CN110229305A - 一种防爆聚脲材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的防爆聚脲材料，包括A组分与B组分，选用反应活性较低的脂肪族异氰酸酯与多元醇进行聚合，控制其异氰酸酯含量(‑NCO)在一个合适的范围内，从而制备出慢反应、低粘度的防爆聚脲材料A组分；以反应活性较慢的含有位阻结构的脂肪胺或/和脂肪族多元醇作为扩链剂，再加入低反应活性的多元醇树脂和低粘度的聚天门冬氨酸酯，通过加入各种助剂对其性能进行调整，可制备出低粘度、低反应活性、高强度的防爆聚脲B组分，本发明提供的防爆聚脲材料，具有粘度低、反应速度慢、强度高等特点可以通过小型静态混合设备进行喷涂施工，不需要传统的大型专用喷涂设备，使用非常灵活方便，大大拓宽了防爆聚脲材料的适用范围。

Description

一种防爆聚脲材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防爆材料组合物技术领域，特别涉及一种防爆聚脲材料、制备方法及其应用。
背景技术
当前全球范围内，地区发展的不平衡和局部冲突进一步加剧，加之全世界的军事冲突和反恐形势越发严峻，市场上急需大量的军用防护装备和防护装甲。防弹防爆材料的研发和生产体现了国家的军事实力，是维护国家安全和民族和平的重要保证。随着国内外市场需求量的急剧上升，高性能防弹防爆材料的研发和应用迫在眉睫。
在高性能防弹防爆材料的研究中，一个成功的方法是将高性能弹性涂层应用到硬质基体中。这项工作最初是由美国空军部门执行的，他们将聚脲涂层应用到了建筑物的墙体中，使建筑物在爆炸中能保持结构的完整性，从而达到减少爆炸导致的高速飞行碎片的产生，使周围居民或物品免受伤害。随后，美国海军部门开始应用聚脲涂层来减少炸弹和枪击的危害，适用于美国海军陆战队的高机动多用途轮式车辆外钢板上的聚脲涂层，可以减少子弹和爆炸破坏产生的影响。
喷涂聚脲防爆材料因具有防爆性能好、施工效率高等突出优点，在军事领域具有良好的应用前景。但由于传统的聚脲材料的粘度大、固化反应速度快，需要大型设备进行喷涂施工。而传统喷涂设备体积大(高度1.62米，宽度0.95米，厚度0.53米)、重量大(272公斤)，并需要配备压力9Kg、流量1m3/min的压缩空气动力源，在电源方面需要总功率50KW以上，不适合野外狭小空间和快速反应条件下的施工，因此限制了其推广应用。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种性能优异、适用范围广阔的防爆聚脲材料。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种防爆聚脲材料的制备方法，包括下述步骤：
于惰性环境中，将多元醇搅拌加热至95℃～100℃，在真空-0.1MPa下脱水4～6h，解除真空，降温至40℃以下加入多异氰酸酯，在80℃下反应2-4h，反应结束后，降温至60℃以下加入稀释剂，搅拌并测定-NCO值后出料，过滤得到异氰酸酯封端的预聚物A组分；其中，所述多元醇、多异氰酸酯及稀释剂的质量比为100：(300～500)：(0～15)；
按质量比为(30～60)：(0～40)：(0～20)：(20～35)：(1～2)：(0～0.5)：(1～5)：(1～5)将端氨基聚醚、多元醇、聚天门冬氨酸酯、扩链剂、耐候助剂、催化剂、除水剂及色浆搅拌过滤，得到B组分；
所述A组分与B组分的体积比为1：1。
在一些较佳的实施例中，所述预聚物A组分中异氰酸酯预聚物的-NCO含量为8％～15％，A组分与B组分的异氰酸酯指数摩尔比为1.05～1.10。
在一些较佳的实施例中，所述异氰酸酯为脂肪族异氰酸酯，所述脂肪族异氰酸酯包括：异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基而异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、1,4环己烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
在一些较佳的实施例中，所述多元醇为低不饱和度的聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或几种的混合物，所述多元醇的平均分子量在500-2000之间，含水量≤0.5％。
在一些较佳的实施例中，所述端氨基聚醚包括二官能度端氨基聚醚或三官能度端氨基聚醚。
在一些较佳的实施例中，所述扩链剂为具有位阻结构的低反应活性液体二元胺中的一种或多种的混合物，其含水量≤0.5％。
在一些较佳的实施例中，所述扩链剂包括3,5-二甲硫基甲苯二胺、2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯、4,4′-双仲丁氨基二苯基甲烷、N,N,-二烷基苯二胺、2,4-二氨基-3-甲硫基-5-丙基甲苯、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二环己基甲烷、4,4，-双仲丁氨基二环己基甲烷、3,3，-二甲基-4，4，-双仲丁氨基-二环己基甲烷中至少一种。
在一些较佳的实施例中，所述耐候助剂为二苯甲酮类化合物、苯并三唑类化合物、羟基苯基均三嗪、草酰苯胺类中的一种或几种组合物。
在一些较佳的实施例中，所述稀释剂为碳酸丙酯、碳酸乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或几种的混合物，所述稀释剂的含水量≤0.5％。
在一些较佳的实施例中，所述的催化剂包括为异辛酸铋，异辛酸锌，二月桂酸二丁基锡，二乙酸二丁基锡、三乙烯二胺，双吗啉基二乙基醚、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种或几种混合物。
在一些较佳的实施例中，所述除水剂为分子筛，其规格为3A或4A。
另外，本发明还提供了一种防爆聚脲材料，由所述的防爆聚脲材料的制备方法制备而成。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的防爆聚脲材料，包括A组分与B组分，选用反应活性较低的脂肪族异氰酸酯与多元醇进行聚合，控制其异氰酸酯含量(-NCO)在一个合适的范围内，从而制备出慢反应、低粘度的防爆聚脲材料A组分；以反应活性较慢的含有位阻结构的脂肪胺或/和脂肪族多元醇作为扩链剂，再加入低反应活性的多元醇树脂和低粘度的聚天门冬氨酸酯，通过加入各种助剂对其性能进行调整，可制备出低粘度、低反应活性、高强度的防爆聚脲B组分，本发明提供的防爆聚脲材料，具有粘度低、反应速度慢、强度高等特点可以通过小型静态混合设备进行喷涂施工，不需要传统的大型专用喷涂设备，使用非常灵活方便，大大拓宽了防爆聚脲材料的适用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1提供的防爆聚脲材料的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明提供的一种防爆聚脲材料的制备方法，包括下述步骤：
步骤S110：于惰性环境中，将多元醇搅拌加热至95℃～100℃，在真空-0.1MPa下脱水4～6h，解除真空，降温至40℃以下加入多异氰酸酯，在80℃下反应2-4h，反应结束后，降温至60℃以下加入稀释剂，搅拌并测定-NCO值后出料，过滤得到异氰酸酯封端的预聚物A组分；其中，所述多元醇、多异氰酸酯及稀释剂的质量比为100：(300～500)：(0～15)；
步骤S120：按质量比为(30～60)：(0～40)：(0～20)：(20～35)：(1～2)：(0～0.5)：(1～5)：(1～5)将端氨基聚醚、多元醇、聚天门冬氨酸酯、扩链剂、耐候助剂、催化剂、除水剂及色浆搅拌过滤，得到B组分；
所述A组分与B组分的体积比为1：1。
在一些较佳的实施例中，所述预聚物A组分中异氰酸酯预聚物的-NCO含量为8％～15％，A组分与B组分的异氰酸酯指数摩尔比为1.05～1.10。
在一些较佳的实施例中，所述的异氰酸酯为脂肪族异氰酸酯，所述脂肪族异氰酸酯包括：异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)，甲基环己基二异氰酸酯(HTDI)，环己烷二亚甲基而异氰酸酯(HXDI)，苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)，1,4环己烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
在一些较佳的实施例中，所述多元醇为低不饱和度的聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或几种的混合物，其平均分子量在500-2000之间，含水量≤0.5％。
具体地，聚氧化丙烯二醇，如山东蓝星东大生产的DL1000、DL2000，美国陶氏化学的CP1055；聚四氢呋喃醚二醇，如日本三菱化学株式会社的PTMG1000，山西三维集团股份有限的PTG1400，美国INVISTA公司的Terathane1000；聚己内酯二醇，如日本化学工业株式会社大赛璐Placcel210、Placcel210、Placcel205U；聚酯二醇，如美国Chemtura公司的Fomrez11-45、Fomrez111-56；聚碳酸酯二醇，如日本旭化成化学品株式会社的DuranolT6002、Duranol T6001、科思创公司的C1200等。
在一些较佳的实施例中，所述的端氨基聚醚包括二官能度端氨基聚醚和三官能度端氨基聚醚，如亨斯曼公司生产的牌号JeffamineD-2000、JeffamineD-400、JeffamineD-4000、THF-140、THF-170、SD-2001、ST-404P-650、P-1000、P-2000、JeffamineT-3000、JeffamineT-5000、JeffamineT-403。
在一些较佳的实施例中，所述的扩链剂为具有位阻结构的低反应活性液体二元胺中的一种或多种的混合物，其含水量≤0.5％。如3,5-二甲硫基甲苯二胺(E-300)、2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯(TX-2)、4,4′-双仲丁氨基二苯基甲烷(Unilink4200)、N,N,-二烷基苯二胺(Unilink4100)、2,4-二氨基-3-甲硫基-5-丙基甲苯(TX-3)、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二环己基甲烷(DMDC)、4,4，-双仲丁氨基二环己基甲烷(Clearlink1000)，3,3，-二甲基-4，4，-双仲丁氨基-二环己基甲烷(Clearlink3000)。
在一些较佳的实施例中，所述聚天门冬氨酸酯为市面常见的聚天门冬氨酸酯，其含水量≤0.5％。如科思创的NH1420、NH1220、NH1520、NH2850；珠海飞扬的F525、F524、F420、F330等。
在一些较佳的实施例中，所述的耐候助剂为二苯甲酮类化合物、苯并三唑类化合物、羟基苯基均三嗪、草酰苯胺类中的一种或几种组合物，如汽巴Tinuvin900、GivsorbUV-2、UV-326、UV-328、UV-1164、光稳定剂622、光稳定剂770等等。
在一些较佳的实施例中，所述的稀释剂为碳酸丙酯(PC)，碳酸乙酯(EC)，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，邻苯二甲酸二辛酯(DOP)中的一种或几种的混合物，其含水量≤0.5％。
在一些较佳的实施例中，所述的除水剂为分子筛，其规格为3A或4A。
在一些较佳的实施例中，所述的催化剂包括为异辛酸铋，异辛酸锌，二月桂酸二丁基锡，二乙酸二丁基锡、三乙烯二胺，双吗啉基二乙基醚、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种或几种混合物。
在一些较佳的实施例中，所述的色浆为聚氨酯行业通用色浆，其颜色包括：红、黄、蓝、绿、白、黑色浆，其含水量≤0.5％。
本发明提供的防爆聚脲材料，包括A组分与B组分，选用反应活性较低的脂肪族异氰酸酯与多元醇进行聚合，控制其异氰酸酯含量(-NCO)在一个合适的范围内，从而制备出慢反应、低粘度的防爆聚脲材料A组分；以反应活性较慢的含有位阻结构的脂肪胺或/和脂肪族多元醇作为扩链剂，再加入低反应活性的多元醇树脂和低粘度的聚天门冬氨酸酯，通过加入各种助剂对其性能进行调整，可制备出低粘度、低反应活性、高强度的防爆聚脲B组分，本发明提供的防爆聚脲材料，具有粘度低、反应速度慢、强度高等特点可以通过小型静态混合设备进行喷涂施工，不需要传统的大型专用喷涂设备，使用非常灵活方便，大大拓宽了防爆聚脲材料的适用范围。
实施例1
本实施例中慢反应高性能防爆聚脲材料的制备过程如下所示：
(1)A组分预聚物的制备：将100份PTMEG1000投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至95℃～100℃，在真空-0.1MPa下脱水4h，解除真空，降温至40℃以下加入100份IPDI，在80℃下反应3h，反应结束后，降温至60℃以下加入10份碳酸丙烯酯，搅拌10min测定-NCO值后出料，过滤包装，制得-NCO含量为14％的异氰酸酯预聚物。
(2)B组分的制备：按配方顺序称量各组分，将30份端氨基聚醚D2000，20份PTMEG1000，10份聚天门冬氨酸酯F420，2份光稳定剂770，35份扩链剂Clearlink1000，0.1份催化剂异辛酸铋、5份3A分子筛，1份色浆，依次投入高速分散机储料缸中，室温搅拌15min，200目铜滤网过滤包装，制得慢反应防爆聚脲B组分。
实施例2
本实施例中慢反应高性能防爆聚脲材料的制备过程如下所示：
(1)A组分预聚物的制备：将100份Fomrez111-56投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至95℃～100℃，在真空-0.1MPa下脱水6h，解除真空，降温至40℃以下加入130份HMDI，在80℃下反应3h，反应结束后，降温至60℃以下加入20份碳酸乙酯(EC)，搅拌10min测定-NCO值后出料，过滤包装，制得-NCO含量为13.3％的异氰酸酯预聚物。
(2)B组分的制备：按配方顺序称量各组分，将60份端氨基聚醚D2000，20份聚天门冬氨酸酯NH2850，1份UV-1164，20份扩链剂Unilink4200，1份4A分子筛，5份色浆，依次投入高速分散机储料缸中，室温搅拌30min，200目铜滤网过滤包装，制得慢反应防爆聚脲B组分。
实施例3
本实施例中慢反应高性能防爆聚脲材料的制备过程如下所示：
(1)A组分预聚物的制备：将100份DL2000投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至95℃～100℃，在真空-0.1MPa下脱水4h，解除真空，降温至40℃以下加入50份HTDI，在80℃下反应3h，反应结束后，降温至60℃以下加入15份碳酸丙烯酯，搅拌10min测定-NCO值后出料，过滤包装，制得-NCO含量为11.6％的异氰酸酯预聚物。
(2)B组分的制备：按配方顺序称量各组分，将40份端氨基聚醚THF-170，40份PTMEG1000，10份聚天门冬氨酸酯F420，2份光稳定剂662，35份扩链剂Clearlink1000，0.3份催化剂异辛酸铋、0.2份三乙烯二胺，3份3A分子筛，3份色浆，依次投入高速分散机储料缸中，室温搅拌20min，200目铜滤网过滤包装，制得慢反应防爆聚脲B组分。
实施例4
本实施例中慢反应高性能防爆聚脲材料的制备过程如下所示：
(1)A组分预聚物的制备：将100份聚碳酸酯C1200投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至95℃～100℃，在真空-0.1MPa下脱水5h，解除真空，降温至40℃以下加入100份IPDI，在80℃下反应3h，反应结束后，降温至60℃以下加入20份邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，搅拌10min测定-NCO值后出料，过滤包装，制得-NCO含量为15.3％的异氰酸酯预聚物。
(2)B组分的制备：按配方顺序称量各组分，将20份端氨基聚醚D2000，10份T-5000，40份PTMEG1000，2份光UV-2，20份扩链剂E-300，0.2份催化剂钛酸四丁酯，5份4A分子筛，2.5份色浆，依次投入高速分散机储料缸中，室温搅拌30min，200目铜滤网过滤包装，制得慢反应防爆聚脲B组分。
实施例5
本实施例中慢反应高性能防爆聚脲材料的制备过程如下所示：
(1)A组分预聚物的制备：将100份聚己内酯二醇Placcel210投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至95℃～100℃，在真空-0.1MPa下脱水6h，解除真空，降温至40℃以下加入100份HXDI，在80℃下反应4h，反应结束后，降温至60℃以下加入30份碳酸丙烯酯，搅拌10min测定-NCO值后出料，过滤包装，制得-NCO含量为15.15％的异氰酸酯预聚物。
(2)B组分的制备：按配方顺序称量各组分，将30份端氨基聚醚SD-2001，15份DL1000，10份聚天门冬氨酸酯NH1420，2份光稳定剂770，20份扩链剂3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二环己基甲烷(DMDC)，0.1份催化剂异辛酸铋、3份3A分子筛，1份色浆，依次投入高速分散机储料缸中，室温搅拌15min，200目铜滤网过滤包装，制得慢反应防爆聚脲B组分。
实施例6
本实施例中慢反应高性能防爆聚脲材料的制备过程如下所示：
(1)A组分预聚物的制备：将100份PTG1400投入到有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至95℃～100℃，在真空-0.1MPa下脱水4h，解除真空，降温至40℃以下加入100份IPDI，在80℃下反应3h，反应结束后，降温至60℃以下加入20份碳酸丙烯酯，搅拌20min测定-NCO值后出料，过滤包装，制得-NCO含量为14.47％的异氰酸酯预聚物。
(2)B组分的制备，按配方顺序称量各组分，将30份端氨基聚醚D2000，20份PTMEG1000，10份聚天门冬氨酸酯F520，2份光稳定剂UV328，35份扩链剂Clearlink1000，0.1份催化剂二月桂酸二丁基锡、5份3A分子筛，3份色浆，依次投入高速分散机储料缸中，室温搅拌30min，200目铜滤网过滤包装，制得慢反应防爆聚脲B组分。
所述实施例1-6所制备的慢反应高性能防爆聚脲材料的主要性能指标如表2所示：
表2实施例1-6所制备的慢反应高性能防爆聚脲材料的主要性能指标
当然本发明的防爆聚脲材料还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (12)

1.一种防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
于惰性环境中，将多元醇搅拌加热至95℃～100℃，在真空-0.1MPa下脱水4～6h，解除真空，降温至40℃以下加入多异氰酸酯，在80℃下反应2-4h，反应结束后，降温至60℃以下加入稀释剂，搅拌并测定-NCO值后出料，过滤得到异氰酸酯封端的预聚物A组分；其中，所述多元醇、多异氰酸酯及稀释剂的质量比为100：(300～500)：(0～15)；
按质量比为(30～60)：(0～40)：(0～20)：(20～35)：(1～2)：(0～0.5)：(1～5)：(1～5)将端氨基聚醚、多元醇、聚天门冬氨酸酯、扩链剂、耐候助剂、催化剂、除水剂及色浆搅拌过滤，得到B组分；
所述A组分与B组分的体积比为1：1。
2.如权利要求1所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述预聚物A组分中异氰酸酯预聚物的-NCO含量为8％～15％，A组分与B组分的异氰酸酯指数摩尔比为1.05～1.10。
3.如权利要求1所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为脂肪族异氰酸酯，所述脂肪族异氰酸酯包括：异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基而异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、1,4环己烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物。
4.如权利要求1所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述多元醇为低不饱和度的聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或几种的混合物，所述多元醇的平均分子量在500-2000之间，含水量≤0.5％。
5.如权利要求1所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述端氨基聚醚包括二官能度端氨基聚醚或三官能度端氨基聚醚。
6.如权利要求1所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述扩链剂为具有位阻结构的低反应活性液体二元胺中的一种或多种的混合物，其含水量≤0.5％。
7.如权利要求6所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述扩链剂包括3,5-二甲硫基甲苯二胺、2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯、4,4′-双仲丁氨基二苯基甲烷、N,N,-二烷基苯二胺、2,4-二氨基-3-甲硫基-5-丙基甲苯、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二环己基甲烷、4,4，-双仲丁氨基二环己基甲烷、3,3，-二甲基-4，4，-双仲丁氨基-二环己基甲烷中至少一种。
8.如权利要求1所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述耐候助剂为二苯甲酮类化合物、苯并三唑类化合物、羟基苯基均三嗪、草酰苯胺类中的一种或几种组合物。
9.如权利要求1所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述稀释剂为碳酸丙酯、碳酸乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或几种的混合物，所述稀释剂的含水量≤0.5％。
10.如权利要求1所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述的催化剂包括为异辛酸铋，异辛酸锌，二月桂酸二丁基锡，二乙酸二丁基锡、三乙烯二胺，双吗啉基二乙基醚、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯中的一种或几种混合物。
11.如权利要求1所述的防爆聚脲材料的制备方法，其特征在于，所述除水剂为分子筛，其规格为3A或4A。
12.一种防爆聚脲材料，其特征在于，由权利要求1-10任一项所述的防爆聚脲材料的制备方法制备而成。
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