 二氨基_3，3' -二氯二苯甲燒(M0CA)、聚天門冬氨酸酯 Desmophen NH1420、Desmophen NH1520、Desmophen NH1220、位阻氨 Unilink4200、Unilink4100、ClearlinklOOO、Clearlink3000、Jefflink555 和Jefflink754中的一種或多種。MOCA是固體，不易溶解，超過130°C時易分解，且位阻作用小，用在A組分里容易爆聚，而其它的位阻氨的位阻作用大，不易出現(xiàn)爆聚，故在A組分里不使用MOCA。
[0025]進一步地，所述填料為輕鈣、重鈣、滑石粉、氫氧化鈣、磷酸鋅和云母粉中的一種或多種，所述填料目數(shù)為800目以上。
[0026]進一步地，所述助劑包括抗氧劑、光穩(wěn)定劑和消泡劑中的一種或多種。所述抗氧劑為:抗氧劑264、抗氧劑1010和抗氧劑1076中的一種或多種，用量約占手工聚脲總體系的千分之五。光穩(wěn)定劑為UV-9、UV-24、UV-49、UV-531和UV-328中的一種或多種，用量約占手工聚脲總體系的千分之五。所述消泡劑為BYK-066N、BYK-054和BYK-5500中的一種或多種，用量約占手工聚脲總體系的千分之五。
[0027]進一步地，所述顏料為`鈦白粉、鐵紅、鑰鉻紅、靛青藍和炭黑中的一種或多種。
[0028]本發(fā)明的另一個目的還公開了一種手工聚脲的制備方法，包括以下步驟:
[0029]A組分的制備:
[0030]將位阻氨化合物(A組分中的位阻氨化合物)和聚醚多元醇加入到容器中混合，加熱至110~120°C，真空脫水至含水率小于萬分之三，冷卻至液料溫度為20-30°C，優(yōu)選為25°C;加入芳香族異氰酸酯，常溫攪拌反應(yīng)1-2小時后，優(yōu)選的常溫攪拌反應(yīng)I小時后，緩慢升溫至80~90°C，檢測NC0%值達到設(shè)計值98-102%后，降溫至40_60°C，優(yōu)選為50°C ;加入活性稀釋劑碳酸丙酯，攪拌0.1-1.0h后，優(yōu)選為0.5h后，出料；
[0031]本發(fā)明所述真空采用真空泵實現(xiàn)，真空度為-0.1~-0.08MPa ;所述緩慢升溫為
0.5小時-1小時的時間內(nèi)，由室溫升至80_90°C。隨著溫度的升高，反應(yīng)加劇，易出現(xiàn)爆聚，故需緩慢升溫，使反應(yīng)速度一點點加快；通常升溫至80~90°C后保持反應(yīng)2h，NC0%值即可合格。本發(fā)明所述NC0%設(shè)計值是通過配方設(shè)計計算出理論NCO值。
[0032]加入芳香族異氰酸酯后先常溫反應(yīng)一段時間后，再常溫反應(yīng)是因為:芳香族異氰酸酯加入后，馬上就會與位阻氨、聚醚多元醇反應(yīng)放熱，且放熱明顯，若外界給熱的話容易出現(xiàn)爆聚，導(dǎo)致實驗失敗，故需常溫下攪拌1-2小時，待初步反應(yīng)放熱結(jié)束后再通過加熱裝置升溫反應(yīng)。
[0033]B組分的制備:
[0034]首先將位阻氨化合物(B組分中的位阻氨化合物)、填料和顏料混合，混合時間為20-60min，優(yōu)選為30min ;然后加入助劑混合(助劑沸點低，易揮發(fā)，加入的時間晚)，混合時間為20-60min，優(yōu)選為30min，對產(chǎn)品含水及外觀進行檢測，含水率達到萬分之五以下，合格出料；本發(fā)明通過水分測定儀檢測含水率，當產(chǎn)品中含水率高時，能通過加入分子篩來吸水，或真空脫水，降低含水率；外觀滿足體系穩(wěn)定，無分層，無浮色即為合格。
[0035]使用時將A組分和B組分按照比例混合。
[0036]本發(fā)明的另一個目的還公開了一種手工聚脲在防水、耐磨、防腐施工和修補的用途。
[0037]本發(fā)明手工聚脲配方科學(xué)、合理，其制備方法簡單、易行。本發(fā)明與傳統(tǒng)雙組分聚脲(A組分由異氰酸酯與聚醚多元醇反應(yīng)制備，只含氨基甲酸酯鍵，不含脲鍵，B組分采用氨基擴鏈劑或位阻氨樹脂)不同，本發(fā)明手工聚脲通過在A組分中引入大量位阻氨化合物，從而引入大量脲鍵；B組分引入位阻氨樹脂和位阻氨擴鏈劑。即本發(fā)明通過在A組分中引入脲鍵，同時B組分與A組分反應(yīng)生成脲鍵，增加脲鍵含量，使材料的力學(xué)性大程度的提升。
[0038]具體地，本發(fā)明手工聚脲與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點:
[0039](I)、本發(fā)明手工聚脲凝膠時間長達20—120分鐘，進而延長了可操作時間，施工性強。較長的操作時間能使施工方式簡單便捷，能實現(xiàn)手工刮涂、刷涂、澆注。能在狹窄、復(fù)雜的工況中施工，降低使用成本，提高復(fù)雜工況的工作效率。
[0040](2)、本發(fā)明手工聚脲的力學(xué)性能優(yōu)異:拉伸強度≤16MPa，斷裂伸長率≤250%，撕裂強度>70N/mm。拉伸強度滿足國標二型噴涂聚脲防水涂料要求。斷裂伸長率遠遠高于傳統(tǒng)的聚天門冬氨酸酯型聚脲(聚天門冬氨酸酯聚脲的斷裂伸長率一般為30%)。
[0041](3)、本發(fā)明手工聚脲不含溶劑、增塑劑，無VOC排放，環(huán)保安全。
[0042](4)、A組分中以芳香族異氰酸酯代替脂肪族異氰酸酯，在引入大量脲鍵的同時，還降低了成本。
[0043](5)、本發(fā)明手工聚脲的制備方法簡單、易行，能實現(xiàn)手工聚脲的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0044](6)、本發(fā)明手工聚脲能應(yīng)用在防水、耐磨、防腐方面的施工和修補。施工:本發(fā)明克服了現(xiàn)有雙組分噴涂聚脲需采用昂貴的大型噴涂聚脲設(shè)備，且僅限于大面積噴涂的缺點，本發(fā)明手工聚脲能采用手工料通過刷涂、刮涂等手段對小面積、小工程施工，例如拐點、結(jié)點、管道接口、封口處等復(fù)雜界面施工。修補:本發(fā)明克服了現(xiàn)有噴涂聚脲修補需架設(shè)相應(yīng)的設(shè)備儀器，組織人員進行修補，成本昂貴等缺點；采用本發(fā)明手工聚脲手工料進行修補，僅需將聚脲材料破損處簡單打磨，刷涂手工料即可，無需大型設(shè)備，施工工具簡單，施工方法方便、便捷，大大的減少了修補成本。
【具體實施方式】
[0045]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明:
[0046]實施例1:
[0047]本實施例公開了一種人工聚脲，包括重量配比如下的各組分:
[0048]A 組分:
[0049]甲苯二異氰酸酯41.9g ;
[0050]Desmophen NH 142022.4g ；
[0051]聚醚多元醇PPG-100080.7g ；[0052]碳酸丙酯PC5g ；
[0053]B 組分:
【權(quán)利要求】
1.一種手工聚脲，其特征在于，包括重量配比如下的各組分: A組分: 芳香族異氰酸酯 20-70份； 位阻氨化合物5-60份； 聚醚多元醇20-85份； 活性稀釋劑碳酸丙酯1-5份； B組分: 位阻氨化合物48-93份； 填料5-50份； 助劑2-4份； 顏料1_3份； A組分與B組分的質(zhì)量比為2:1一1.5:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述手工聚脲，其特征在于，所述芳香族異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、多苯基多亞甲基多異氰酸酯和碳化二亞胺改性MDI中的一種或多種；所述聚醚多元醇為聚氧化丙烯二元醇、聚氧化丙烯三元醇和聚四氫呋喃多元醇中的一種或多種。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述手工聚脲，其特征在于，所述A組分中的位阻氨化合物為至少含有兩個仲氨基的化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述手工聚脲，其特征在于，所述A組分中的位阻氨化合物為聚天門冬氛酸酷 Desmophen NH1420、Desmophen NH1520、Desmophen NH1220、位阻氨 Unilink4200、Unilink4100、ClearlinklOOO、Clearlink 3000、Jefflink555 和Jefflink754中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述手工聚脲，其特征在于，所述B組分中的位阻氨化合物為4,4' - 二氨基 _3，3' - 二氯二苯甲燒、聚天門冬氨酸酯 Desmophen NH 1420、DesmophenNH1520、Desmophen NH1220、位阻氨 Unilink4200、Unilink 4100、ClearlinklOOO、Clearlink3000、Jefflink555 和 Jefflink754 中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述手工聚脲，其特征在于，所述填料為輕鈣、重鈣、滑石粉、氫氧化鈣、磷酸鋅和云母粉中的一種或多種，所述填料目數(shù)為800目以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述手工聚脲，其特征在于，所述助劑包括抗氧劑、光穩(wěn)定劑和消泡劑中的一種或多種；所述抗氧劑為:抗氧劑264、抗氧劑1010和抗氧劑1076中的一種或多種；所述光穩(wěn)定劑為UV-9、UV-24、UV-49、UV-531和UV-328中的一種或多種；所述消泡劑為BYK-066N、BYK-054 和 BYK-5500 中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述手工聚脲，其特征在于，所述顏料為鈦白粉、鐵紅、鑰鉻紅、靛青藍和炭黑中的一種或者多種。
9.一種權(quán)利要求1-8任意一項所述手工聚脲的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A組分的制備: 將位阻氨化合物和聚醚多元醇加入到容器中混合，加熱至110~120°C，真空脫水至含水率小于萬分之三，冷卻至液料溫度為20-30°C ;加入芳香族異氰酸酯，常溫攪拌反應(yīng)1-2小時后，緩慢升溫至80~90°C，檢測NC0%值達到設(shè)計值98-102%后，降溫至40_60°C，加入活性稀釋劑碳酸丙酯，攪拌0.1-1.0h后，出料； B組分的制備: 首先將位阻氨化合物、填料和顏料混合；然后加入助劑混合，對產(chǎn)品含水及外觀進行檢測，含水率達到萬分之五以下，合格出料； 使用時將A組分和B組分按照比例混合。
10.一種 權(quán)利要求1-8任意一項所述手工聚脲在防水、耐磨、防腐施工和修補的用途。
【文檔編號】C08G18/76GK103865370SQ201410076997
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】彭瑞, 姜鵬波, 李同信, 史立彤, 藍晨 申請人:大連懌文新材料科技發(fā)展有限公司