CN105802460A - 刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料及其制备方法，其特点该材料包括A、B两种组分，A组分以质量百分比计，由30～40%聚醚多元醇和60～70%多异氰酸酯反应得到的带有NCO端基的预聚体，B组分以质量百分比计，是由30～40%聚天门冬氨酸酯与60～70%填料和少量助剂高速分散研磨制得。使用时，使用时将所制备的A组份、B组份按重量比为1:4进行称量后混合均匀后，进行刮涂施工。该材料具有机械强度优良、防腐耐磨、抗渗性能好、耐老化、反应速度适中、无溶剂以及施工便利等特点。特别适合工矿企业设备及备件防腐耐磨衬里。

Description

刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料科学技术领域，尤其涉及一种刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法。
背景技术
在工矿企业中，大量设备都在腐蚀性介质及含固体颗粒的流体介质磨损环境中运行，由于使用环境苛刻，设备及备件使用寿命大幅度减少，直接导致设备腐蚀磨损损坏，设备的运行效率降低，非正常停机等导致生产成本大幅上升，而废旧设备及备件的产生也导致资源的浪费。要解决上述难题，目前所采用的方法主要有：在设备内部衬瓷砖、橡胶玻璃钢、防腐涂料等，或采用不锈钢、钛合金等防腐耐磨材质。但这些方法都存在不同的缺点：内衬瓷砖，施工难度较大，胶泥易老化、瓷砖易在强冲击条件下脱落；内衬橡胶，由于橡胶属非极性物质，因此与基体粘结强度低，易脱层鼓泡；玻璃钢由于具有纤维导流性，易出现鼓包渗漏现象，影响整体的防腐耐磨性；防腐涂料由于大多数都含有溶剂，降低了粘结性和抗渗透性能；设备及备件选用不锈钢及钛合金等防腐耐磨材质时，防腐耐磨性能明显提高，但成本也明显增加，不利于大范围的推广使用。
聚脲弹性体材料作为一种新材料、新工艺、新技术，在防腐、耐磨、防水等领域得到越来越广泛的应用，尤其在防腐耐磨领域聚脲材料具有优异的性能。目前喷涂聚脲弹性体（SUPA）虽然表现出许多优越的性能，在使用过程中也表现出一定的问题，如反应速度过快凝胶时间只有几秒到几十秒，并且需要专门的喷涂设备施工，队于小面积或不规则表面施工较为困难，施工效果较差；由于反应时间过快，使得施工材料与基材润湿性变差，降低了材料的粘结强度；由于反应速度过快，反应放热集中，造成热收缩率大，内应力大，使得材料的综合性能降低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种防腐耐磨性能好、机械性能优良、耐老化、反应速度适中、无溶剂以及施工便利的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，包括A、B两个组分，所述A组分以质量百分比计，是由30～40%的聚醚多元醇和60～70%的多异氰酸酯反应合成的带有NCO端基的预聚体；
所述B组分以质量百分比计，是由30～40%的聚天门冬氨酸酯与60～70%的填料和少量助剂高速分散、研磨后所制得的混合物；
优选的，所述聚醚多元醇包括聚氧化丙烯醚多元醇、聚四氢呋喃多元醇和蓖麻油，其相对分子质量为2000～5000，羟值50～550mgKOH/g。
优选的，所述多异氰酸酯选用脂肪族异氰酸酯类中的六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）。
优选的，所述的聚天门冬氨酸酯以质量份数计，是由100份异佛尔酮二胺（IPDA）和270份马来酸二丁酯（MDB）通过Michael加成反应得到的。
优选的，所述填料选用粒径为20～40nm的碳化硅、二氧化硅、金红石型钛白粉中的一种或者两种或者两种以上的混合物。
优选的，所述助剂为BYK-310流平剂、气相二氧化硅触变剂、KH-560偶联剂中的一种或者两种或者两种以上按比例搭配而成。
一种刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法，将所述的A组份、B组份按重量比为1:4进行称量后混合均匀；
其中所述A组份的制备方法为：
以质量百分比计，称取30～40%的聚醚多元醇和60～70%的多异氰酸酯反应合成带有NCO端基的预聚体；
所述B组分的制备方法为：
称取聚天门冬氨酸酯放入带有加热功能的搅拌桶中，预热到50℃；再分别称取相应分量的所述填料混合物及助剂，加入至预热好的聚天门冬氨酸酯中，进行高速分散，然后对其进行研磨，直至其粒度达到20μm以下，过滤出料，得到B组分。
优选的，所述聚天门冬氨酸酯的制备方法为：
以质量份数计，称取100份异佛尔酮二胺，2份氯化锌,加入配有搅拌器、加温装置和冷凝器的三口瓶中，升温至55～65℃，滴加马来酸二丁酯270份，滴加时间40min,60℃保温反应16h，制得聚天门冬氨酸酯产品。
优选的，所制备的聚天门冬氨酸酯的胺值为146。
本发明所述的方法制备的聚天门冬氨酸酯是利用伯胺上的活泼氢原子与马来酸酯的双键进行Michael加成反应，将伯胺转化为仲胺，降低了氢原子与NCO基的反应活性，同时由于位阻效应，反应速度大大降低，以此选择不同的仲胺，可以得到凝胶时间不等的聚天门冬氨酸酯。马来酸酯与伯胺进行Michael加成反应如下式：
本发明的有益效果为：
本发明所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法，选择了改性聚脲树脂及纳米级耐磨填料作为该材料的主要组分，在聚脲树脂的改性中，A组分中，以六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚氧化丙烯醚多元醇、聚四氢呋喃多元醇和蓖麻油作为主要原料，通过调节原料比例，使得材料在固化后交联密度变大，形成的交联点增多，增强了分子间的作用力，提高了材料的的拉伸强度和硬度。B组分中，以聚天门冬氨酸酯与纳米耐磨填料作为主要原料，聚天门冬氨酸酯是以异佛尔酮二胺（IPDA）和马来酸二丁酯（MDB）通过Michael加成反应得到的，反应过程中将伯胺转化为仲胺，降低了分子活性，同时由于位阻效应，使材料在固化时，减慢了固化速度，延长了凝胶时间，改善了由于材料固化速度过快而造成的缺陷，提高了材料与基材的润湿性及粘结强度，添加了纳米耐磨填料与聚脲树脂相互配合，增强了材料的机械强度，提高了材料的耐蚀耐磨性能。
本发明所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，具有机械强度优良、防腐耐磨、抗渗性能好、耐老化、反应速度适中、无溶剂以及施工便利等特点。特别适合工矿企业设备及备件防腐耐磨衬里。
具体实施方式
为了更充分理解本发明技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步的详细说明。
实施例1：
一种刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，包括A、B两种组分；
其中A组分是由60份六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、40份异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和52.6份分子量为2000的聚氧化丙烯醚多元醇制备的带有NCO端基的预聚体，A组分中预聚物NCO含量为10～12%。
B组分以质量份数计，是由100份的聚天门冬氨酸酯与220份的填料和15份助剂高速分散、研磨后所制得的混合物；
所述刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法为：
A组份的制备：
以质量份数计，称取60份六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、40份异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和52.6份分子量为2000的聚氧化丙烯醚多元醇制备的带有NCO端基的预聚体，得到预聚物NCO含量为10～12%的A组分。
B组分的制备：
第一步：制备聚天门冬氨酸酯，在配有搅拌器、加温装置和冷凝器的三口瓶中，加入称量好的100g异佛尔酮二胺（IPDA），2g氯化锌，升温至60℃，滴加马来酸二丁酯（MDB）270g，滴加时间40min,60℃保温反应16h。实测胺值为146，得到聚天门冬氨酸酯（代号T420）。
第二步：制备B组分，称取聚天门冬氨酸酯（T420）100份，160份金红石型钛白粉，40份纳米碳化硅，20份纳米二氧化硅，3份BYK-310流平剂，6份气相二氧化硅触变剂，6份KH-560偶联剂，经高速分散后，在三辊机中研磨至细度20μm，过滤，即为B组分。
使用时将所制备的A组份、B组份按重量比为1:4进行称量后混合均匀后，进行刮涂。
实施例2：
一种刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法，包括A、B两种组分。
A组分由60份六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、40份异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和52.6份分子量为2000的聚氧化丙烯醚多元醇所制备的带有NCO端基的预聚体，A组分中预聚物NCO含量为10～12%。
B组分以质量份数计，是由100份的聚天门冬氨酸酯与176份的填料和12份助剂高速分散、研磨后所制得的混合物；
所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法：
A组分的制备：
以质量份数计，称取60份六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、40份异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和52.6份分子量为2000的聚氧化丙烯醚多元醇制备端NCO基预聚体，得到预聚物NCO含量为10～12%的A组分。
B组分的制备：
第一步：聚天门冬氨酸酯：
在配有搅拌器、加温装置和冷凝器的三口瓶中，加入称量好的100g异佛尔酮二胺（IPDA），2g氯化锌，升温至60℃，滴加马来酸二丁酯（MDB）270g，滴加时间40min,60℃保温反应16h。实测胺值为146，得到聚天门冬氨酸酯（代号T420）。
第二步：制备B组分：
称取聚天门冬氨酸酯（T420）100份，100份金红石型钛白粉，46份纳米碳化硅，30份纳米二氧化硅，5份气相二氧化硅触变剂，7份KH-560偶联剂，经高速分散后，在三辊机中研磨至细度20μm，过滤，即为B组分。
使用时将所制备的A组份、B组份按重量比为1:4进行称量后混合均匀后，进行刮涂。
实施例3：
一种刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，它包括A、B两种组分，其中A组分由60份六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、40份异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和52.6份分子量为2000的聚氧化丙烯醚多元醇制备而成的带有NCO端基的预聚体，A组分中预聚物NCO含量为10～12%。
B组分以质量份数计，是由100份的聚天门冬氨酸酯与140份的填料和9份助剂高速分散、研磨后所制得的混合物；
所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法：
A组分制备：
以质量份数计，称取60份六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、40份异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和52.6份分子量为2000的聚氧化丙烯醚多元醇制备端NCO基预聚体，得到预聚物NCO含量为10～12%的A组分。
B组分的制备：
第一步：聚天门冬氨酸酯：
在配有搅拌器、加温装置和冷凝器的三口瓶中，加入称量好的100g异佛尔酮二胺（IPDA），2g氯化锌，升温至60℃，滴加马来酸二丁酯（MDB）270g，滴加时间40min,60℃保温反应16h。实测胺值为146，得到聚天门冬氨酸酯（代号T420）。
第二步：制备B组分：
称取聚天门冬氨酸酯（T420）100份，80份金红石型钛白粉，60份纳米碳化硅，3份BYK-310流平剂，2份气相二氧化硅触变剂，4份KH-560偶联剂，经高速分散后，在三辊机中研磨至细度20μm，过滤，即为B组分。
使用时将所制备的A组份、B组份按重量比为1:4进行称量后混合均匀后，进行刮涂。
本发明之刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料性能指标实测值如表一所示。
表一
。

Claims (9)

1.一种刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，包括A、B两个组分，其特征在于：所述A组分以质量百分比计，是由30～40%的聚醚多元醇和60～70%的多异氰酸酯反应合成的带有NCO端基的预聚体；
所述B组分以质量百分比计，是由30～40%的聚天门冬氨酸酯与60～70%的填料和少量助剂高速分散、研磨后所制得的混合物。
2.根据权利要求1所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，其特征在于：所述聚醚多元醇包括聚氧化丙烯醚多元醇、聚四氢呋喃多元醇和蓖麻油，其相对分子质量为2000～5000，羟值50～550mgKOH/g。
3.根据权利要求1所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，其特征在于：所述多异氰酸酯选用脂肪族异氰酸酯类中的六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）。
4.根据权利要求1所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，其特征在于：所述的聚天门冬氨酸酯以质量份数计，是由100份异佛尔酮二胺（IPDA）和270份马来酸二丁酯（MDB）通过Michael加成反应得到的。
5.根据权利要求1所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，其特征在于：所述填料选用粒径为20～40nm的碳化硅、二氧化硅、金红石型钛白粉中的一种或者两种或者两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料，其特征在于：所述助剂为BYK-310流平剂、气相二氧化硅触变剂、KH-560偶联剂中的一种或者两种或者两种以上按比例搭配而成。
7.一种刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法，其特征在于：将所述的A组份、B组份按重量比为1:4进行称量后混合均匀；
其中所述A组份的制备方法为：
以质量百分比计，称取30～40%的聚醚多元醇和60～70%的多异氰酸酯反应合成带有NCO端基的预聚体；
所述B组分的制备方法为：
称取聚天门冬氨酸酯放入带有加热功能的搅拌桶中，预热到50℃；再分别称取相应分量的所述填料混合物及助剂，加入至预热好的聚天门冬氨酸酯中，进行高速分散，然后对其进行研磨，直至其粒度达到20μm以下，过滤出料，得到B组分。
8.根据权利要求7所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法，其特征在于：所述聚天门冬氨酸酯的制备方法为：
以质量份数计，称取100份异佛尔酮二胺，2份氯化锌,加入配有搅拌器、加温装置和冷凝器的三口瓶中，升温至55～65℃，滴加马来酸二丁酯270份，滴加时间40min,60℃保温反应16h，制得聚天门冬氨酸酯产品。
9.根据权利要求8所述的刮涂型聚脲弹性体耐蚀耐磨材料的制备方法，其特征在于：所制备的聚天门冬氨酸酯的胺值为146。
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