CN103788857A - 矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料及其制备方法。矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，包括重量配比如下的各组分：A组分：芳香族异氰酸酯20～85份；聚醚多元醇40～70份；B组分：聚天门冬氨酸树脂20～80份；胺类扩链剂0～40份；耐磨助剂2-5份；增塑剂5～15份；液体阻燃剂3-10份；阻燃填料10～20份；颜料0.5～2份；助剂2-5份，所述A组分与B组分的质量比为1～1.5∶1。本发明矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料克服了现有技术的诸多缺点，通过控制凝胶速度，既能应用于手工刷涂，也能用于喷涂机进行喷涂；并且具有耐磨性、防腐性好，阻燃性佳，材料成本低的优点。

Description

矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚脲技术，尤其涉及一种矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料及其制备方法。

背景技术

在矿山设备领域，如矿砂厂和选煤厂用的流槽、滚筒、螺旋集合器、浮选槽、振动进料盘、旋转式圆筒筛架、振动磨、球磨机、选矿机、旋风分离器以及矿山的泥浆输送设备，在选矿工作时，矿浆与设备表面直接接触，磨损及腐蚀情况比较严重，通常对设备表面材料的耐磨性、防腐性要求很高。传统的、普遍使用的保护层是固体环氧涂料和水性涂料，这些涂料存在耐磨性差、韧性差和易腐蚀等缺陷，并且涂覆时需要多道工序，涂覆周期长、效率低，涂料中还含有机溶剂。所以，这固体环氧涂料和水性涂料目前已逐渐被双组份聚氨酯喷涂聚脲材料所取代。

双组份聚氨酯喷涂聚脲材料具有较优异的耐磨性能，其耐磨性是碳钢的10倍以上。与传统的涂料相比，具有更好的施工性能，可在结构复杂的表面直接喷涂成型，喷涂厚度无限制。能很好解决矿山设备各种环境下的耐磨、防腐问题。但目前的双组份聚氨酯喷涂聚脲材料在矿山设备使用过程中存在以下几个问题：1、由于目前的双组份聚氨酯喷涂聚脲凝胶速度、固化速度快，对结点、拐角、管道封口等不易进行喷涂施工的小面积部件施工不利，易出现喷涂厚度不均匀，漏喷等现象，并且小面积或小工程施工时喷涂损失严重，成本昂贵。2、由于凝胶速度快，矿山设备使用过程中存在意外损坏和磨损严重部位无法用目前的双组份聚氨酯喷涂聚脲进行修补，若重新喷涂会造成较大成本浪费。3、目前的双组份聚氨酯喷涂聚脲配方由于B组分中所用的常规原料粘度较大，对耐磨填料的添加会有一定的影响，这势必会对一些耐磨性要求更高的设备存在一定的影响，使其无法达到部分矿山设备需要的高耐磨性。4、聚氨酯聚脲本身是一种易燃的高聚物，在空气中普通双组份聚氨酯喷涂聚脲极易燃烧，因此对一些有阻燃要求的场合不适用。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有矿山设备用的耐磨材料双组份聚氨酯喷涂聚脲凝胶速度快，喷涂不便，对小面积、小工程施工不利，尤其意外损坏和磨损严重部位的修补不适用；且耐磨性能不佳、阻燃效果差的问题，提出一种矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，通过控制凝胶速度，既能应用于手工刷涂，利于小面积施工及修补，也能用于喷涂机进行喷涂，利于大面积施工；并且具有耐磨性好、防腐性好、阻燃性佳、材料成本低的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，包括重量配比如下的各组分：

A组分

芳香族异氰酸酯20～80份，优选为30-70份；聚醚多元醇40～70份，优选为50-70；

B组分

聚天门冬氨酸树脂20～80份，优选为30-70份；胺类扩链剂0～40份，优选为0-30份；耐磨助剂2-5份，优选为3-5份；增塑剂5～15份，优选为8-15份；液体阻燃剂3-10份，优选为5-8份；阻燃填料10～25份，优选为15-20份；颜料0.5～2份，优选为1-2份；助剂2-5份，优选为2-3份。

所述A组分与B组分的质量比为1～1.5:1。优选质量比1～1.3:1。

本发明阻燃填料在起到阻燃作用的同时，还起到填料的作用。液体阻燃剂的添加能进一步增强燃效果，以使矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料达到阻燃氧指数为26的阻燃效果。

进一步地，所述芳香族异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和多苯基甲烷多异氰酸酯中一种或多种。

进一步地，所述聚醚多元醇包括：聚四氢呋喃二元醇、聚氧化丙烯二元醇和聚氧化丙烯三元醇中的一种或多种，其平均分子量为500～3000。所述聚醚多元醇优选为聚四氢呋喃二元醇。

进一步地，所述聚天门冬氨酸酯为脂肪族树脂和/或脂肪族树脂衍生物，分子量为500～3000。所述聚天门冬氨酸树脂包括聚天门冬氨酸树脂-1和聚天门冬氨酸树脂-2，其中聚天门冬氨酸树脂-110～60份，优选为20-60份；聚天门冬氨酸树脂-210～20份，优选为10-15份。优选的所述聚天门冬氨酸酯-1为拜耳DesmophenNH1420和/或珠海飞扬F-420，所述聚天门冬氨酸酯-2为拜耳DesmophenNH1220和/或珠海飞扬F-524。聚天门冬氨酸酯-1比聚天门冬氨酸树脂-2反应快，采用聚天门冬氨酸树脂-2比聚天门冬氨酸树脂-1制备的产品刚性好，聚天门冬氨酸树脂-1和聚天门冬氨酸树脂-2两个一起添加能起到互补的作用。

进一步地，所述胺类扩链剂为3,5-二甲硫基甲苯二胺、4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷和二乙基甲苯二胺中的一种或多种。矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料中加入胺类扩链剂，能加快A、B组分反应速度，所以胺类扩链剂通常在喷涂机喷涂配方中添加。

进一步地，所述耐磨助剂为碳化硅和/或氮化硅，所述耐磨助剂目数为800目以上。

进一步地，所述液体阻燃剂为三（2-氯乙烯）磷酸酯、三（2-氯异丙基）磷酸酯、甲基膦酸二甲酯、二溴苯基多元醇和三溴苯基醇中的一种或多种。

进一步地，所述阻燃填料为氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或两种，所述阻燃填料粒径≤10μm。

进一步地，所述颜料为永固黄、钼铬红、靛青蓝和炭黑中的一种或多种。

进一步地，所述增塑剂为DOP（邻苯二甲酸二辛酯）和/或DBP（邻苯二甲酸二丁酯）。当体系内固体填料和助剂较多时，体系黏度会升高，适当加入增塑剂能实现以下优点：①降低熔体的黏度；②增加高聚物的柔韧性；③增加高聚物的断裂伸长率；④降低高聚物的成型加工温度；⑤改善高聚物的成型加工特性；⑥改善高聚物的冲击性能；⑦改善高聚物的低温柔曲性；⑧降低高聚物的表面硬度。

进一步地，所述助剂为抗氧剂、光稳定剂、消泡剂、润湿分散剂、流平剂、触变剂和物理吸水剂中的一种或多种。所述抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1010和抗氧剂1076中的一种或多种。所述光稳定剂为UV-9、UV-24、UV-49、UV-531和UV-328中的一种或多种。所述消泡剂为BYK-066N、BYK-054和BYK-5500中的一种或多种。所述润湿分散剂为BYK-220S、BYK-161和BYK-163中的一种或多种。所述流平剂为BYK-354、BYK-355和BYK-356中的一种或多种。所述触变剂为聚酰胺蜡、二氧化硅、有机膨润土和氢化蓖麻油中的一种或多种。

本发明的另一个目的还提供了矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：

A组分的制备：

将聚醚多元醇加入到容器中，低速搅拌并加热至110～120℃，真空脱水至含水率小于万分之三，冷却至液料温度为30-40℃。将异氰酸酯类化合物加入到容器中，常温搅拌反应0.5-2h后，优选为1h，缓慢升温至80～90℃，缓慢升温能防止升温过快引起反应爆聚，反应1-3h，优选为2h，取样，检测NCO%值达到设计值98－102％后，降温至室温后出料。本发明所述真空采用真空泵实现，真空度为-0.1～-0.08MPa，真空脱水时间一般为2h；所述NCO%设计值根据原料计算得出。

聚醚多元醇有一定的黏度，适当的搅拌使其分散在反应釜中，均匀受热，所以将聚醚多元醇加入到容器中需要低速搅拌一定时间。

B组分的制备：

将聚天门冬氨酸酯树脂、胺类扩链剂、增塑剂和液体阻燃剂加入混料罐中，低速搅拌运转2-10分钟后，优选为5分钟，将耐磨助剂、阻燃填料和颜料加入到混料罐中高速分散20-60min，优选为30分钟；再将助剂加入混料罐中高速分散20-60min，优选为30分钟，对产品含水及外观进行检测，水分含量低于300ppm、且外观无分层，无浮色后出料。

本发明所述低速搅拌为100-300rpm，高速搅拌（分散）为800-1200rpm。

本发明公开了一种适用于矿山设备的高耐磨聚天门冬氨酸酯耐磨涂料（以下简称耐磨涂料）及其制备方法，与现有双组份聚氨酯喷涂聚脲材料相比较，本发明耐磨涂料的凝胶时间可调性、断裂伸长率、耐磨性和氧指数性能明显优于双组份聚氨酯喷涂聚脲材料，尤其是耐磨性能与阻燃性，具体性能如表1所示：

表1本发明耐磨涂料与双组份聚氨酯喷涂聚脲材料的性能比较

注：根据GB/T19250-2003制造和养护样板，进行性能检测

（1）、传统的双组份聚氨酯喷涂聚脲B组分采用聚醚胺和小分子扩链剂，本发明是通过两种聚天门冬氨酸酯复配并与胺类扩链剂联合使用，聚天门冬氨酸酯引入空间位阻较大的基团能降低该树脂中仲氨基与异氰酸酯反应速度，通过调整配方设计能调试出不同固化速度的聚脲涂料，凝胶时间从几十秒到几十分钟，能调试出喷涂用的聚脲涂料，又能调试适用于小面积部位施工及修补意外损坏和磨损严重部位的手工刷涂用的聚脲涂料。

（2）、A组分中以芳香族异氰酸酯代替价格较贵的脂肪族异氰酸酯，降低了成本。同时由于聚天门冬氨酸酯相对于双组份聚氨酯喷涂聚脲B组分中端氨基聚醚黏度较低，配方中可加入较多填料，进一步节约了成本。

（3）、本发明耐磨涂料中添加有耐磨助剂，使耐磨涂料具有优异的耐磨性；还添加有液体阻燃剂和阻燃填料，使耐磨涂料具有优异的阻燃性能。

（4）、本发明耐磨涂料流平性好，涂层无接缝、无流挂现象，与双组份聚氨酯喷涂聚脲材料有很好的相容性。

（5）、本发明耐磨涂料固含量高，不含溶剂、绿色环保、一次性刷涂或喷涂即可达到所需厚度。

（6）、本发明制备方法简单、易行，能实现适用于矿山设备的高耐磨聚天门冬氨酸酯耐磨涂料的工业化生产。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

本实施例公开了一种矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，由A组分和B组分组成：

其中，A组分是由以下重量份数的原料合成的半预聚物：

二苯基甲烷二异氰酸酯：    48.7g

聚四氢呋喃多元醇：        51.3g

B组分由以下重量份数的原料制成：

矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料的制备方法如下：

A组分：

将51.3g的聚四氢呋喃加入容器中，在150rpm转速下搅拌5分钟后，加热至110～120℃，开启真空泵，真空度为-0.1MPa，真空脱水2h，去除原料中含有的少量水，检测含水率需达到万分之三以下，冷却至液料温度为40℃左右。将48.7g的二苯基甲烷二异氰酸酯加入容器中，缓慢升温至80～90℃，保持反应2h，取样，检测NCO%值合格后，降温出料。

B组分：

将22.8g的聚天门冬氨酸酯树脂F-420、9.0g的F-524、35.0g的3,5-二甲硫基甲苯二胺、10g的DOP和2.0gDMMP依次加入混料罐中，在150rpm转速下搅拌运转5分钟后，将3g800目碳化硅、14g的氢氧化镁和0.5g的炭黑加入混料罐中在1000rpm转速下分散30分钟，将余下各助剂按配方比例依次加入混料罐中在1000rpm转速分散30分钟，检测水分含量为278ppm、且外观无分层，无浮色，合格出料。

实施例2

本实施例公开了一种矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，由A组分和B组分组成：

其中，A组分是由以下重量份数的原料合成的半预聚物：

二苯基甲烷二异氰酸酯：                     43.9g

聚四氢呋喃多元醇：                         56.1g

B组分由以下重量份数的原料制成：

本实施例所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料的制备方法与实施1相同。

实施例3

本实施例公开了一种矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，由A组分和B组分组成：

其中，A组分是由以下重量份数的原料合成的半预聚物：

甲苯二异氰酸酯                       32.5g

聚四氢呋喃多元醇                     67.5g

B组分由以下重量份数的原料制成：

本实施例所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料的制备方法与实施1相同。

实施例4

本实施例公开了一种矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，由A组分和B组分组成：

其中，A组分是由以下重量份数的原料合成的半预聚物：

甲苯二异氰酸酯：                         30.2g

聚四氢呋喃多元醇：                       69.8g

B组分由以下重量份数的原料制成：

本实施例所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料的制备方法与实施1相同。

性能测试结果：分别将实施例1、2中A组分和B组分按质量比1.1:1混合，实施例3、4中A组分和B组分按质量比1:1混合均匀后，进行制模测试，各项性能的测试方法按照本领域常规的方法即可。相关性能测试结果如表2所示：

表2实施例1-4性能测试结果

如表2所示，实施例1、2矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料适合喷涂施工；实施例3、4矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料适合手工刷涂。实施例1-4中公开矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，力学性能优异，且耐磨性、防腐蚀性、阻燃性好，具体体现在：拉伸强度达到20Mpa以上，断裂伸长率达到280%以上，撕裂强度达到70N/mm以上；耐磨性能为0.15mg以下，阻燃性能优异，氧指数达到26以上，在多种介质中均无锈蚀不起泡不脱落。

本发明不局限于上述实施例所记载的矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料及其制备方法，其中各组分重量配比的改变，制备条件的改变均在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，其特征在于，包括重量配比如下的各组分：

A组分

芳香族异氰酸酯        20～85份；

聚醚多元醇            40～70份；

B组分

所述A组分与B组分的质量比为1～1.5:1。

2.根据权利要求1所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，其特征在于，所述芳香族异氰酸酯包括：甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和多苯基甲烷多异氰酸酯中一种或多种；所述聚醚多元醇包括：聚四氢呋喃二元醇、聚氧化丙烯二元醇和聚氧化丙烯三元醇中的一种或者几种，其平均分子量为500～3000。

3.根据权利要求1所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，其特征在于，所述聚天门冬氨酸树酯为脂肪族树脂和/或脂肪族树脂衍生物。

4.根据权利要求1或3所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，其特征在于，所述聚天门冬氨酸树酯包括聚天门冬氨酸树脂-1和聚天门冬氨酸树脂-2，所述聚天门冬氨酸酯-1为拜耳DesmophenNH1420和/或珠海飞扬F-420，所述聚天门冬氨酸酯-2为拜耳DesmophenNH1220和/或珠海飞扬F-524。

5.根据权利要求1所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，其特征在于，所述胺类扩链剂为3,5-二甲硫基甲苯二胺、4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷和二乙基甲苯二胺中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，其特征在于，所述耐磨助剂为碳化硅和/或氮化硅。

7.根据权利要求1所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，其特征在于，所述液体阻燃剂为三（2-氯乙烯）磷酸酯、三（2-氯异丙基）磷酸酯、甲基膦酸二甲酯、二溴苯基多元醇和三溴苯基醇中的一种或多种；所述阻燃填料为氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或两种，所述阻燃填料粒径≤10μm。

8.根据权利要求1所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，其特征在于，所述增塑剂为DOP和/或DBP。

9.根据权利要求1所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料，其特征在于，所述助剂为抗氧剂、光稳定剂、消泡剂、润湿分散剂、流平剂、触变剂和物理吸水剂中的一种或多种。

10.一种权利要求1-9任意一项所述矿山设备用聚天门冬氨酸酯耐磨涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A组分的制备：

将聚醚多元醇加入到容器中，低速搅拌2-10分钟，并加热至110～120℃，真空脱水至含水率小于万分之三，冷却至液料温度为30-40℃；将异氰酸酯类化合物加入到容器中，常温搅拌反应0.5-2h后，缓慢升温至80～90℃，保持反应1-3h，取样，检测NCO%值达到设计值98－102％后，降温至室温后出料；

B组分的制备：

将聚天门冬氨酸酯树脂、胺类扩链剂、增塑剂和液体阻燃剂加入到混料罐中，低速搅拌运转2-10分钟后，将耐磨助剂、阻燃填料和颜料加入到混料罐中高速分散20-60min，再将助剂加入混料罐中高速分散20-60min，对产品含水及外观进行检测，水分含量低于300ppm、且外观无分层，无浮色后出料。