CN103194143A - 一种铁路车辆用聚脲涂料组成、制备和喷涂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路车辆用聚脲涂料组成、制备和喷涂工艺。涂料由A组分和R组分组成，A组分：多异氰酸酯、低聚物多元醇或多元胺，降粘剂；R组分：低聚物多元胺，扩链剂，交联剂，催化剂，有机硅偶联剂，抗氧剂，紫外吸收剂，阻燃剂等；涂料在氮气保护下分别合成并在经过喷涂底漆的车厢基面上通过即时混合、多次热喷涂涂覆。本发明喷涂层物理机械性能高；聚脲原料中无溶剂，不污染环境，施工更安全；反应速度快，凝胶时间通常不超过十秒，可一次成型从零点几毫米至几十毫米的涂层，特别是对于异型面施工更显优势。

Description

一种铁路车辆用聚脲涂料组成、制备和喷涂工艺

技术领域

本发明属于特种涂料合成及其应用领域，尤其属于一种应用于金属表面具有防腐、阻燃等功能的特种涂料的合成及应用领域，具体涉及一种铁路车辆用聚脲涂料组成、制备和喷涂工艺。

背景技术

目前，铁路棚车车厢的厢体为了达到减少磨损、锈蚀及保温隔热的目的，传统的设计制造要求是先在厢体内部薄铁板上喷涂常规底漆涂料后再在端侧墙上组装竹材板及车顶上组装PVC板，最后在竹材板及PVC板上喷涂常规面漆涂料，在喷涂面漆前须对紧固竹材板和PVC板的螺栓螺母进行点焊固定。在喷涂底漆前需对厢体内表面进行清洁处理以确保满足涂装的要求。其中底漆干膜厚度不小于60μm，面漆干膜厚度不小于60μm；竹材板厚度为3.5cm，PVC板厚度为0.5cm。

针对铁路棚车运营要求进行的此种传统设计制造要求，存在很多值得优化改进的内容。此种设计制造要求使生产工艺过程工序多、长，操作工种多，人员需求总数也大，总体工艺较复杂，生产综合成本较高。同时，由于采用常规油漆进行底漆防腐，新造车运营一定时间后常出现局部锈蚀，增加了段修、厂修切割板材、更换竹材板、PVC板等的工作量，也造成车辆后期维护成本高。

结合铁路货车发展技术要求，为了体现“降低自重、增加载重”的设计原则，在新型重载铁路棚车设计过程中，大胆创新，对车厢内部进行了全新的设计，不仅去掉内壁板上的各型扣铁、竹采板、PVC板、压铁及螺栓螺母等件，而且还因此取消了大量组焊、组装工作及减少了作业人员，直接大幅度降低了生产成本。在内壁板材上使用铁路货车专用喷涂聚脲防腐涂料，实现了“降低自重、增加载重”的目的，同时也满足车辆使用性能要求。整体比较而言，与传统设计制造要求相比，使用铁路货车专用喷涂聚脲防腐涂料具有很明显的技术、生产、成本及维护等优势，体现了新一代重载铁路货车设计的经济性、先进性。

通常，喷涂聚脲是将由低聚物多元胺，或扩链剂，或交联剂，或催化剂，或有机硅偶联剂，或抗氧剂，或紫外吸收剂，或阻燃剂，或颜料，或填料等组成的混合物R组分，与由多异氰酸酯与低聚物多元醇（或多元胺），或降凝剂等合成的预聚体A组分通过高压喷涂设备喷涂经快速混合后，喷涂到物体表面进行成型。喷涂聚脲技术是在反应注射成型（RIM）技术的基础上发展起来的。喷涂聚脲技术1997年在中国开始研发，1999年实验成功。在RIM技术中已经出现加入各种纤维或填料作为增强材料来改善材料的物理机械性能的技术措施或方法。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种铁路车辆用聚脲涂料组成、制备和喷涂工艺。本发明要解决的第一个问题是提供一种新型聚脲涂料配方组成，本发明要解决的第二个问题是提供一种新型聚脲涂料应用于铁路车辆喷涂的施工工艺，本发明要解决的第三个问题是提供一种新型聚脲涂料的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

铁路车辆用聚脲涂料，由A组分和R组分组成，按重量百分比配比如下：

A组分：多异氰酸酯60-100份，低聚物多元醇或多元胺0-40份，降粘剂0-30份；

R组分：低聚物多元胺40-100份，扩链剂0-30份，交联剂0-30份，催化剂0-5份，有机硅偶联剂0-5份，抗氧剂0-5份，紫外吸收剂0-5份，阻燃剂0-30份，颜料0-10份,填料0-30份。

上述低聚物多元醇应选用端伯羟基的低聚物多元醇，可以使用聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚、聚四氢呋喃二醇、端羟基聚丁二烯、聚几内酯、聚酯多元醇以及上述一种组分或几种组分的共聚物，选取其中的一种或多种。

上述低聚物多元胺应选用端胺基的低聚物多元胺，可以使用聚氧化丙烯二胺类、或聚氧化丙烯三胺类，如Huntsman公司的

D-2000、T-3000、D-4000、T-5000等，又如江苏省化工研究所的端氨基聚醚A621-1、A621-2、A621-3、A621-5以及上述一种或几种的共聚物，选取其中的一种或多种。

上述降粘剂可以选用内酯类、醋酸酯类、碳酸酯类、醚醇类、硫醚类、氧化硫醚类以及邻苯二甲酸酯类增塑剂等中的一种或多种。

上述扩链剂可以选用芳香族胺类扩链剂，例如，二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）、二乙基甲苯二胺（DETDA）、4,4’-双丁仲胺基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷等中的一种或几种；也可以选用脂肪族胺类扩链剂，例如，三乙醇胺；也可以选用小分子醇类扩链剂，例如，1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇等中的一种或几种；也可以选用以上各类扩链剂中的两种或多种的混合物。

上述交联剂可以选用低分子量聚氧化丙烯三醇胺，如三羟甲基丙烷。

上述催化剂可以选用元素周期表中第IV、V主族金属元素的金属盐类，或各类胺类催化剂，如二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三亚乙基二胺等中的一种或多种。

上述有机硅偶联剂可以选用氨乙基胺丙基三甲氧基硅烷。

上述抗氧剂可以选用受阻酚类或亚磷酸酯类抗氧剂。

上述紫外吸收剂可以选用苯并三唑类紫外吸收剂。

上述阻燃剂可以选用二甲基磷酸甲酯、3-β-氯丙基磷酸酯、3-二氯丙基磷酸酯等含较多磷元素的磷酸酯类液体阻燃剂中的一种或几种；或选用二溴苯基多元醇、三溴苯基醇等含较多溴元素的溴化合物类液体阻燃剂；或选用氢氧化铝、硼酸锌、三氧化二锑等固体类阻燃剂。

上述颜料可以选用滑石粉、碳酸钙、白土、云母、石棉、水墨细沙、含硅藻土的二氧化硅、氧化铝、重晶石等填充颜料；或选用无粉化的金红石型二氧化钛、锌钡白、氧化锑、氧化锌等白色颜料；或选用氧化铁红、煅烧铁棕、赭石、生黄土、煅黄土、棕土颜料等天然颜料；或选用锌黄、水合铁黄、氧化铁红、铁褐、络绿、铜橘红等合成无机颜料；或选用甲苯胺红、耐晒黄等不溶性偶氮染料类合成有机颜料；或选用力索尔红、永固红等酸性偶氮染料类合成有机颜料；或选用酞菁绿、酞菁蓝等酞菁系染料类合成有机颜料；或选用合成氧化铁、硫化锑等无机物黑色颜料；或选用炉黑、热裂炭黑、烟黑等含碳量在99%以上的炭黑等黑色颜料。

上述多异氰酸酯可以选用甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯（MDI）、掺混MDI、聚醚改性MDI、碳化二亚胺改性MDI、多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）、1,6-己二异氰酸酯（HDI）、3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基二异氰酸酯（IPDI）、苯二亚甲基二异氰酸酯（XDI）、萘-1,5-二异氰酸酯（NDI）、甲基环己基二异氰酸酯（HTDI）、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯（TMXDI）、缩二脲三异氰酸酯（3HDI-H₂O）、TDI三聚体、HDI三聚体、IPDI三聚体、TDI-HDI混合三聚体以及上述一种或几种的共聚物或衍生物，选取其中的一种或多种。

上述各化学试剂或材料均有市售。

采用上述铁路车辆用聚脲涂料的喷涂工艺，包括以下步骤：

（1）在经除锈处理后的铁路车辆车厢金属基面喷涂底漆，或在已喷涂防锈漆的铁路车辆车厢基面喷涂底漆；

（2）采用双组份气动或液压高压喷涂设备进行聚脲涂料喷涂，喷涂设备加热器温度设置为65-75℃，管道加热温度设置为65-75℃，动态工作压力设置为大于2000psi；

上述双组份气动或液压高压喷涂设备是常规设备，如GUSMER公司生产的H-20/35型双组份高压无气喷涂设备，喷涂前将A组分和R组分分别装入喷涂设备的各自容器中即可。

（3）喷涂分3至5次进行，涂层总厚度2-3mm，第一次喷涂涂层厚度为0.8-1.2mm，第二次喷涂涂层厚度为0.8-1.2mm，第三次喷涂时控制三次喷涂的总厚度为2.5±0.2mm，然后对涂层表面进行远距离喷洒或光面喷涂。

所述聚脲涂料通过以下步骤制备：

A组分生产工艺：

按原料重量份数分别加入搅拌中的反应釜内，通入氮气，反应釜逐渐升温到70-90℃，反应2-5小时，逐渐自然降温到60℃以下，过滤、充氮包装；

R组分生产工艺：

按原料重量份数分别加入搅拌中的搅拌釜内，采用高速分散系统高速分散30-60分钟充分混合均匀，过滤、充氮包装。

本发明有益性：本发明采用了在喷涂聚脲技术中加入增强材料提高成品材料物理机械性能；聚脲原料中无溶剂，不污染环境，施工更安全；反应速度快，凝胶时间通常不超过十秒，可一次成型从零点几毫米至几十毫米的涂层，特别是对于异型面施工更显优势。

本发明是针对现有铁路车辆车厢防护技术存在的不足和缺陷，专门开发的一种新型喷涂聚脲新材料。其不仅施工效率高，它的韧性、耐碱性、热稳定性及力学性能均超过树脂材料。采用本发明技术成型后的聚脲高分子材料为半刚性材料，硬度在55-60D之间，不仅能耐受车辆的震动，而且还具有良好的耐撞击与划伤性；聚脲高分子材料为阻燃型，具有离火自熄的特性；聚脲高分子材料的颜色可以根据具体要求进行随意调配；形成的涂装外表面可为整体麻点状或光面，外观美观。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行进一步的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整属于本发明保护的范围。

实施例1

聚脲涂料由A组分和R组分组成。

A组分配方（重量份）：多异氰酸酯60-100份，低聚物多元醇或多元胺0-40份，降粘剂0-30份；

R组分配方（重量份）：低聚物多元胺40-100份，扩链剂0-30份，交联剂0-30份，催化剂0-5份，有机硅偶联剂0-5份，抗氧剂0-5份，紫外吸收剂0-5份，阻燃剂0-30份，颜料0-10份,填料0-30份。

实施例2

一种聚脲涂料的A组分和R组分组成

A组分配方（重量份）：聚醚二醇（M=2000）40份，炭化二亚胺改性MDI60份；

R组分配方（重量份）：聚醚二胺（M=2000）20份，聚醚三胺（M=5000）10份，聚醚二胺（M=3000）28份，二乙基甲苯二胺25份，甲基磷酸二甲酯8份，阻燃剂6份，色浆3份。

上述聚脲涂料喷涂成型后相关指标检测如下：拉伸强度：20.4MPa；断裂延伸率：154%；撕裂强度：77KN/m；邵氏硬度：58D；阻燃性能：离火自熄。

实施例3

铁路车辆用聚脲涂料的喷涂工艺，包括以下步骤：

（1）在经除锈处理后的铁路车辆车厢金属基面喷涂底漆，或在已喷涂防锈漆的铁路车辆车厢基面喷涂底漆；

（2）采用双组份气动或液压高压喷涂设备进行聚脲涂料喷涂，喷涂设备加热器温度设置为65-75℃，管道加热温度设置为65-75℃，动态工作压力设置为大于2000psi；

（3）喷涂分3至5次进行，涂层总厚度2-3mm，第一次喷涂涂层厚度为0.8-1.2mm，第二次喷涂涂层厚度为0.8-1.2mm，第三次喷涂时控制三次喷涂的总厚度为2.5±0.2mm，然后对涂层表面进行远距离喷洒或光面喷涂。

根据铁路车辆现行生产工艺技术条件、相关要求及相关研究，铁路车辆底漆是专用于本发明聚脲喷涂工艺基材的界面层涂料。

由于聚脲材料属超快速固化型涂层，凝胶时间只有几秒钟或几十秒钟，不能与钢铁基面或其表面的防锈漆充分的润湿，造成聚脲涂层与底材的接触面上出现空白点，会降低聚脲同基材的附着力。另外，所有车厢使用的钢板抛丸除锈后要立即喷涂一道醇酸型底涂，由于此工艺在车辆厂已经是多年的成熟工艺，各类工序及时间控制都已经完善，很难进行工艺技术改造或替换。而此醇酸型底涂与聚脲涂层的附着力非常差，为此，聚脲涂层施工以前必须进行底漆的施工。或直接将底漆喷涂在抛丸处理后未喷醇酸型底漆的裸材上。

本发明底漆的作用主要包括：1）能渗透过醇酸型底涂，与钢板底材牢固的附着。2）能充分润湿基面，防止在聚脲涂层和底材的接触面上出现空白点，从而增加聚脲涂层与底材的附着性。

本发明喷涂设备：聚脲材料采用双组份气动或液压高压喷涂设备进行喷涂。本发明底漆采用高压无气喷涂机进行喷涂。

本发明底漆施工采用无气喷涂方法进行施工。机械喷涂时，可成“+”字状喷涂，前后方向喷涂后再进行左右方向的喷涂，避免单方向喷涂后，另一方向基层的毛细微孔缺少底漆。涂布后等溶剂完全挥发后才能进行下道工序的施工。

本发明聚脲喷涂施工：

施工环境条件

应避开潮湿有露水的天气。特别是冬季，一般应在上午十点以后，下午四点之前完工。聚脲喷涂施工要求满足以下条件：施工环境温度：5℃以上，施工环境湿度：70%以下，工件表面温度：高于工件表面露点温度3℃以上。

喷涂设备条件

使用时，将A料与R料加热器温度设定在65-75℃之间，管道加热温度设定在65-75℃之间。设备的动态工作压力必须保持在2000psi以上，除非为了得到好的雾化效果而采用小号的混合头。根据不同的气候条件，具体压力与温度的设置可作适当调整。

材料使用及检测方法

取聚脲A组分原料一份与R组分原料一份，采用GUSMER公司生产的H-20/35型双组份高压无气喷涂设备进行喷涂。喷涂设备各项参数调节到规定要求后，将聚脲涂层喷涂到涂有专用脱模剂的玻璃板上，分3至5道将聚脲涂层厚度喷涂到2-3mm厚。室温放置7天后将聚脲涂层脱模，进行后续物性检测。涂层表面要光滑、平整、光亮，其无针眼、气泡等。

聚脲喷涂设备使用参考：

聚脲喷涂方法

1）第一道涂层厚度控制在0.8-1.2mm之间。

2）第二道涂层厚度也控制在0.8-1.2mm之间。

3）第三道喷涂要控制在涂层总厚度为2.5±0.2mm。

4）最后对达到厚度要求的的涂层表面进行远距离喷洒，使表层形成整体麻点效果。也可实现光面效果。

采用本技术方案成型后的聚脲高分子材料应为半刚性材料，硬度控制在55-60D之间，不仅能耐受车辆的震动，而且还具有良好的耐撞击与划伤性。采用本技术方案成型后的聚脲高分子材料应为阻燃型，应该具有离火自熄的特性。采用本技术方案成型后的聚脲高分子材料的颜色可以根据具体要求进行调配。采用本技术方案成型后的聚脲高分子材料的外表面应为整体麻点状。

实施例4

聚脲涂料通过以下步骤制备：

A组分：按原料重量份数分别加入搅拌中的反应釜内，通入氮气，反应釜逐渐升温到70-90℃，反应2-5小时，逐渐自然降温到60℃以下，过滤、充氮包装；

R组分：按原料重量份数分别加入搅拌中的搅拌釜内，采用高速分散系统高速分散30-60分钟充分混合均匀，过滤、充氮包装。

Claims (8)

1.一种铁路车辆用聚脲涂料，由A组分和R组分组成，其特征在于：按重量百分比配比如下：

A组分：多异氰酸酯60-100份，低聚物多元醇或多元胺0-40份，降粘剂0-30份；

R组分：低聚物多元胺40-100份，扩链剂0-30份，交联剂0-30份，催化剂0-5份，有机硅偶联剂0-5份，抗氧剂0-5份，紫外吸收剂0-5份，阻燃剂0-30份，颜料0-10份,填料0-30份。

2.根据权利要求1所述的铁路车辆用聚脲涂料，其特征在于：所述聚脲涂料中多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯（MDI）、掺混MDI、聚醚改性MDI、碳化二亚胺改性MDI、多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）、1,6-己二异氰酸酯（HDI）、3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基二异氰酸酯（IPDI）、苯二亚甲基二异氰酸酯（XDI）、萘-1,5-二异氰酸酯（NDI）、甲基环己基二异氰酸酯（HTDI）、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯（TMXDI）、缩二脲三异氰酸酯（3HDI-H₂O）、TDI三聚体、HDI三聚体、IPDI三聚体、TDI-HDI混合三聚体以及上述一种组分或几种组分的共聚物或衍生物，选取其中一种或多种的混合物。

3.根据权利要求1所述的铁路车辆用聚脲涂料，其特征在于：所述聚脲涂料中低聚物多元醇选用端伯羟基的低聚物多元醇，包括聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚、聚四氢呋喃二醇、端羟基聚丁二烯、聚几内酯、聚酯多元醇以及上述一种组分或几种组分的共聚物，选取其中一种或多种的混合物。

4.根据权利要求1所述的铁路车辆用聚脲涂料，其特征在于：所述聚脲涂料中低聚物多元胺选用端胺基的低聚物多元胺，包括聚氧化丙烯二胺类或/和聚氧化丙烯三胺类。

5.根据权利要求1所述的铁路车辆用聚脲涂料，其特征在于：所述聚脲涂料中催化剂选用元素周期表中第IV、V主族金属元素的金属盐类；或胺类催化剂，包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三亚乙基二胺的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的铁路车辆用聚脲涂料，其特征在于：所述聚脲涂料中阻燃剂选用磷酸酯类液体阻燃剂，包括二甲基磷酸甲酯、3-β-氯丙基磷酸酯、3-二氯丙基磷酸酯中的一种或几种的混合物；或选用溴化合物类液体阻燃剂，包括二溴苯基多元醇、三溴苯基醇等含较多溴元素的一种或几种的混合物；或选用固体类阻燃剂，包括氢氧化铝、硼酸锌、三氧化二锑一种或几种的混合物。

7.一种权利要求1所述的铁路车辆用聚脲涂料的喷涂工艺，其特征在于包括以下步骤：

（1）在经除锈处理后的铁路车辆车厢金属基面喷涂底漆，或在已喷涂防锈漆的铁路车辆车厢基面喷涂底漆；

（2）采用双组份气动或液压高压喷涂设备进行聚脲涂料喷涂，喷涂设备加热器温度设置为65-75℃，管道加热温度设置为65-75℃，动态工作压力设置为大于2000psi；

（3）喷涂分3至5次进行，涂层总厚度2-3mm，第一次喷涂涂层厚度为0.8-1.2mm，第二次喷涂涂层厚度为0.8-1.2mm，第三次喷涂时控制三次喷涂的总厚度为2.5±0.2mm，然后对涂层表面进行远距离喷洒或光面喷涂。

8.根据权利要求1所述的铁路车辆用聚脲涂料制备方法，其特征在于：所述聚脲涂料通过以下步骤制备：

A组分：按原料重量份数分别加入搅拌中的反应釜内，通入氮气，反应釜逐渐升温到70-90℃，反应2-5小时，逐渐自然降温到60℃以下，过滤、充氮包装；

R组分：按原料重量份数分别加入搅拌中的搅拌釜内，采用高速分散系统高速分散30-60分钟充分混合均匀，过滤、充氮包装。