CN104629075A - 一种柔性喷磨材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性喷磨材料制备方法，采用预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物、磨料均匀混合装置，用上述吸水性聚合物释放出来的水催化预聚物并由此发生化学反应，加工处理上述反应混合物形成柔性喷磨材料，再造粒上述柔性喷磨材料。该工艺能有效控制化学反应速度，消除传统柔性喷磨材料生产工艺的缺点，为生产高质量柔性喷磨磨料提供了保证。

Description

一种柔性喷磨材料制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于喷砂处理的柔性喷磨材料制备方法，具体涉及一种采用预聚物、充分吸湿的有机高分子吸湿材料、有机和/或无机磨料复合制成的弹性海绵磨料，属于环保磨料制造技术领域。

背景技术

喷砂处理广泛应用于金属除锈、建筑物表面处理等领域。以船舶制造、石油化工设备修理、海上钻井平台等设施为例，其表面清理及维修的工作量越来越大，质量要求越来越高，对表面清理工艺的技术、安全、环保等要求也越来越高。现有工艺主要采用钢砂或刚玉等刚性磨料，结合湿法喷砂、水喷砂、旋转轮式机械喷砂、压缩空气喷砂或真空机械喷砂方法，将其喷射到被处理表面获得所需的清洁度或粗糙度。但是刚性磨料在上述喷砂过程极易产生严重的粉尘和噪声，不仅污染环境，造成基材潮湿、设备复杂、冷却水污染等新问题，而且磨料损耗大。

20世纪80年代末开发成功的海绵磨料，即行业内所称的“ 绿色磨料”，可以解决传统工艺中污染环境、健康隐患、磨料利用率低等问题,其在清理过程中可以吸附90%以上喷磨过程中产生的粉尘，清理氯化物和其他污染物的能力要比其他常用磨料强，具有飞溅少、不损伤周边工作表面、可以多次重复利用等优点，有助于减轻粉尘对人体的伤害、改善环境空气质量，因而在美国、日本等发达国家得到了越来越广泛的应用。但在中国仍未得到足够的重视及推广，相关的专利极少，仅有ZL 92108180.4 、ZL201010261370.2、ZL 201110328945.2、ZL201410153335.7等几个柔性喷磨材料专利，从其公开的技术内容分析，并未超过国外同类产品技术水平，能替代国外制品的高品质柔性海绵喷磨材料及其制备工艺未见报道。

美国专利US 6767488提供了一种嵌入纤维的聚氨酯海绵磨料生产方法，该方法将水和纤维素纤维预先混合，使纤维素纤维均匀悬浮于水中，再将制成的混合物与预聚物、磨料颗粒快速均匀混合，游离的自由水和预聚物发生剧烈的化学反应，同时放出大量的热量，促使自由水快速蒸发、参与反应，而纤维素纤维汲取的水因受热缓慢释放出来，从而延缓海绵生成反应的速度，提高了海绵的制造质量。嵌入到海绵中的纤维素纤维大大地提高了海绵磨料颗粒的强度、 耐久性和磨料性能。该技术利用亲水性纤维素纤维能吸收其自身重量的许多倍的水且受热能够释放出来的特性，将其吸附的水缓慢释放出来参与海绵制造反应，延缓了海绵生成反应的速度，改善了海绵磨料的制造工艺、质量。但其也有一定的局限性：当水和预聚体混合时，它是几乎不可能控制的化学反应，因为混合完成过程中化学反应立即发生，且自我维持，化学反应速度很快，工艺控制要求高；自由水和预聚物快速反应易生成较大的闭合孔洞，降低海绵质量。

因此如何解决上述现有技术存在的问题，延缓海绵生成反应的速度、改善制造工艺、提高海绵磨料性能，成为该领域研究的难点。

发明内容

本发明是为解决现有技术存在的问题，提供一种柔性喷磨材料制备方法，用于制备性能优异的柔性喷磨材料，从而替代国外同类制品，达到延缓海绵生成反应的速度、改善制造工艺、提高海绵磨料性能的目的。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种嵌入纤维的柔性喷磨材料制备方法，其特征在于：

混合预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物、磨料；用上述吸水性聚合物释放出来的水催化预聚物并由此发生化学反应；加工处理上述反应混合物形成聚氨酯海绵磨料，再造粒上述海绵磨料。

所述的预聚物包括但不限于水催化的多异氰酸酯、羟基化合物和／或氨基化合物，其与水混合会发生放热的化学反应、释放出CO₂，混合物体积膨胀并制造出具有弹性的聚氨酯海绵。

所述的多异氰酸酯包括但不限于下述物质中的一种或多种：甲苯二异氰酸酯（TDI）、TDI 2,4-与2,6-异构体80:20的混合物（TDI-80/20）、TDI 2,4-与2,6-异构体65:35的混合物（TDI-65/35）、二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯（MDI）、多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）、液化型二苯甲烷二异氰酸酯（LMDI）、氨基甲酸酯改性二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、苯二亚甲基异氰酸酯（XDI）、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯（TMXDI）、环己烷二亚甲基二异氰酸酯（H₆XDI）、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯（H₁₂MDI）。

    所述的羟基化合物包括但不限于下述物质中的一种或多种：聚氧化丙烯醚多元醇（PPG）、聚丁二烯多元醇（HTPB）、聚ε-己内酯多元醇（PCL）、甘油聚醚、聚四氢呋喃多元醇（PTMG）。

所述的氨基化合物包括但不限于下述物质中的一种或多种：二乙基甲苯二胺（DETDA）、3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷（MOCA）、3,5-二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）、N, N’-二烷基甲基二胺、N,N’-二烷基苯二胺、异佛尔酮二胺（IPDA）、4,4'-二仲丁氨基二苯甲烷（MBDA）、乙二胺、三乙胺（TEA）、三亚乙基二胺（TEDA）、1,2-二氨基丙烷、2,5-二氨基-2,5-二甲基己烷、2,4-或2,6-二氨基甲苯、2,4 '-或4,4 '-二氨基联苯甲烷。

所述的吸水性聚合物是指具有高吸湿能力的吸水树脂或由高吸湿能力的吸水树脂制取的多孔聚合物，能够吸收并保持自身重量数倍至数千倍的水分，并且在受热或存在不平衡势差时能够释放出吸收的水分。

所述的磨料包括无机磨料、有机磨料或由有机-无机材料混合而成的复合磨料，如刚玉、塑料、玻璃、钢砂、三聚氰胺、玻璃珠等，既可以用于表面轻微清理，也可以用于清除表面上的污染物并在表面上留下一定的粗糙度。

所述的聚氨酯海绵由聚氨酯材料和蜂窝结构组成一个有弹力或柔软的海绵，包裹于其中或部分露出的磨料作为海绵喷砂介质冲刷带待清理的表面时，是易于压缩的，并能多次重复利用。

所述的聚氨酯材料如聚氨基甲酸乙酯组成泡沫基质，基质包括小孔洞或蜂窝，基质和蜂窝结构组成有弹性的或柔软的海绵。

作为优选，所述的预聚物预先混合后，再依次与磨料、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合，用上述吸水性聚合物释放出来的水催化预聚物并由此发生化学反应；加工处理上述反应混合物形成聚氨酯海绵磨料，且造粒上述海绵磨料。

作为另一种优选，所述的预聚物预先混合、加热后，再与加热的磨料、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合，用上述吸水性聚合物释放出来的水催化预聚物并由此发生化学反应；加工处理上述反应混合物形成聚氨酯海绵磨料，且造粒上述海绵磨料。

作为另一种优选，所述的预聚物预先混合、加热后，再依次与加热的磨料、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合，用上述吸水性聚合物释放出来的水催化预聚物并由此发生化学反应；加工处理上述反应混合物形成聚氨酯海绵磨料，且造粒上述海绵磨料。

作为另一种优选，所述的预聚物预先混合、加热至约37.8℃后，再依次与加热至约37.8℃的磨料、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合，用上述吸水性聚合物释放出来的水催化预聚物并由此发生化学反应；加工处理上述反应混合物形成聚氨酯海绵磨料，且造粒上述海绵磨料。

作为另一种优选，所述的磨料颗粒、预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物重量比分别为79%、18%、3%。

作为另一种优选，所述的预聚物包含甲苯二异氰酸酯、聚氨基甲酸乙酯。

作为另一种优选，所述的磨料与偶联剂如硅烷均匀混合后，再与预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合。

作为另一种优选，用所述的吸水性聚合物释放出来的水催化预聚物并由此进行化学反应时，在移动的输送带顶部以细长的小面包状挤出的预聚物、磨料吸水性聚合物混合物。

所述的预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物、磨料在混炼挤出机63中均匀混合形成聚氨酯海绵磨料，由混炼挤出机63的排放接管挤出细长的面包状海绵磨料79，送入养护室64充分养护后，通过破碎机65进行粉碎成更小的小块，如4*8*10cm，再经造粒机66将其破碎成更小的颗粒，所得的颗粒由另一个输送带输送至筛分机67，依据尺寸筛分颗粒得到非常均匀尺寸的最终海绵磨料颗粒69。筛分机筛出的超过尺寸的颗粒68返回至造粒机进一步减小尺寸，同时也移走可单独使用的小尺寸颗粒。经筛分得到的预期尺寸海绵磨料69颗粒储存在桶、包、盒子或其他合适的容器以便运输。

作为一种优选，所述的预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物、磨料在混炼挤出机63中均匀混合形成聚氨酯海绵磨料，由混炼挤出机63的排放接管挤出细长的面包状海绵磨料79，由一移动的输送带77运送，输送带具有合适的长度。由于面包状聚氨酯海绵磨料最初是具有粘性的，可选用聚乙烯塑料膜78作为细长的面包状聚氨酯海绵磨料和输送带之间的隔离物，以防面包状聚氨酯海绵磨料粘在输送带上。在输送带77的尾部，将细长的面包状海绵磨料连同下面的塑料膜切成更短的小面包厚片，收集起来送入养护室64充分养护后，通过破碎机65进行粉碎成更小的小块，如4*8*10cm，再经造粒机66将其破碎成更小的颗粒，所得的颗粒由另一个输送带输送至筛分机67，依据尺寸筛分颗粒得到非常均匀尺寸的最终海绵磨料颗粒69。筛分机筛出的超过尺寸的颗粒68返回至造粒机进一步减小尺寸，同时也移走可单独使用的小尺寸颗粒。经筛分得到的预期尺寸海绵磨料69颗粒储存在桶、包、盒子或其他合适的容器以便运输。

作为另一种优选，所述的预聚物在预聚物储罐61中均匀混合后，再与充分吸湿的吸水性聚合物、磨料在混炼挤出机63中均匀混合形成柔性喷磨材料。

作为另一种优选，所述的预聚物在预聚物储罐61中均匀混合后，再与充分吸湿的吸水性聚合物、磨料在混炼挤出机63中均匀混合、加热形成柔性喷磨材料。

作为另一种优选，所述的预聚物在预聚物储罐61中均匀混合后，再与磨料在混合机74中均匀混合，再与充分吸湿的吸水性聚合物在混炼挤出机63中均匀混合形成柔性喷磨材料。

作为另一种优选，所述的预聚物在预聚物储罐61中均匀混合、预聚物加热元件83加热后，再与磨料储罐62中经磨料加热元件81加热的磨料在混合机74中均匀混合，再与充分吸湿的吸水性聚合物在混炼挤出机63中均匀混合形成柔性喷磨材料。

作为另一种优选，所述的预聚物在预聚物储罐61中均匀混合、预聚物加热元件83加热至约38℃后，再与磨料储罐62中经磨料加热元件81加热至约37.8℃的磨料在混合机74中均匀混合，再与充分吸湿的吸水性聚合物在混炼挤出机63中均匀混合形成柔性喷磨材料。

作为另一种优选，设有加热器76：预聚体和高吸湿的吸水性聚合物分别引入混炼挤出机63，通过启动包覆于混炼挤出机63输送螺旋外壳的加热器76，加热混合物，使吸水性聚合物释放出吸收的水并引发化学反应，化学反应释放的热量促使吸水性聚合物继续释放出吸收的水参与化学反应，化学反应自发进行，此时可以停用加热器76，启动加热器76的作用类似于合成氨氨合成工序中的开工电炉。

控制器80用于控制和操作泵、计量输送螺旋和系统部件的混合控制，因其每个都有各自不同的速度控制，流速、温度和混合时间都可依据所预期的组分要求调整。

为改善柔性喷磨材料的性能，其组成中也可包含用于传统泡沫材料的其他助剂和颜填料，如增塑剂、偶联剂、稳定剂、表面活性剂、颜料、填料中的一种或多种，其中偶联剂用于增加磨料和弹性泡沫之间的粘结力，可以加入羟基化合物和／或氨基化合物组分中，先与预聚物混合，也可以加入刚性磨料中，先与刚性磨料混合。

所述的增塑剂具有代表性的例子包括下列中的一种或几种，但不局限于这些：邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、碳酸丙酯（PC）、邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、碳酸乙酯（EC）等。如美国Huntsman公司的碳酸丙酯Jeffsol^TMPC和碳酸乙酯（EC）。

所述的稳定剂包括但不限于下述物质中的一种或多种：硅油、聚硅氧烷泡沫稳定剂SF-1034、有机硅泡沫稳定剂L-520。

所述的偶联剂包括但不限于下述物质中的一种或多种：γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、乙烯基三甲氧基硅烷（A-171）、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（KH602）、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）。偶联剂可以加入羟基化合物和／或氨基化合物组分中，先与预聚物混合，也可以加入刚性磨料中，先与刚性磨料混合。

所述的颜料包括但不限于下述物质中的一种或多种：碳酸钙、石英粉、玻璃微珠、钛白、锌钡白、锑白、硫化白、炭黑、钛黑、氧化镉（绿）、酞菁蓝、镉橙、镉黄、铁黄、锌铬黄、铁红、镉红、钼铬红。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、利用高吸湿的吸水性聚合物缓慢释放出的水与预聚物进行化学反应，有效控制化学反应的速度，保证所得的混合物更均匀，且防止过早的化学反应影响海绵颗粒的最终性能，为生产高质量的聚氨酯柔性磨料提供了可靠保证；消除了传统海绵磨料生产工艺中，水和预聚体混合时，它是几乎不可能控制的化学反应，化学反应速度极快、工艺控制要求高的缺点，可能导致混炼挤出机排放管的不必要的堵塞；

2、采用预聚物、磨料加热工艺时，本发明的工艺无需配套冷却设备，而传统工艺则需要对水和纤维素纤维的混合物进行冷却处理，进而控制化学反应速度，因而简化了生产工艺，公用工程设备投资有效降低；

3、满足聚氨酯柔性磨料质量控制要求的前提下，简化了混合设备及其工艺要求。

附图说明

图1是本发明的一种柔性喷磨材料制备方法工艺流程示意图；

图1中：60-吸水聚合物储罐，61-预聚物储罐，62-磨料储罐，63-混炼挤出机，64-养护室，65-破碎机，66-造粒机，67-筛分机，68-大颗粒海绵磨料，69-预期尺寸海绵磨料，70-储料器，71-计量输送螺旋，72-容积式螺杆泵，73-磨料计量输送螺旋，74-混合机，75-混合机出料螺旋，76-加热器，77-输送带，78-聚乙烯薄膜，79-细长面包状海绵磨料，80-控制器，81-磨料加热元件，82-磨料加热器，83-预聚物加热元件，84-预聚物加热器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，本发明的一种柔性介质喷磨制备方法工艺流程示意图。该柔性喷磨材料制备工艺中，预聚物采用甲苯二异氰酸酯，磨料采用二氧化铝，吸水性聚合物采用充分吸湿的聚甲基丙烯酸吸水树脂。所述的磨料颗粒、预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物重量比分别为79%、18%、3%。所述的预聚物在预聚物储罐61中均匀混合后，经预聚物加热元件83加热至约38℃后，经容积式螺杆泵72送至混合机74，与磨料储罐62中经磨料加热元件81加热至约37.8℃、由磨料计量输送螺旋73送出的磨料在混合机74中均匀混合，再与充分吸湿的吸水性聚合物60在混炼挤出机63中均匀混合，形成聚氨酯海绵磨料。由混炼挤出机63的排放接管挤出细长的面包状海绵磨料79，由一移动的输送带77运送。由于面包状聚氨酯海绵磨料最初是具有粘性的，可选用聚乙烯塑料膜78作为细长的面包状聚氨酯海绵磨料和输送带之间的隔离物，以防面包状聚氨酯海绵磨料粘在输送带上，允许生成的细长的面包状聚氨酯海绵磨料在输送带上停留足够的时间以待最终加工处理。在输送带77的尾部，将细长的面包状海绵磨料连同下面的塑料膜切成更短的小面包厚片，收集起来送入养护室64充分时间养护后，通过破碎机65进行粉碎成更小的小块，如4*8*10cm，再经造粒机66将其破碎成更小的颗粒，所得的颗粒由另一个输送带输送至筛分机67，依据尺寸筛分颗粒得到非常均匀尺寸的最终海绵磨料颗粒69。筛分机筛出的超过尺寸的颗粒68返回至造粒机进一步减小尺寸，同时也移走可单独使用的小尺寸颗粒。经筛分得到的预期尺寸海绵磨料69颗粒储存在桶、包、盒子或其他合适的容器以便运输。

作为优选，设有加热器76：预聚体和高吸湿的吸水性聚合物分别引入混炼挤出机63，通过启动包覆于混炼挤出机63输送螺旋外壳的加热器76，加热混合物，使吸水性聚合物释放出吸收的水并引发化学反应，化学反应释放的热量促使吸水性聚合物继续释放出吸收的水参与化学反应，化学反应自发进行，此时可以停用加热器76。

控制器80用于控制和操作泵、计量输送螺旋和系统部件的混合控制，因其每个都有各自不同的速度控制，流速、温度和混合时间都可依据所预期的组分要求调整。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉本领域专业的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，可作各种简单修改、等同变化，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种柔性喷磨材料制备方法，其特征在于：

混合预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物、磨料；用上述吸水性聚合物释放出来的水催化预聚物并由此发生化学反应；加工处理上述反应混合物形成聚氨酯海绵磨料，再造粒上述海绵磨料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的预聚物预先混合后，再与充分吸湿的吸水性聚合物、磨料均匀混合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的预聚物预先混合后，再依次与磨料、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的预聚物预先混合、加热后，再与加热的磨料、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的预聚物预先混合、加热后，再依次与加热的磨料、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述的预聚物预先混合、加热至约37.8℃后，再依次与加热至约37.8℃的磨料、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的磨料颗粒、预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物重量比分别为79％、18％、3％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的磨料与偶联剂均匀混合后，再与预聚物、充分吸湿的吸水性聚合物均匀混合。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

设有加热器(76)：

通过启动包覆于混炼挤出机(63)输送螺旋外壳的加热器(76)，加热混合物，使吸水性聚合物释放出吸收的水并引发化学反应，化学反应释放的热量促使吸水性聚合物继续释放出吸收的水参与化学反应，化学反应自发进行，此时停用加热器(76)，加热器(76)起引发化学反应的作用。