CN101638552A - 饮水管/容器内衬的涂料及制备方法和施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种饮水管/容器内衬的涂料及制备方法和施工方法，可以解决现有技术存在的具有毒性和施工效率低等问题。本发明的涂料不含溶剂，所用颜料及助剂均通过FDA认证。产品经检测完全通过了BS6920标准，完全可以安全的应用于饮用水管道内衬。同时，本发明材料固化速度快、施工便捷、一次成膜厚，非常适合于大规模的饮用水管道施工。
Description
技术领域
本发明涉及饮水容器、饮用水管道或饮用水储罐内衬的涂料，具体地说，涉及可应用于饮用水管道、储罐内衬或者饮用水管道修补的喷涂无溶剂聚氨酯刚性涂料及其制备方法和施工方法。
背景技术
随着生活水平的日益提高和保健意识的增强，人们对直接影响人类健康的饮用水管道的要求也越来越高。随着新型管材的应用，目前可应用于饮用水的管材品种非常繁多。从管材的材质上主要有金属管材、非金属管材。大口径管道常用管材包括钢管、球墨铸铁管，中小口径的管材常用薄壁不锈钢、聚乙烯管等。钢管和球墨铸铁管若不进行任何处理会很容易产生腐蚀。管道腐蚀后不仅降低了输水能力、增加的电耗，主要的是对供水水质产生了严重的影响，对饮用者的健康产生威胁。因此钢管和铸铁管必须内衬涂防腐涂层才能应用于供水管道中。现有的内衬主要有水泥砂浆衬里、环氧树脂、聚氨酯涂层、PE膜涂层等产品。传统的水泥砂浆衬里易开裂，且涂层较厚，大大降低了输送效率，且衬里呈碱性，与水接触后会增大水中的pH值，对水质有碱性劣化现象。环氧树脂固化慢，且温度对其固化速度有很大的影响，冬天、寒冷地区无法正常施工，涂装后需要几天时间才能完全固化投入使用。PE膜涂层工艺复杂，接口需要热熔接容易产生裂缝，对于形状复杂的弯头等部位施工复杂。
中国专利号89105340.9公开了一种无毒无溶剂环氧涂料，以环氧树脂为主要原料(分子量为900以下)，加入胺类固化剂、颜料、增塑剂，即邻苯二甲酸酯类、活性剂，即苯甲醇，按一定比例和工艺混合后机械喷涂，用于食品饮料加工罐、槽的防腐。缺点是在实际使用过程中，涂料对施工操作条件要求苛刻，喷涂设备清洗困难，不适合大型设备的挤涂。同时该专利中应用的增塑剂-邻苯二甲酸酯类和活性剂苯甲醇类可能从涂层中迁移并在水中富集。作为养料提供给微生物，而恶臭假单胞菌生存在苯甲醇高度聚集以吸引不动杆菌的地方，从而使微生物中恶臭假单胞菌数量增多，管道中的水质具有恶臭味。
中国专利公开号CN1137950c公开了一种饮用水管道、容器内防腐涂料。A组分以改性环氧树脂为主要原料，添加助剂(气相二氧化硅)和填料(钛白粉、云母粉、重晶石粉、硫酸钡)，B组分以改性聚酰胺为主，含有溶剂醋酸乙酯和丁醇。该专利称选用的助剂和填料无毒，但是，有机溶剂的存在却是一大问题。固化后产品中残留的有机溶剂很难挥发完全，与水接触后被人体吸收，对人体存在着健康的威胁。且环氧树脂反应速度很慢，需要长时间固化后才能投入使用，大大影响了施工效率。
查阅中国专利，尚未见有报道聚氨酯体系应用于饮用水管道中。国外偶有报道，但也仅限于应用于饮用水管道的修补工程中。大范围的应用未见相应报道。
发明内容
本发明提供了一种饮水管/容器内衬的涂料及制备方法和施工方法，它可以解决现有技术存在的具有毒性和施工效率低等问题。
一种饮水管/容器内衬的涂料，包括A、R两种组分，其特征在于：所述A组分由重量份数为55-85份的多异氰酸酯和15-45份的聚醚多元醇合成的异氰酸酯封端的半预聚物；
所述R组分包括重量份数为55-85份聚醚多元醇、15-30份扩链剂、5-10份颜料、1-5份助剂；
按照A组分与R组分的当量比，也就是异氰酸酯指数在0.9-1.2之间进行配合，所述A组分与所述R组分按体积比1∶1配合。
本发明具有以下附加技术特征：
所述A组分中的所述多异氰酸酯的官能度在2.0～2.7之间，所述多异氰酸酯选自2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，多次甲基多苯基异氰酸酯，4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
所述A组分和所述R组分中的所述聚醚多元醇的羟基当量为200-2000，其官能度在2-4之间；所述聚醚多元醇为聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚己内酯三醇或低不饱和度醇醚中的一种或几种的混合物。
所述R组分中的扩链剂包括胺类扩链剂、醇类扩链剂中的一种或几种的混合物，所述胺类扩链剂包括芳香族二胺、脂肪族多元胺中的一种或几种的混合物，所述芳香族二胺为二乙基甲苯二胺(E-100)、N，N’二仲丁基亚甲基二苯胺、4，4’-亚甲基-双-(3-氯-2，6-二乙基苯胺)，所述脂肪族多元胺为1，4-环己基二胺，异佛尔酮二胺，4，4’-二环己基甲烷二胺，1，4-二胺乙基甲烷；所述醇类扩链剂为1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、三乙醇胺中的一种或几种的混合物。
所述R组分中的颜料包括Hustman TR28、汽巴的柠檬黄或大日本油墨的5380中的一种或几种；所述R组分中的助剂包括促进体系反应的催化剂锡类催化剂、用于颜料分散的分散剂BYK-163。
上述涂料的制备方法，所述A组分的合成方法是：将计量的多异氰酸酯加入到有氮气保护的反应釜中，匀速搅拌，加热至50～60℃，向反应釜中缓慢加入计量的聚醚多元醇，在60～90℃下，保温反应2.5～3.5小时，取样分析，半预聚物中的自由异氰酸酯含量在15～25％之间，冷却出料；
所述R组分的制备方法是：首先把颜料、助剂和部分聚醚多元醇制成混合物，然后用砂磨机等研磨设备分散成浆料，最后按照配方把研磨好的浆料、剩余部分聚醚多元醇、扩链剂加入到制漆罐中，利用高剪切分散设备高速搅拌20～40分钟制得；
按照A、R组分的当量比，也就是异氰酸酯指数在0.9-1.2之间进行配合。
采用施工设备包括：美国GRACO公司撞击式混合主机设备，或采用德国WIWA公司或者美国GRACO公司的双组分高压无气喷涂设备；
采用所述的美国GRACO公司的撞击式混合设备施工时，所述A组分与所述R组分按照1∶1体积比，由撞击式混合设备进行计量、加压、升温后，通过喷枪喷到底材上，固化得喷涂聚氨酯弹性体材料；
所述的德国WIWA公司或者美国GRACO公司的高压无气喷涂设备施工时，A组分与R组分按体积比1∶1经高压泵进入到螺旋混合器充分混合后经喷枪或旋杯进行雾化喷涂。
所述设备的选择可根据喷涂体系的固化速度进行选择，若喷涂体系的固化速度较快，凝胶时间小于60秒，采用撞击式混合喷涂设备；若体系的凝胶时间大于60秒，须根据喷涂管材的直径进行设备的选择。
所述的凝胶时间大于60秒的喷涂体系可采用的设备根据喷涂管材的直径进行选择，具体选择方法为：若喷涂管道的内径大于500mm，采用美国GRACO公司的撞击式混合喷涂设备；若喷涂管道的内径小于500mm，则采用美国GRACO公司或者德国WIWA公司的高压无气喷涂设备。
本发明的聚氨酯喷涂材料，不含溶剂，所用颜料及助剂均通过FDA认证。产品经检测完全通过了BS6920标准，完全可以安全的应用于饮用水管道内衬。同时，本发明材料固化速度快、施工便捷、一次成膜厚，非常适合于大规模的饮用水管道施工。
本发明提供了一种应用于饮用水管道内衬的喷涂无溶剂聚氨酯刚性涂料及其制备方法和施工方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种饮水管/容器内衬的涂料及制备方法和施工方法，包括A、R两种组分，其特征在于：所述A组分由重量分数为55-85份的多异氰酸酯和15-45份的聚醚多元醇合成的半预聚物；R组分包括重量分数为55-85份端氨基聚醚、15-30份扩链剂、5-10份的颜料、1-5份助剂。
在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述多异氰酸酯的官能度在2.0-2.7之间；
所述多异氰酸酯选自2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，多次甲基多苯基异氰酸酯，4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述聚醚多元醇的羟基当量为300-2000，其官能度在2-4之间；
所述聚醚多元醇为聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚己内酯三醇、低不饱和度醇醚中的一种或几种的混合物。
在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述R组分中的扩链剂包括胺类扩链剂、醇类扩链剂中的一种或两种的混合物，所述胺类扩链剂包括芳香族二胺、脂肪族多元胺中的一种或两种的混合物，所述芳香族二胺为二乙基甲苯二胺(E-100)、N，N’二仲丁基亚甲基二苯胺、4，4’-亚甲基双(3-氯2，6-二乙基苯胺)(MCDEA)，所述脂肪族多元胺为1，4-环己基二胺，异佛尔酮二胺，4，4’-二环己基甲烷二胺，1，4-二胺乙基甲烷；所述醇类扩链剂为1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、三乙醇胺中的一种或几种的混合物。
在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述R组分中还包括重量分数1-5份的助剂，所述助剂包括润湿分散剂、催化剂剂，所述润湿分散剂为Evonik公司的
163；所述的催化剂为锡类催化剂。
在R组分中根据需要还加入颜料，所述颜料包括Hustman TR28、汽巴的柠檬黄、大日本油墨的5380中的一种或几种等经过FDA认证的可用于食品包装或者是食品中的颜料。
一种应用于饮用水管道内衬的喷涂无溶剂聚氨酯刚性涂料的制备方法，其特征在于：所述A组分的合成方法是：将精确计量的多异氰酸酯加入到有氮气保护的反应釜中，匀速搅拌，加热至50-80℃，向反应釜中缓慢加入计量的聚醚多元醇，在60-90℃下，保温反应三小时，取样分析，测所得半预聚物中的自由异氰酸酯含量在15-25％之间，冷却出料；
所述R组分的制备方法是：首先把颜料、润湿分散剂BYK-163、催化剂、R组分中的部分聚醚多元醇制成混合物，然后用砂磨机等研磨设备分散成浆料，最后按照配方把研磨好的浆料、剩余部分聚醚多元醇、扩链剂加入到制漆罐中，利用高剪切分散设备高速搅拌30分钟制得。
按照A、R组分的当量比，也就是异氰酸酯指数在0.9-1.2之间进行配合。
本发明产品可采用美国GRACO公司撞击混合式主机设备进行施工，也可采用德国WIWA公司和美国GRACO公司的双组分高压无气喷涂设备。
本发明具有以下优点和积极效果：
1.涂膜干燥后漆膜无毒。化学检验：经检验完全符合英国标准BS6920的要求。因此，该材料完全可以作为饮用水管道、容器内防腐蚀材料，不会对水质造成污染，不会产生对人体有害的物质。
2.快速固化。体系可在几秒到几十秒之间快速固化，大大提高了施工效率。
3.对湿气、温度不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响，即使在0℃也可正常施工。
4.可厚涂层施工，一次施工即可达到要求，克服了以往多次施工的弊病。
5.优良的化学稳定性能和耐水、抗老化性能。
6.材料附着力好。对钢、铸铁、铝、混凝土等各类底材均具有优良的附着力。
7.涂层表面光滑，降低了摩擦阻力，加大了水流速度，节省了输送能量。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
A组分由含有约22份的2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和50份的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与28份的分子量为1000的，官能度为2的聚环氧丙烷醚二醇(TDiol-1000，天津石化三厂)制备的预聚物。预聚物的NCO含量为22±0.2％。25℃时的粘度约为500cps。
R组分由聚环氧丙烷醚二醇TDiol-1000(天津石化三厂)、聚醚多元醇TMN450(天津石化三厂)、DETDA氨基树脂、颜料及助剂混合物组成。将R组分中的各种原料按照配方准确称取后加入到制漆罐中，用高速剪切分散设备高速搅拌30分钟。
该体系的异氰酸酯指数为1.02。具体配比如下表所示。
| R组分 | 比例 |
| TDiol 1000 | 60.7 |
| TMM450 | 18.3 |
| DETDA | 8.0 |
| 1，4-丁二醇 | 7.0 |
| 颜料 | 5.0 |
| 助剂 | 1.0 |
A组分与R组分按体积比1∶1采用高压对撞混合喷涂设备进行喷涂。将涂层分别喷涂到涂有脱模剂的PVC板上和喷砂钢板上。待涂层固化后进行性能测试。
该体系的物理性能实验如下：
| 项目 | 结果 |
| 拉伸强度/MPa | 22.3 |
| 断裂伸长率/％ | 55 |
| 硬度/邵D | 76 |
| 附着力/MPa | 10.2 |
实施例2
A由含有约28份的2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和40份的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与32份的分子量为1000、官能度为2的聚环氧丙烷醚二醇(TDiol-1000)，制备得到的预聚物。预聚物的NCO含量为20±0.2％。25℃时的粘度约为650cps。R组分由聚环氧丙烷醚二醇(TDiol-2000，天津石化三厂)、聚环氧丙烷醚三醇(TMN450，天津石化三厂)、DETDA氨基树脂、颜料及助剂混合物组成。将R组分中的各种原料按照配方准确称取后加入到制漆罐中，用高速剪切分散设备高速搅拌30分钟。
该体系的异氰酸酯指数为1.07。具体配比如下表所示。
| R组分 | 比例 |
| TDiol-2000 | 63.5 |
| TMN450 | 17.5 |
| DETDA | 7.0 |
| 丙三醇 | 5.0 |
| 颜料 | 5.0 |
| 助剂 | 1.0 |
A组分与R组分按体积比1∶1采用高压对撞混合喷涂设备进行喷涂。将涂层喷涂到涂有脱模剂的PVC板和喷砂钢板上。待涂层固化后将涂层揭下进行性能测试。
| 项目 | 结果 |
| 拉伸强度/MPa | 20.5 |
| 断裂伸长率/％ | 35 |
| 硬度/邵D | 65 |
| 附着力/MPa | 10.5 |
实施例3
A由含有约20份的2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和30份的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与13份的分子量为1000、官能度为2的聚环氧丙烷醚二醇(TDiol-1000)及20份的分子量为2000、官能度为2的聚环氧丙烷醚(TDiol-2000)制备得到的预聚物。预聚物的NCO含量为18±0.2％。25℃时的粘度约为530cps。R组分由聚环氧丙烷醚二醇(TDiol-1000，天津石化三厂)、聚己内酯三醇(TONE0301，陶氏化学)、E-100氨基树脂(美国雅宝公司)、颜料及助剂混合物组成。将R组分中的各种原料按照配方准确称取后加入到制漆罐中，用高速剪切分散设备高速搅拌30分钟。
该体系的异氰酸酯指数为1.0。具体配比如下表所示。
| R组分 | 比例 |
| TDiol-1000 | 68.0 |
| TONE0301 | 11.0 |
| E-100 | 10.0 |
| 三羟甲基丙烷 | 5.0 |
| 颜料 | 5.0 |
| 助剂 | 1.0 |
A组分与R组分按体积比1∶1采用WIWA公司高压无气喷涂设备进行喷涂。将涂层喷涂到涂有脱模剂的PVC板和喷砂钢板上。待涂层固化后将涂层揭下进行性能测试。
| 项目 | 结果 |
| 拉伸强度/MPa | 18.5 |
| 断裂伸长率/％ | 105 |
| 硬度/邵D | 62 |
| 附着力/MPa | 11.0 |
上述实施例中，按照A组分与R组分的当量比，也就是异氰酸酯指数在0.9-1.2之间进行配合。
上述实施例体系经过检测通过了英国BS6920标准检测。完全可应用于饮用水管道和储罐的内衬涂层和修补工程中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1、一种饮水管/容器内衬的涂料，包括A、R两种组分，其特征在于：所述A组分由重量份数为55-85份的多异氰酸酯和15-45份的聚醚多元醇合成的异氰酸酯封端的半预聚物；
所述R组分包括重量份数为55-85份聚醚多元醇、15-30份扩链剂、5-10份颜料、1-5份助剂；
按照A组分与R组分的当量比，也就是异氰酸酯指数在0.9-1.2之间进行配合，所述A组分与所述R组分按体积比1∶1配合。
2、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述A组分中的所述多异氰酸酯的官能度在2.0～2.7之间，所述多异氰酸酯选自2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，多次甲基多苯基异氰酸酯，4，4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯，选取其中的一种或几种的混合物。
3、根据权利要求1或2所述的涂料，其特征在于：所述A组分和所述R组分中的所述聚醚多元醇的羟基当量为200-2000，其官能度在2-4之间；所述聚醚多元醇为聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚己内酯三醇或低不饱和度醇醚中的一种或几种的混合物。
4、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述R组分中的扩链剂包括胺类扩链剂、醇类扩链剂中的一种或几种的混合物，所述胺类扩链剂包括芳香族二胺、脂肪族多元胺中的一种或几种的混合物，所述芳香族二胺为二乙基甲苯二胺(E-100)、N，N’二仲丁基亚甲基二苯胺、4，4’-亚甲基-双-(3-氯-2，6-二乙基苯胺)，所述脂肪族多元胺为1，4-环己基二胺，异佛尔酮二胺，4，4’-二环己基甲烷二胺，1，4-二胺乙基甲烷；所述醇类扩链剂为1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、三乙醇胺中的一种或几种的混合物。
5、根据权利要求1所述的涂料，其特征在于：所述R组分中的颜料包括Hustman TR28、汽巴的柠檬黄或大日本油墨的5380中的一种或几种；所述R组分中的助剂包括促进体系反应的催化剂锡类催化剂、用于颜料分散的分散剂BYK-163。
6、一种权利要求1所述涂料的制备方法，其特征在于：
所述A组分的合成方法是：将计量的多异氰酸酯加入到有氮气保护的反应釜中，匀速搅拌，加热至50～60℃，向反应釜中缓慢加入计量的聚醚多元醇，在60～90℃下，保温反应2.5～3.5小时，取样分析，半预聚物中的自由异氰酸酯含量在15～25％之间，冷却出料；
所述R组分的制备方法是：首先把颜料、助剂和部分聚醚多元醇制成混合物，然后用砂磨机等研磨设备分散成浆料，最后按照配方把研磨好的浆料、剩余部分聚醚多元醇、扩链剂加入到制漆罐中，利用高剪切分散设备高速搅拌20～40分钟制得；
按照A组分与R组分的当量比，也就是异氰酸酯指数在0.9-1.2之间进行配合。
7、一种权利要求1所述涂料的施工方法，其特征在于：采用施工设备包括：美国GRACO公司撞击式混合主机设备，德国WIWA公司和美国GRACO公司的双组分高压无气喷涂设备；
采用所述的美国GRACO公司的撞击式混合设备施工时，所述A组分与所述R组分按照1∶1体积比，由撞击式混合设备进行计量、加压、升温后，通过喷枪喷到底材上，固化得喷涂聚氨酯弹性体材料；
所述的德国WIWA公司和美国GRACO公司的高压无气喷涂设备施工时，A组分与R组分按体积比1∶1经高压泵进入到螺旋混合器充分混合后经喷枪或旋杯进行雾化喷涂。
8、根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述设备的选择可根据喷涂体系的固化速度进行选择，若喷涂体系的固化速度较快，凝胶时间小于60秒，采用撞击式混合喷涂设备；若体系的凝胶时间大于60秒，须根据喷涂管材的直径进行设备的选择。
9、权利要求8所述的施工方法，其特征在于：所述的凝胶时间大于60秒的喷涂体系可采用的设备根据喷涂管材的直径进行选择，具体选择方法为：若喷涂管道的内径大于500mm，采用美国GRACO公司的撞击式混合喷涂设备；若喷涂管道的内径小于500mm，则采用美国GRACO公司和德国WIWA公司的高压无气喷涂设备。
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