CN103709362A - 一种喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

一种喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体及其制备方法，包括A、B两种组分组成，A组分由40-60份异氰酸酯和40-60份含磷阻燃多元醇组成，B组分由0-30份扩链剂、0-30份聚醚多元醇、10-75份端氨基聚醚、0-30份碳纳米管浆料、0-3份颜料、0-3份助剂组成；制备方法包括下列步骤：将含磷阻燃多元醇加入反应釜中，加热至110℃抽真空3小时，冷却至30℃后加入异氰酸酯，加热至105℃反应3小时，获得半预聚物A组分；将B组分依次加入搅拌罐搅拌均匀，进入砂磨机研磨2.5小时后，制得B组分；将A、B组分采用高压喷涂机喷涂，喷涂到表面并快速固化成型。本发明成膜物稳定，阻燃剂不析出，耐久性好；采用本发明制备方法制备的喷涂型阻燃抗静电材料，兼具了阻燃性和抗静电性能，适合阻燃、防爆场合的应用。

Description

一种喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体及其制备方法，属于涂料组合物领域。
背景技术
    聚氨酯弹性体由于具有硬度范围宽、力学性能好、耐磨性能优越，近年来被越来越多的应用于矿山、化工、码头等领域的耐磨。矿业工业中的设备磨损和腐蚀问题一直是困扰该行业的重要难题。浇注型聚氨酯材料优的高耐磨、高强度、搞回弹、耐介质等特性已经在矿山行业得到了极大的应用。但是，传统的浇注聚氨酯采用RIM设备及模具浇注成型，在大型机件加工中投资较大，能耗浪费严重。德国、美国是喷涂弹性体技术的发源地，最早开发喷涂聚氨酯弹性体技术的是Bayer、BASF、Futura和Uniroyal公司。聚氨醋弹性体喷涂技术为矿业界提供了一种全新的选择, 其在工程应用中显示出了无可比拟的优越性它突破了耐磨耐腐非金属材料成型使用模具的局限性, 是一种新型的现场固化快速成型工艺, 它将高分子材料的成型技术扩展到一个全新的领域, 极大地扩大了其应用范围。同时, 由于它具有优异的耐磨性、突出的防腐性能、耐老化性性能、现场施工简便易行、成本低等优点。
中国专利CN200410014381.5 结构阻燃型喷涂聚氨酯弹涉及一种结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料及其施工方法，它包括A组分，由低官能度的多异氰酸酯和聚醚多元醇合成的半预聚物，B组分，胺类扩链剂，阻燃聚醚，端氨基聚醚组成。施工时，将两种原料A、B精确计量后，通过物料输送管送到喷枪，混合均匀、加压后喷涂到物体表面，瞬间生成结构阻燃型喷涂聚氨酯、聚脲弹性体材料。
中国专利CN201110033135.4涉及一种阻燃型喷涂聚脲弹性涂料，其为现场喷涂成型的A组分和B组分构成的双组分弹性涂料，其中A组分是由30～60重量份多异氰酸酯与30～50重量份聚醚多元醇合成的半预聚体和10～30重量份阻燃剂反应而得；B组分由30～60重量份端氨基聚醚、20～40重量份液态胺扩链剂、0～10重量份颜料、0～5重量份助剂以及10～40重量份阻燃剂组成；A组分与B组分通过喷涂设备，经快速混合后，喷至基层表面，快速反应固结成为富有弹性、坚韧的涂层。
CN200810139171.7涉及了一种抗静电柔性聚脲组合物及其制备、施工方法和应用，技术方案是：一种抗静电柔性聚脲组合物，其特征在于：所述聚脲组合物由A、R两组分组成，所述A组分是由30～50份多异氰酸酯、20～40份的多元醇以及10～30份的固体抗静电剂合成的半预聚物，所述R组分由5～30份的胺类扩链剂、40～60份端氨基聚醚以及10～30份抗静电剂组成，所述A、R两组分按照异氰酸酯指数为1.1配合使用。
以上发明只单独提及了阻燃性或抗静电性喷涂聚氨酯/聚脲材料，采用了在A、B组分（多元醇）中大量添加阻燃或抗静电助剂的方法。大量的添加型阻燃剂或抗静电剂的引入导致了材料粘度的增大和固化后物理性能的降低。随着时间的延长，添加型助剂的逸出和与树脂组分的相分离导致了材料的阻燃性、抗静电 性呈下降趋势。
同时兼具阻燃性和抗静电性能的喷涂聚氨酯材料尚未有报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种粘度低、流动性好、满足阻燃及抗静电性要求的喷涂型聚氨酯弹性体。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明A组分（半预聚物组分）由40-60份异氰酸酯和40-60份含磷阻燃多元醇在70-120℃下反应制得。
异氰酸酯包括但不限于二苯基甲烷二异氰酸酯及其聚合体、碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、三苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、三甲基1,6-六亚甲基二异氰酸酯的一种或几种。
含磷阻燃多元醇包括磷含量8-30%，分子量200-5000的含磷聚醚多元醇的一种或几种的组合物。含磷多元醇中的羟基与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯基，形成长链结构，磷以化学键的方式存在于该长链结构上，化学结构稳定，不会析出。燃烧发生时，磷燃烧时生成磷酸、偏磷酸、聚偏磷酸等，覆盖在材料表面，可促进材料表面炭化成炭膜，聚偏磷酸呈粘稠状液态覆盖在塑料表面。这种固态或液态膜既能阻止自由基溢出，又能隔绝氧气，起到阻燃效果。含磷阻燃多元醇以接枝形式结合到分子链上以后，相比物理共混有更好的阻燃效果，不会析出，长期使用不失效，不影响材料本身物理性能。
本发明的B组分由0-30份扩链剂、10-75份端氨基聚醚、0-30份聚醚多元醇、碳纳米管浆料、颜料、助剂组成。扩链剂可以是小分子量的二元醇、多元醇、醇胺、二元胺等一种或几种的组合物。端氨基聚醚是伯氨基、仲氨基封端的聚氧化丙烯醚二胺，分子量400-10000，官能度2-3。聚醚多元醇是分子量400-3000的聚氧化丙烯醚二醇或聚氧化乙烯/丙烯醚共聚物二元醇或三元元醇。
碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。利用纳米分散手段对其进行分散，进行表面化学改性，可获得具有良好储存稳定性的碳纳米管浆料。将浆料加入混合聚醚组分中，可以以极少的添加量获得良好的导电效果。添加量在2%时，表面电阻率可达到1×108Ω。采用此方式制备的阻燃抗静电聚脲材料由于只含有5%以内非反应性功能填料，因此其物理性能，特别是回弹性、强度等较高。
本发明制备的A组分不含有任何非反应性填料，B组分含有0~5%碳纳米管浆料，其粘度低、流动性好，可采用双组份喷涂设备进行喷涂施工。
本发明的A组分采用的含磷阻燃聚醚与异氰酸酯反应后，形成稳定的化学结构成为聚氨酯软段，无需另添加阻燃剂。
一种制备所述的喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体的方法，其特征在于，包括下列步骤：
将含磷阻燃多元醇加入反应釜中，加热至110℃抽真空3小时，冷却至30℃后加入异氰酸酯，加热至105℃反应3小时，获得半预聚物A组分；
将B组分依次加入搅拌罐搅拌均匀，进入砂磨机研磨2.5小时后，制得B组分；
将A、B组分采用高压喷涂机喷涂，A、B两种组分料经抽料泵输送到主机，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，喷涂到表面并快速固化成型。
本发明的有益效果：
本发明A组分采用反应型阻燃聚醚，不添加非反应型阻燃剂。成膜物稳定，阻燃剂不析出，耐久性好。
本发明采用了碳纳米管导电浆料，添加量极少，对材料物理性能无影响。
本发明中的碳纳米管对含磷聚醚的阻燃性有协同作用，减少了用量。
本发明同时具备阻燃和抗静电功能。
采用本发明制备方法制备的喷涂型阻燃抗静电材料，兼具了阻燃性和抗静电性能，适合阻燃、防爆场合的应用。摒弃了非反应型阻燃剂，使得原料流动性极好，适合喷涂成型。避免了阻燃剂和抗静电剂的后期析出、分离，具有长效阻燃、抗静电效果。
具体实施方式
实施例1
本实施案例的阻燃抗静电喷涂聚氨酯涂层配方如下：
A组分
二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50     50
含磷聚醚多元醇XP-1505          50
B组分
1′4丁二醇                       5
4,4-亚甲基双（2,6二乙基）苯胺     15
端氨基聚醚 T-5000                15
端氨基聚醚D-2000                40
聚醚330N                        20
碳纳米管浆料(5%)                  4
流平剂BYK306                    1
将50份含磷阻燃多元醇XP-1505加入反应釜中，加热至110℃抽真空3小时，冷却至30℃后加入50份MDI-50，加热至105℃反应3小时，获得半预聚物A组分。
将B组分依次加入搅拌罐搅拌均匀，进入砂磨机研磨2.5小时后。制得B组分。
将A、B组分采用高压喷涂机喷涂，A、B两种组分料经抽料泵输送到主机，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，喷涂到表面并快速固化成型。按照GB9278规定条件下放置7天后进行性能测定。
拉伸强度 18MPa
伸长率 320%
表干时间 10S
表面电阻率 1×108Ω
氧指数 33
实施例2
A组分
二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50      30
碳化二亚胺改性LMDI             15
含磷聚醚多元醇XP-1500           55
B组分
二氨基二甲硫基氯苯TX-2          8
4,4-亚甲基双（2,6二乙基）苯胺    12
端氨基聚醚T-5000                15
端氨基聚醚D-2000               35
聚醚551C                       25
碳纳米管浆料(5%)                5
BYK306                        1
三乙胺                         0.1
将55份阻燃聚醚多元醇XP-1505加入反应釜中，加热至110度抽真空3小时后加入30份异氰酸酯MDI-50、15份碳化二亚胺液化MDI，105℃反应3小时，获得半预聚物A组分。
将B组分依次加入搅拌罐搅拌均匀，进入砂磨机研磨2.5小时后制得B组分。
将A、B组分采用高压喷涂机喷涂，A、B两种组分料经抽料泵输送到主机，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，喷涂到表面并快速固化成型。按照GB9278规定条件下放置7天后进行性能测定。
拉伸强度 22MPa
伸长率 290%
表干时间 15S
表面电阻率 3×108Ω
氧指数 36

Claims (8)

1.一种喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体，其特征在于，包括A、B两种组分组成，A组分由40-60份异氰酸酯和40-60份含磷阻燃多元醇组成，B组分由0-30份扩链剂、0-30份聚醚多元醇、10-75份端氨基聚醚、0-30份碳纳米管浆料、0-3份颜料、0-3份助剂组成。
2. 根据权利要求1所述的喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体，其特征在于，A组分包括50份异氰酸酯和50份含磷阻燃多元醇。
3. 根据权利要求1或2所述的喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体，其特征在于，异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯及其聚合体、碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、三苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、三甲基1,6-六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。
4. 根据权利要求1或2所述的喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体，其特征在于，含磷阻燃多元醇包括磷含量8-30%，分子量200-5000的含磷聚醚多元醇的一种或几种的组合物。
5. 根据权利要求1所述的喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体，其特征在于，扩链剂是小分子量的二元醇、多元醇、醇胺、二元胺中的一种或几种的组合物。
6. 根据权利要求1所述的喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体，其特征在于，端氨基聚醚是伯氨基、仲氨基封端的聚氧化丙烯醚二胺，分子量400-10000，官能度2-3。
7. 根据权利要求1所述的喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体，其特征在于，聚醚多元醇是分子量400-3000的聚氧化丙烯醚二醇或聚氧化乙烯/丙烯醚共聚物二元醇或三元醇。
8.一种制备权利要求1所述的喷涂型阻燃抗静电聚氨酯弹性体的方法，其特征在于，包括下列步骤：
将含磷阻燃多元醇加入反应釜中，加热至110℃抽真空3小时，冷却至30℃后加入异氰酸酯，加热至105℃反应3小时，获得半预聚物A组分；
将B组分依次加入搅拌罐搅拌均匀，进入砂磨机研磨2.5小时后，制得B组分；
将A、B组分采用高压喷涂机喷涂，A、B两种组分料经抽料泵输送到主机，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，喷涂到表面并快速固化成型。
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