CN102079940A

CN102079940A - 管道内喷涂刚性纯聚脲涂料的制备方法及其应用工艺

Info

Publication number: CN102079940A
Application number: CN 201010579199
Authority: CN
Inventors: 柴华敏; 侯锐钢; 姚中恒
Original assignee: Ruipeng Chemical Material Science & Tech Co Ltd Shanghai
Current assignee: Ruipeng Chemical Material Science & Tech Co Ltd Shanghai
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2011-06-01

Abstract

管道内喷涂刚性聚脲材料的制备及应用技术属新材料、新工艺技术领域，更确切的说是提供了一种更适合于管道内防腐和降低流体摩阻的衬里保护材料。原用V_A∶V_B＝1∶1聚脲喷涂设备施工的涂层因涂层刚性邵D60以上的技术要求及原材料选用的局限性，原聚脲涂层材料B组份材料中渗杂了大量的羟基化合物，不具备纯聚脲的特性，防腐功能和材料力学性能明显下降。而本发明所采用的是低异氰酸酯含量的预聚体的A组份和胺基化合物B组份反应，配套使用V_A∶V_B＝2∶1的专用聚脲喷涂设备，使得制备的涂层材料具有邵D60以上刚性材料的特征，又具有良好的纯聚脲防腐性能，克服了原涂层存在的力学性能差、防腐性能差的缺陷。拓宽了纯聚脲的应用领域。

Description

管道内喷涂刚性纯聚脲涂料的制备方法及其应用工艺

[技术领域]

属防护涂料制造及应用技术领域，确切地说是一种适用于管道内衬及设备内衬刚性纯聚脲防护材料的制备和应用工艺。

[背景技术]

管道内喷纯聚脲材料由于聚脲的优异性能是目前管道内防护应用最先进的选择材料。按照国家标准分类将聚脲分成弹性体聚脲材料和刚性体聚脲材料，弹性体聚脲在管道内衬上的应用技术已相应成熟，而应用于管道内衬防护的刚性体聚脲涂料，应有涂层表面平整性要求，因此要求聚脲固化速度较慢。而现有的刚性纯聚脲技术在有旋转架的工艺条件下只适用于快凝性，不具备慢固化的特性，而要达到慢固化只能采用聚氨酯体系。因此，目前市面上的刚性管道内喷聚脲其实质是聚脲含量极低的聚氨酯聚脲，甚至是纯聚氨酯喷涂料。其涂层力学性能和防腐性能远达不到设计要求，经常会出现龟裂纹和涂层不耐磨现象以及防腐性能差现象，其原因是大量使用高异氰酸酯含量预聚体A组份和含有羟基聚醚和多元醇扩链剂的B组份固化反应不完全及应力释放造成的缺陷。

[发明内容]

本发明提供能克服涂层龟裂纹和力学性能差、防腐性能差及低温脆性缺点，并能满足刚性聚脲涂层防护要求和长期使用寿命的管道内喷涂刚性聚脲涂料的制备方法及其应用工艺。

本发明采取的技术方案是：基于应用V_A∶V_B＝2∶1的喷涂设备及B组份采用氨基聚醚和胺扩链剂为主的聚脲涂料，与采用原V_A∶V_B＝1∶1喷涂设备的聚脲涂料相比，在刚性体聚脲技术上有了新的突破，克服了慢固化刚性聚脲，B组份只能选用聚氨酯多元醇聚醚原材料的缺陷，完善了高性能聚脲涂层的应用范围。

具体方案是：

分别制备A、B组份，再通过采用V_A∶V_B＝2∶1专用聚脲喷涂设备施工于工作件表面形成防护涂层。其技术方案是：

A组份由以下组份材料及重量百分比组成

原料名称 w％

异氰酸酯 45～55％

多元醇聚醚 40～35％

环氧树脂 5～0％

降粘剂 6～8％

助剂 4～2％

B组份由以下组份材料及重量百分比组成

原料名称 w％

端氨基聚醚 41～49％

多羟基化合物 10～2％

芳香族二元胺 34～43.5％

催化剂 0～0.5％

色膏 4～5％

填料 8～0％

助剂 3～0％

其中原材料的选择：

原料1：异氰酸酯是由甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯混合和单独使用组成；常用牌号为TDI-80、TDI-100、MDI-100、MDI-50、MDI-100LL等；

原料2：聚醚多元醇是由聚醚二醇、聚醚三醇和少量高官能度聚醚单独或混合组成；常用牌号为N210、N220、N330E、347H、466H、6205聚醚；

原料3：环氧树脂是由双酚A型环氧树脂组成；常用牌号为E-44、E-51；

原料4：降粘剂是由溶剂、增塑剂和活性稀释剂组成；

原料5：助剂是由除水剂、稳定剂、聚醚抗氧剂、流平剂等组成；

原料6：端氨基聚醚是由聚醚二胺和聚醚三胺组成；常用牌号为D-2000、T-5000、D-230、T-403；

原料7：多羟基化合物是主要由二元醇、三多醇和醇胺组成；

原料8：芳香族二胺是由3，3’-二氯-4，4’-二苯甲基烷二胺和3，5’二乙基甲苯二胺，3，5’-二甲硫基甲苯二胺等组成；常用牌号有E-100、E-300、WL6200等；

原料9：催化剂是由有机金属催化剂及胺类催化剂组成，单独或复配使用；

原料10：填料是由超细碳酸钙和滑石粉等组成；

聚脲涂料的制造工艺应包括以下几个步骤：

<1>涂料A组分的制造工艺：

a.将多元醇聚醚高温100～130℃，真空-0.8Mpa，脱水4小时后冷却装桶，

b.将多元醇聚醚放入反应釜内，并加入少量催化剂，升温至60～85℃滴加已用部分聚醚多元醇共混合改性的环氧树脂，滴加完毕保温2h后冷却放料，

c.将已环氧改性的多元醇聚醚加入计量槽内，

d.将计量的异氰酸酯加入加热的反应釜内，釜内充氮气保护，在搅拌状态下滴加计量槽内的多元醇聚醚，控制反应温度为60～70℃，滴加时间1～3小时；滴加完毕，控制温度70～80℃，保温2.5～3小时后冷却至60℃放料，制得A组分半预聚体，

e.取样测异氰胺酯(-NCO)含量，再补加混合多异氰酸酯、助剂、降粘剂，在高速分散机上搅拌配制A组份，装桶包装，

f.测游离异氰酸酯基(-NCO)含量控制在12％～16％，25℃粘度为500～800CPS，

<2>涂料B组分的制造工艺：

将芳香族二元胺扩链剂、端氨基聚醚、多羟基化合物、色膏、助剂、催化剂、填料分别计量后倒入配料缸内搅拌0.5小时后，装桶包装。配有填料的组份，应再用三辊机研磨，静止4小时后装桶测25℃粘度应为500～800CPS；胺值设计值应为NH₂＝23～31％，

聚脲涂层的制备工艺包括以下几个步骤：

采用V_A∶V_B＝2∶1专用喷涂聚脲设备，聚脲涂料材料通过加热、加压并用RIM反应混合喷枪喷涂在能旋转的工作件表面喷涂形成聚脲刚性体涂层；

<1>专用聚脲喷涂设备的要求

a.压缩供料比例泵体积比V_A∶V_B＝1.95～2.05∶1

b.提料输送泵供料流量Q_A∶Q_B＝1.95～2.10∶1

c.RIM反应喷枪：A料供料口和B料供料口面积S_A∶S_B＝1.95～2.10∶1

d.主机供压7～9MPa，比例泵工作压力16～28MPa，A与B料比例泵工作压力差＜7MPa

e.A料系统的加热能力应大于B料系统约30％

<2>喷涂工作件应具备可旋转且可调整线速度的能力，配合凝胶时间，可制备涂层表观良好的刚性聚脲。

<3>刚性聚脲涂层的性能特征

序号	项目	测试值	备注
				1	拉伸强度	20～30MPa
2	断裂伸长率	≤130％
				3	撕裂强度	≥85KN/mm²
4	硬度	60±3邵D

本发明实施后的积极效果

实施本发明后，填补了管道内喷涂刚性聚脲没有纯聚脲涂料的缺陷，将目前管道内喷涂聚氨酯聚脲材料的力学性能和防腐性能提高了一倍以上，拓宽了聚脲的应用领域。

与现有技术相比，本发明的材料体系具有如下特点：

<1>采用本发明所研制的材料体系，其配备的施工器具必须是改进型的V_A∶V_B＝2∶1的聚脲喷涂设备。

<2>采用本发明所研制的材料体系，其A组份-NCO％含量在13～16％，弥补了原聚脲体系制备同样硬度的聚脲涂层-NCO％＝22～28％较高的缺陷，有效改善了龟裂纹和材料脆性的产生。原理，-NCO％越高，具有反应速度越快，脆性越大，低温性能差，越易开裂的缺陷。

<3>采用本发明所研制的材料体系，解决了刚性聚脲在慢固化条件下只能使用聚氨酯羟基扩链剂替代聚氨酯胺基扩链剂的难题。

<4>采用本发明所研制的材料体系，解决了原制备管道内喷聚氨酯凝胶和表干时间过长，工效低的缺陷，预期工效可以提高50％以上。

<5>采用本发明所研制的材料体系，拨正了聚脲材料应用上的一个误区和错误认识，对采用聚脲新材料在管道内喷上的应用保障性有了新的提高，社会意义重大。

[具体实施方式]

下面结合本发明具体的制备工艺实施例一，对本发明的实施作详细的说明。

步骤1：A组份的制备工艺过程。

材料配方：原料名称 w份

异氰酸酯 53份

聚醚多元醇 40份

环氧树脂 2份

降粘剂 4份

助剂 1份

小计 100份

制备工艺：

a.将多元醇聚醚40份在高温100～130℃，真空0.6～-0.8Mpa，脱水4小时，冷却装桶。

b.将多元醇聚醚25份放入反应釜内，并加入助剂1份，升温至60～85℃滴加已用15份多元醇聚醚与2份的环氧树脂共混的混合物料，滴加完毕保温2h后冷却放料。

c.将己环氧改性的多元醇聚醚43份加入计量槽内。

d.将计量的48份MDI异氰酸酯加入加热的反应釜内，釜内充氮气保护，在搅拌状态下滴加计量槽内的43份聚醚多元醇，控制反应温度为60～70℃，滴加时间1～3小时；滴加完毕，控制温度70～80℃，保温2.5～3小时后，冷却至60℃放料，制得A组份91份半预聚体。

e.取样测异氰胺酯(-NCO)含量，再补加5份混合多异氰酸酯、4份降粘剂，在高速分散机上搅拌配制成100份A组份，搅料后装桶包装。使游离异氰酸酯基(-NCO)含量在15.2％，25℃粘度为650CPS。

步骤2：B组份的制备工艺过程

材料配方：原料名称 w份

端氨基聚醚 46份

多羟基化合物 3份

芳香族二元胺 43份

催化剂 -

色膏 5份

填料 -

助剂 3份

制备工艺：

将芳香族二元胺扩链剂43份、端氨基聚醚46份、羟基化合物3份、色膏5份、助剂3份、催化剂0份、分别计量后倒入配料缸内高速分散搅拌0.5小时后，装桶包装。静止4小时测25℃粘度应为700CPS。胺值设计值应为NH₂＝29.3％。

表1.刚性体聚脲涂料的主要技术指标特征

步骤3：聚脲涂层的制备工艺过程

采用V_A∶V_B＝2∶1专用喷涂聚脲设备，聚脲涂料材料通过加热、加压并用专用RIM反应混合喷枪喷涂在可控能旋转的工作件表面喷涂形成聚脲刚性体涂层。

<1>专用聚脲喷涂设备的要求

a.压缩供料比例泵体积比V_A∶V_B＝1.95～2.05∶1

b.提料输送泵供料流量Q_A∶Q_B＝1.95～2.10∶1

d.主机供压7～9mpa，比例泵压力16～28mpa，A与B料比例泵压力差＜7mpa.

e.A料系统的加热能力应大于B料系统约30％。

<2>喷涂工作件应具备可旋转可调整线速度的能力，配合旋转管架，制备表现良好的刚性聚脲。步骤4：制备刚性聚脲涂层的性能

表2刚性聚脲涂层的性能特征

序号	项目	测试值
			2	拉伸强度	26Mpa
3	断裂伸长率	45％
			4	撕裂强度	101KN/mm2
5	硬度	62邵D

Claims

1.管道内喷涂刚性聚脲涂料的制备方法，其特征是：分别制备A、B组份，并用V_A∶V_B＝2∶1聚脲喷涂设备施工于工作件表面形成防护涂层；其各组份构成是：A组份为预聚体结构，其异氰酸酯的含量为-NCO＝12～16％；B组份为胺醚结构，其胺基值为NH₂＝23～31％，并且原料中-NCO/-NH₂＝0.95～1.2∶1。

其中A组份有以下原材料组份及重量百分比组成：

原料名称 w％

异氰酸酯 45～55％

聚醚多元醇 40～35％

环氧树脂 5～0％

降粘剂 6～8％

助剂 4～2％

B组份有以下原材料组份及重量百分比组成：

原料名称 w％

端氨基聚醚 41～49％

多羟基化合物 10～2％

芳香族二元胺 34～43.5％

催化剂 0～0.5％

色膏 4～5％

填料 8～0％

助剂 3～0％

2.管道内喷涂刚性聚脲涂料的应用工艺，其特征是：按以下步骤实施：

1)采用V_A∶V_B＝2∶1专用喷涂聚脲设备，其要求是：

a.压缩供料比例泵体积比V_A∶V_B＝1.95～2.05∶1

b.提料输送泵供料流量Q_A∶Q_B＝1.95～2.10∶1

e.A料系统的加热能力应大于B料系统约30％

2)喷涂工作件应具备可旋转且可调整线速度的能力，配合凝胶时间，可制备涂层表观良好的刚性聚脲。