CN112210066A - 一种复合聚脲材料及其制备方法以及基于复合聚脲材料的双层防腐结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合聚脲材料及其制备方法以及基于复合聚脲材料的双层防腐结构，复合聚脲材料包括异氰酸酯、氨基化合物、氧化铝粉末、二氧化硅粉末，其中，异氰酸酯、氨基化合物、氧化铝粉末、二氧化硅粉末的添加质量之比为(1‑2):(1‑2):(0.1‑0.6)：(0.1‑0.6)。对聚脲进行掺杂，降低成本，提高其耐蚀性及耐磨性，设计双层防腐层结构，提高了聚脲与基底间的附着力，提供更长时间防护作用。

Description

一种复合聚脲材料及其制备方法以及基于复合聚脲材料的双 层防腐结构
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，更具体地说涉及一种复合聚脲材料及其制备方法以及基于复合聚脲材料的双层防腐结构。
背景技术
喷涂聚脲弹性体技术(SPUA)在我国已有近20年的发展历史，是近年来发展较快的一种无污染、高性能、快速固化的新型涂料和涂装技术；在石油、化工、管道、海洋工程等领域的应用十分广泛，但由于聚脲成本昂贵，在某些应用下耐蚀性、耐磨性差，影响了其在某些使用环境下的应用。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，聚脲成本昂贵，耐蚀性、耐磨性差，提供了一种复合聚脲材料及其制备方法以及基于复合聚脲材料的双层防腐结构，对聚脲进行掺杂，降低成本，提高其耐蚀性及耐磨性，设计双层防腐层结构，提高了聚脲与基底间的附着力，提供更长时间防护作用。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
一种复合聚脲材料，复合聚脲材料包括异氰酸酯、氨基化合物、氧化铝粉末、二氧化硅粉末，其中，异氰酸酯、氨基化合物、氧化铝粉末、二氧化硅粉末的添加质量之比为(1-2):(1-2):(0.1-0.6)：(0.1-0.6)，质量比为异氰酸酯、氨基化合物、氧化铝粉末、二氧化硅粉末质量份数的比。
异氰酸酯、氨基化合物、氧化铝粉末、二氧化硅粉末的添加质量之比为1:1:(0.1-0.3)：(0.1-0.3)。
异氰酸酯采用芳香族异氰酸酯(甲苯二异氰酸酯、TDI/二苯基甲烷二异氰酸酯、MDI/1,5萘二异氰酸酯、NDI/二甲基联苯二异氰酸酯TODI)、脂肪族异氰酸酯(六亚甲基二异氰酸酯、HDI/三甲基已二异氰酸酯、TMDI/苯二亚甲基二异氰酸酯XDI)、脂环族异氰酸酯(异佛尔酮二异氰酸酯、IPDI/二环己基甲烷二异氰酸酯、HMDI/六亚甲基二异氰酸酯、HTDI)及其他异氰酸酯如环己烷二异氰酸酯(CHDI)、甲基环己烷二异氰酸酯(HTDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(PPDI)、降冰片烷二异氰酸酯(NBDI)，异氰酸酯的形式是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物中的一种或几种的混合物，预聚物和半预聚物是由端羟基化合物与异氰酸酯反应制得。
氨基化合物由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，在端氨基树脂中，不得含有任何羟基成分和催化剂，能够含有便于颜料分散的助剂。
氧化铝粉末的目粒度范围为100-300目，可根据使用情况及涂层厚度调整。
二氧化硅粉末的目粒度范围为100-300目，可根据使用情况及涂层厚度调整。
一种复合聚脲材料的制备方法，将异氰酸酯加热至60-80℃，按比例将混合好的氧化铝粉末和二氧化硅粉末加入异氰酸酯中，机械搅拌30min后混合均匀，再将氨基化合物加入上述混合物中，混合均匀后即得到复合聚脲材料。
基于复合聚脲材料的双层防腐结构，包括面涂层和底涂层，在基底材料上先喷涂底涂层，所述底涂层采用环氧粉末，喷涂方法采用熔结喷涂，再向底涂层喷涂面涂层，面涂层采用复合聚脲材料。
所述基底材料为金属、混凝土材料。
对金属材料进行底涂层喷涂前需先对基底材料进行除锈和喷砂操作以增强结合力；对金属材料进行底涂层喷涂前需先对基底材料表面抛丸或喷砂等级条件为Sa2.5级以上，锚纹深度在40-100μm范围内，对混凝土材料进行底图层喷涂前需先对基底材料表面喷涂封闭底漆。
本发明的有益效果为：本发明通过在聚脲中掺杂氧化铝粉末、二氧化硅粉末，降低成本，可通过复合聚脲材料中氧化铝、氧化硅掺杂量提高其附着力、耐蚀性、耐磨性，双层防腐结构，提高了聚脲与基底间的附着力，提供更长时间防护作用。
附图说明
图1是本发明中双层防腐层结构示意图，其中，1为基底材料，2为面涂层，3为底涂层；
图2是添加氧化铝粉末和二氧化硅粉末添加量对聚脲涂层的邵氏硬度A影响曲线；
图3是添加氧化铝粉末聚脲涂层等效电阻随浸泡时间变化曲线；
图4是添加氧化铝粉末聚脲涂层等效电容随浸泡时间变化曲线。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。每一质量份为10g。
实施例一
基底1材料为钢材，表面进行除锈处理后喷砂处理达到Sa2.5级以上，此时基底表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。
底涂层2制备：采用熔结环氧粉末方式，静电喷涂环氧粉末涂层，首先将基底1预热到150℃-200℃，然后将环氧粉末采用静电喷涂的方式喷涂在基底1表面，可进行加热固化，温度控制在200-250℃，固化时间1-2小时，也可自然固化。
面涂层3制备：利用多组分专用喷涂机，将异氰酸酯1质量份和氨基化合物1质量份一起喷涂到底涂层上，异氰酸酯和氨基化合物压力表压力控制在1200-1500Psi之间，二者压差在200Psi以下，聚脲喷涂同时进行0.1质量份氧化铝粉末及0.1质量份二氧化硅粉末喷洒，由于涂层固化快，喷涂后随及结合成稳固涂层，即制得含有复合聚脲涂层的双层防腐层结构。
如图2所示，对聚脲涂层添加氧化铝(或二氧化硅)粉末后，由于粉末均匀分布于涂层中，在聚脲中充当硬质相，使硬度值随着掺杂量增大而升高。
将所得样品浸泡在0.1mol/L的氢氧化钠水溶液中，pH＝13，利用电化学工作站，每隔一段时间测量电化学阻抗，如图3所示，涂层等效电阻可以反映涂层的孔隙率和破坏失效程度，等效电阻越大，涂层越完整，防护性能越好；如图4所示，涂层等效电容可反映涂层的吸水状况，可用于研究微观结构和有机涂层破坏之间的关系，等效电容越大，涂层更易吸水，涂层耐蚀性越差；综合实验数据后得到，氧化铝粉末掺杂质量百分数为5-10％时，涂层的防护性能最好，同理，二氧化硅粉末掺杂质量百分数为5-10％时，涂层的防护性能最好。
实施例二
基底1材料为钢材，表面进行除锈处理后喷砂处理达到Sa2.5级以上，此时基底表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。
底涂层2制备：按比例将环氧树脂和固化剂进行混合，机械搅拌均匀，手工进行环氧树脂底层的刷涂,待表面干燥后即可得底涂层2。
面涂层3制备：将异氰酸酯1份加热到60-80℃，混入0.3质量份氧化铝粉末、0.3质量份二氧化硅粉末，机械搅拌均匀，再混合进入1质量份氨基化合物，机械搅拌均匀，进行手工刷涂，即可得到含有复合聚脲涂层的双层防腐层结构。
实施例三
基底为混凝土，混凝土基层需干燥，无疏松杂质，需另喷涂1-2道封闭底漆后，直接进行复合聚脲面涂层喷涂，利用多组分专用喷涂机，将异氰酸酯1质量份和氨基化合物1质量份一起喷涂到底涂层上，异氰酸酯和氨基化合物压力表压力控制在1200-1500Psi之间，二者压差在200Psi以下，聚脲喷涂同时进行0.2质量份氧化铝粉末及0.2质量份二氧化硅粉末喷洒，由于涂层固化快，喷涂后随及结合成稳固涂层，即可得到复合聚脲涂层。
实施例四
基底1材料为钢材，表面进行除锈处理后喷砂处理达到Sa2.5级以上，此时基底表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。
底涂层2制备：采用熔结环氧粉末方式，静电喷涂环氧粉末涂层，首先将基底1预热到150℃-200℃，然后将环氧粉末采用静电喷涂的方式喷涂在基底1表面，可进行加热固化，温度控制在200-250℃，固化时间1-2小时，也可自然固化。
面涂层3制备：利用多组分专用喷涂机，将异氰酸酯2份和氨基化合物2份一起喷涂到底涂层上，异氰酸酯和氨基化合物压力表压力控制在1200-1500Psi之间，二者压差在200Psi以下，聚脲喷涂同时进行0.3份氧化铝粉末及0.3份二氧化硅粉末喷洒，由于涂层固化快，喷涂后随及结合成稳固涂层，即制得含有复合聚脲涂层的双层防腐层结构。
实施例五
基底1材料为钢材，表面进行除锈处理后喷砂处理达到Sa2.5级以上，此时基底表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。
底涂层2制备：按比例将环氧树脂和固化剂进行混合，机械搅拌均匀，手工进行环氧树脂底层的刷涂,待表面干燥后即可得底涂层2。
面涂层3制备：将异氰酸酯2份加热到60-80℃，混入0.5份氧化铝粉末、0.5份二氧化硅粉末，机械搅拌均匀，再混合进入2份氨基化合物，机械搅拌均匀，进行手工刷涂，即可得到含有复合聚脲涂层的双层防腐层结构。
实施例六
基底为混凝土，混凝土基层需干燥，无疏松杂质，需另喷涂1-2道封闭底漆后，直接进行复合聚脲面涂层喷涂，利用多组分专用喷涂机，将异氰酸酯1份和氨基化合物1份一起喷涂到底涂层上，异氰酸酯和氨基化合物压力表压力控制在1200-1500Psi之间，二者压差在200Psi以下，聚脲喷涂同时进行0.6份氧化铝粉末及0.6份二氧化硅粉末喷洒，由于涂层固化快，喷涂后随及结合成稳固涂层，即可得到复合聚脲涂层。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合聚脲材料，其特征在于：复合聚脲材料包括异氰酸酯、氨基化合物、氧化铝粉末、二氧化硅粉末，其中，异氰酸酯、氨基化合物、氧化铝粉末、二氧化硅粉末的添加质量之比为(1-2):(1-2):(0.1-0.6)：(0.1-0.6)。
2.根据权利要求1所述的一种复合聚脲材料，其特征在于：异氰酸酯、氨基化合物、氧化铝粉末、二氧化硅粉末的添加质量之比为1:1:(0.1-0.3)：(0.1-0.3)。
3.根据权利要求1所述的一种复合聚脲材料，其特征在于：异氰酸酯采用芳香族异氰酸酯(甲苯二异氰酸酯、TDI/二苯基甲烷二异氰酸酯、MDI/1,5萘二异氰酸酯、NDI/二甲基联苯二异氰酸酯TODI)、脂肪族异氰酸酯(六亚甲基二异氰酸酯、HDI/三甲基已二异氰酸酯、TMDI/苯二亚甲基二异氰酸酯XDI)、脂环族异氰酸酯(异佛尔酮二异氰酸酯、IPDI/二环己基甲烷二异氰酸酯、HMDI/六亚甲基二异氰酸酯、HTDI)及其他异氰酸酯如环己烷二异氰酸酯(CHDI)、甲基环己烷二异氰酸酯(HTDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(PPDI)、降冰片烷二异氰酸酯(NBDI)，异氰酸酯的形式是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物中的一种或几种的混合物，预聚物和半预聚物是由端羟基化合物与异氰酸酯反应制得。
4.根据权利要求1所述的一种复合聚脲材料，其特征在于：氨基化合物由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，在端氨基树脂中，不得含有任何羟基成分和催化剂，能够含有便于颜料分散的助剂。
5.根据权利要求1所述的一种复合聚脲材料，其特征在于：氧化铝粉末的目粒度范围为100-300目。
6.根据权利要求1所述的一种复合聚脲材料，其特征在于：二氧化硅粉末的目粒度范围为100-300目。
7.一种复合聚脲材料的制备方法，其特征在于：将异氰酸酯加热至60-80℃，按比例将混合好的氧化铝粉末和二氧化硅粉末加入异氰酸酯中，机械搅拌30min后混合均匀，再将氨基化合物加入上述混合物中，混合均匀后即得到复合聚脲材料。
8.基于复合聚脲材料的双层防腐结构，其特征在于：包括面涂层和底涂层，在基底材料上先喷涂底涂层，所述底涂层采用环氧粉末，喷涂方法采用熔结喷涂，再向底涂层喷涂面涂层，面涂层采用复合聚脲材料。
9.根据权利要求8所述的基于复合聚脲材料的双层防腐结构，其特征在于：所述基底材料为金属、混凝土材料。
10.根据权利要求9所述的基于复合聚脲材料的双层防腐结构，其特征在于：对金属材料进行底涂层喷涂前需先对基底材料表面抛丸或喷砂等级条件为Sa2.5级以上，锚纹深度在40-100μm范围内，对混凝土材料进行底图层喷涂前需先对基底材料表面喷涂封闭底漆。
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