CN101538356B - 纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料及制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明为一种纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料及制备方法和用途，通过进一步利用从冶金与发电业环保回收的废粉煤灰作为增强材料，以聚氨酯聚脲高分子材料为结构体，A组份包括：端羟基多元醇20-50；端氨基化合物25-60；蓖麻油5-15；纳米废粉煤灰10-35；催化剂0.01-2；抗氧化剂0.01-0.5；色浆0.5-2；B组份为异氰酸酯预聚体，A组份和B组份的重量比为1-1.5∶1，A组份与B组份交联反应，制得双组分新型粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料。该材料经纳米废粉煤灰增强，提高了传统聚氨酯聚脲弹性材料的机械性能，具有拉、剪切、剥离强度高，耐磨，耐腐等特殊性能。适用于铁路，道桥，堤坝，化工设备，管道，建筑物的防腐、防水与防护。

Description

纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料及制备方法和用途

技术领域

本发明涉及聚氨酯领域，为一种纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料及制备方法和用途，具有拉伸，剪切，剥离强度高，耐磨，耐腐等特殊性能，适用于铁路、道桥、堤坝、化工设备、管道、建筑物等的防腐、防水与防护。

背景技术

在钢铁冶炼及粉煤发电工业中，为了避免其生产中排放废气对环境的污染，其中大量产生的废粉煤灰需被回收，如何能有效利用这些回收废料，这对环保科学工作者提出了一个新课题，迫切需要人们寻找切实可行的途径，使这些回收废料得以充分有效地利用。

发明内容

针对现有废粉煤灰应用技术中所存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种双组份反应型，且无溶剂的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，可用于机械喷涂、浇铸或手工涂敷，具有高强度、耐磨、耐腐、环保的特点。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料的制备方法。

本发明所要解决的再一技术问题在于提供一种纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料的用途。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，为双组份无溶剂弹性材料，该弹性材料以重量份计，包括A组份和B组份，其中，

A组份以重量份计包括：

端羟基多元醇  20～50

端氨基化合物  25～60

蓖麻油        5～15

纳米废粉煤灰  10～35

催化剂        0.01～2

抗氧化剂      0.01～0.5

色浆          0.5～2；

B组份为异氰酸酯预聚体，所述的A组份和B组份的重量比为A∶B＝1～1.5∶1，A组份与B组份交联反应，生成纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料。

本发明利用废粉煤灰作为增强材料，由于在钢铁冶炼及粉煤发电生产中，矿石、化石原料及煤碳中含有大量有机挥发份、无机灰份，在高温燃烧条件下，分子高速磨撞中，形成大量纳米级材料，经尾气冷凝，作为废粉煤灰被回收，其几何结构特异，对有机分子具有吸附性、表面效应性、体积效应性等特征。以纳米废粉煤灰作为增强材料，与端羟基多元醇、端氨基聚合物、蓖麻油等相吸附结合，再与异氰酸酯交联反应后，形成具有拉、剪切、剥离强度高，耐磨、耐腐等特殊性能纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料。

具体的，A组份中各个组分的用量可以为：

端羟基多元醇20，25，30，35，40，45或50重量份；

端氨基化合物25，30，35，40，45，50，55或60重量份；

蓖麻油5，6，8，10，12或15重量份；

纳米废粉煤灰10，15，20，25，30或35重量份；

催化剂0.01，0.05，0.1，0.5，1，1.2，1.5，1.8或2重量份；

抗氧化剂0.01，0.05，0.1，0.2或0.5重量份；

色浆0.5，0.8，1，1.2，1.5，1.8或2重量份。

A组份和B组份的重量比具体可以为A∶B＝1，1.1，1.2，1.3，1.4或1.5∶1。

在上述方案的基础上，所述的端羟基多元醇为聚酯型多元醇或聚醚型多元醇；所述的端氨基聚合物为伯氨基或仲氨基封端的聚环氧烷烃类化合物；所述的蓖麻油为天然蓖麻油或酯交换改性蓖麻油。

在上述方案的基础上，所述的纳米废粉煤灰为钢铁冶炼与发电业环保回收的废粉煤灰，经处理后制成纳米级超细材料，其粒径为30～100nm。

在上述方案的基础上，所述的抗氧化剂为四亚甲基(3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸)甲酯、三甘醇双-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，6-二叔丁基对甲酚中的一种或其组合。

在上述方案的基础上，所述的催化剂为三亚乙基二胺、四甲级亚烷基二胺、二甲基环己胺等胺类催化剂，二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、硫醇二丁锡、二醋酸二丁基锡等金属类催化剂中的一种或其组合。

在上述方案的基础上，B组份以重量份计包括：

端羟基多元醇  30～70

蓖麻油        10～20

纳米废粉煤灰  2～25

二异氰酸酯    20～60。

具体的，B组份中各个组分的用量可以为：

端羟基多元醇30，35，40，45，50，55，60，65或70重量份；

蓖麻油10，12，15，18或20重量份；

纳米废粉煤灰2，5，8，10，12，15，18，20，22或25重量份；

二异氰酸酯20，25，30，35，40，45，50，55或60重量份。

在上述方案的基础上，在异氰酸酯预聚体中，所述的端羟基多元醇的官能度为2～3。

其中，所述的端羟基多元醇为聚酯型多元醇或聚醚型多元醇；

所述的蓖麻油为所述的蓖麻油为天然蓖麻油或酯交换改性蓖麻油；

所述的纳米废粉煤灰为钢铁冶炼与发电业环保回收的废粉煤灰，经处理后制成纳米级超细材料，其粒径为30～100nm；

所述的二异氰酸酯为4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、邻联甲苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或其组合，其中优选二苯基甲烷二异氰酸酯，官能度为2～2.1。

针对上述纳米级废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料的制备方法，包括下述步骤：

A组份的制备：

按配方称取各个组份，在搅拌器中加入端羟基多元醇、端氨基聚合物、蓖麻油、粉煤灰、催化剂、抗氧剂和色浆，搅拌混合1～2小时，制成A组份；

B组份的制备：

按配方称取各个组份，将端羟基多元醇、蓖麻油、粉煤灰加入反应器中，搅拌加温至80～130℃，加入和二异氰酸酯保温搅拌0.5～2小时，至反应完全，冷却至常温；

将A组份与B组份交联反应制得纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料。

针对上述纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料的用途，用于铁路、道桥、堤坝、化工设备、管道、建筑物的防腐、防水与防护。

本发明为反应型双组分纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料。可利用专用机械喷涂设备及反应注射成型设备进行喷涂与浇注，可手工操作，在施工中喷涂与浇注面应处理清洁、没有浮灰、油脂、油污，朽烂物及其他有阻碍喷涂与浇注的物质。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用废粉煤灰作为增强材料，由于废粉煤灰中大量有机挥发份，无机灰份，在高温燃烧条件下，高速磨撞中，大量纳米级材料形成，其几何结构特异，具有对有机分子的吸附性，表面效应性，体积效应性等特征，作为增强材料与端羟基多元醇、端氨基聚合物、蓖麻油等相吸附结合，再与异氰酸酯交联反应后，行成高强度，耐磨，耐腐弹性材料；

2、避免废粉煤灰对环境造成二次污染；

3、纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料耐温低，尺寸稳定性好。材料固化后适于在-50～120℃的环境中使用；

4、纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料内不含苯酚，甲醛等有害物质，无毒，无害，对人体和环境不会造成伤害；

5、纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料可常温固化；

6、纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料适用于机械及手工施工。

具体实施方式

一种纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，为双组份无溶剂弹性材料，该弹性材料以重量份计，包括A组份和B组份，其中，

A组份以重量份计包括：

端羟基多元醇    20～50

端氨基化合物    25～60

蓖麻油          5～1 5

纳米废粉煤灰    10～35

催化剂          0.01～2

抗氧化剂        0.01～0.5

色浆            0.5～2；

B组份为异氰酸酯预聚体，以重量份计包括：

端羟基多元醇  30～70

蓖麻油        10～20

纳米废粉煤灰  2～25

二异氰酸酯    20～60；

所述的A组份和B组份的重量比为A∶B＝1～1.5∶1，A组份与B组份交联反应，制得纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料。

实施例1

A组份的制备：

将端羟基多元醇35重量份放入搅拌器中，加入端氨基聚醚40重量份、蓖麻油10重量份、纳米废粉煤灰20重量份、催化剂0.05重量份、抗氧化剂0.02重量份、色浆0.5重量份，搅拌混合1～2小时，制得A组分；

B组份的制备：

将端羟基聚醚型多元醇50重量份(官能度2～3)置于反应器中，加入蓖麻油15重量份、纳米废粉煤灰10重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯55重量份(官能度2～2.1)搅拌加温至80～130℃，保温搅拌反应1～2小时，至反应完全，冷却至常温，制得B组分异氰酸酯预聚体；

将上述制备的A组份与B组份按重量比1.5∶1交联反应，制得纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料。

实施例2

A组份的制备：

将端羟基多元醇30重量份放入搅拌器中，加入端氨基聚醚45重量份、蓖麻油15重量份、粉煤灰15重量份、催化剂0.08重量份、抗氧化剂0.05重量份、色浆0.8重量份，搅拌混合1～2小时，制得A组分；

B组份的制备：

将端羟基聚醚型多元醇50重量份(官能度2～3)置于反应器中，加入蓖麻油15，粉煤灰10重量份，加入二苯基甲烷二异氰酸酯55重量份(官能度2～2.1)，搅拌加温至80～130℃，保温搅拌反应1～2小时，至反应完全，冷却至常温，制得B组分异氰酸酯预聚体；

将上述制备的A组份与B组份按重量比1.1∶1交联反应，制得纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料。

Claims (10)

1.一种纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，为双组份无溶剂弹性材料，该弹性材料，包括A组份和B组份，其特征在于，各组份以重量份计包括，

A组份：

B组份为异氰酸酯预聚体，所述的A组份和B组份的重量比为A∶B＝1～1.5∶1，A组份与B组份交联反应，制得纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，其中，B组份以重量份计包括：

端羟基多元醇    30～70

蓖麻油          10～20

纳米废粉煤灰    2～25

二异氰酸酯      20～60。

2.根据权利要求1所述的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，其特征在于：所述的端羟基多元醇为聚酯型多元醇或聚醚型多元醇；所述的蓖麻油为天然蓖麻油或酯交换改性蓖麻油。

3.根据权利要求1所述的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，其特征在于：所述的端氨基化合物为伯氨基或仲氨基封端的聚环氧烷烃类化合物。

4.根据权利要求1所述的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，其特征在于：所述的纳米废粉煤灰为钢铁冶炼与发电业环保回收的废粉煤灰，系经处理后制成的粒径为30～100nm的纳米级超细材料。

5.根据权利要求1所述的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，其特征在于：所述的抗氧化剂为四亚甲基(3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸)甲酯、三甘醇双-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，6-二叔丁基对甲酚中的一种或其组合；所述的催化剂为三亚乙基二胺、四甲基亚烷基二胺、二甲基环己胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、硫醇二丁锡、二醋酸二丁基锡中的一种或其组合。

6.根据权利要求1所述的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，其特征在于：在异氰酸酯预聚体中，所述的端羟基多元醇的官能度为2～3。

7.根据权利要求1所述的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料，其特征在于：在异氰酸酯预聚体中，所述的二异氰酸酯为4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、邻联甲苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或其组合。

8.针对权利要求1至7之一所述的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料制备方法，包括下述步骤：

A组份的制备：

按配方称取各个组份，在搅拌器中加入端羟基多元醇、端氨基化合物、蓖麻油、纳米废粉煤灰、催化剂、抗氧化剂和色浆，搅拌混合1～2小时，制成A组份；

B组份的制备：

按配方称取各个组份，将端羟基多元醇、蓖麻油、粉煤灰加入反应器中，搅拌加温至80～130℃，加入二异氰酸酯保温搅拌0.5～2小时，至反应完全，冷却至常温；

将A组份与B组份交联反应制得纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料。

9.一种针对权利要求1至7之一所述的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料的用途，用于铁路、道桥、堤坝、化工设备、管道的防腐、防水与防护。

10.一种针对权利要求1至7之一所述的纳米废粉煤灰增强聚氨酯聚脲弹性材料的用途，用于建筑物的防腐、防水与防护。