CN116515378A - 用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂及制备方法和应用 - Google Patents

用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，包括组分A和组分B；所述组分A包括聚醚酯二元醇/2,4‑甲苯二异氰酸酯聚氨酯预聚体、乙酸乙酯、沸石分子筛；其中聚醚酯二元醇/2,4‑甲苯二异氰酸酯聚氨酯预聚体由聚醚酯二元醇和2,4‑甲苯二异氰酸酯聚氨酯预聚而成。本发明还公开了上述用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法和应用。本发明的双液型底涂剂，粘接性能好、使用方便，室温～100℃温度下浇注内衬聚氨酯，均能实现聚氨酯与金属管道内壁的良好粘接。

Description

用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂及制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及用于聚氨酯内衬复合金属管道的底涂剂，特别涉及一种用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂及制备方法和应用。
背景技术
聚氨酯内衬复合金属管道具有承载能力高、耐磨性能好、耐腐蚀、耐化学介质、使用寿命长等优势，广泛应用于各种介质如沙水、尾矿、化学品、盐湖卤水等的输送。聚氨酯与金属管道内表面的粘接强度是影响该类复合结构管道使用寿命和安全性的主要因素。开姆洛克(Chemlok)是聚氨酯与金属间的常用粘接剂。为了获得好的粘接效果，金属表面需要抛砂获得足够的粗糙度，并且表面温度需要达到90℃以上。金属管道由于尺寸较大，管体重，其内表面很难抛砂；同时内衬聚氨酯用量较多，浇注时间比较长，在聚氨酯浇注及初始固化过程中管道均需保持高速旋转，加热困难，管道内表面温度难以保证。因此这类管道在使用过程中经常会出现内衬聚氨酯与管道内壁剥离的情况，影响管道的使用寿命和使用安全。
发明内容
为了克服现有技术中的聚氨酯内衬复合金属管道制备过程中聚氨酯与管道内表面粘接不牢固的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，粘接性能好、使用方便，室温～100℃温度下浇注内衬聚氨酯，均能实现聚氨酯与金属管道内壁的良好粘接。
本发明的另一目的在于提供上述用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂。
本发明的再一目的在于提供上述用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，包括以下步骤：
组分A的制备：将聚醚酯二元醇加入到反应釜中，加热至100～120℃，抽真空至余压小于500Pa，保温1.5～2小时，当聚醚酯二元醇含水量低于0.05％时，加入除水剂，搅拌15～30分钟；然后将聚醚酯二元醇降温至50～60℃，加入2，4-甲苯二异氰酸酯，逐步升温至80～85℃反应1～2小时，再加入乙酸乙酯，搅拌5～15分钟，得到组分A；
其中，2，4-甲苯二异氰酸酯与聚醚酯二元醇的摩尔比为(4～6):1；所述除水剂的质量为聚醚酯二元醇质量的0.5～1.5％；
其中，所述除水剂为经热处理后的除水剂，所述热处理具体为：
在500～600℃下热处理2～3小时；
组分B的制备：4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷放入容器中，加热至115～125℃，抽真空1～2小时除去水份，然后加入环己酮，搅拌15～30分钟，得到组分B；
其中，环己酮与4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷质量比为(1.9～2.5)：1。
优选的，所述4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷的扩链系数为0.8～0.9。
优选的，所述组分A和组分B的质量比为100：(50～80)。
优选的，所述除水剂为沸石分子筛。
优选的，所述聚醚酯二元醇的平均分子量为1500～3500。
优选的，所述组分A的固含量为75～80％。
优选的，所述组分B的固含量为25～35％。
优选的，所述组分A的固含量为76～78％。
优选的，所述组分A中，异氰酸酯基质量百分含量在7～8％之间。
一种用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，包括组分A和组分B；
所述组分A包括聚醚酯二元醇/2,4-甲苯二异氰酸酯聚氨酯预聚体、乙酸乙酯、沸石分子筛；
其中聚醚酯二元醇/2,4-甲苯二异氰酸酯聚氨酯预聚体由聚醚酯二元醇和2,4-甲苯二异氰酸酯聚氨酯预聚而成；所述2，4-甲苯二异氰酸酯与聚醚酯二元醇的摩尔比为(4～6):1；
所述组分B包括4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷和环己酮；
所述组分A和组分B的质量比为100：(50～90)。
所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的应用，用于制备聚氨酯内衬复合金属管道，具体包括以下步骤：
对金属管道内部进行清洁、除锈、打磨后，刷涂上一层开姆洛克稀释液，放入烘道，100～120℃下加热30～60分钟，刷涂上所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，于100～120℃下保持30～60分钟；
在室温～100℃温度下浇注内衬聚氨酯，得到聚氨酯内衬复合金属管道。
优选的，所述开姆洛克为Chemlok218、Chemlok219或Chemlok219/213。
优选的，内衬聚氨酯为聚醚型或聚酯型。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，富含高活性异氰酸酯基，使用时能与开姆洛克间形成化学键，具有良好的粘接性能；并且，本发明的双液型底涂剂固化后生成的氨基甲酸酯及脲基，与内衬聚氨酯有良好的相容性，进一步提高了粘接性能。
(2)本发明的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，由聚醚酯二元醇制备，无论与聚醚型还是聚酯型聚氨酯均有良好的亲和性。
(3)本发明的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，组分A和组分B均为液态，且粘度小，通过刷涂的方式涂覆到管道内壁，使用方便。
(4)本发明的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，加入了除水剂，使底涂剂组分A具有良好的储存稳定性。
(5)采用本发明的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂制备聚氨酯内衬复合金属管道，室温～100℃温度下浇注内衬聚氨酯，均能实现聚氨酯与金属管道内壁的良好粘接。
附图说明
图1为实施例1-3、对比例1-3所制得的底涂剂的剥离曲线。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)组分A的制备
称取平均分子量为2000的聚醚酯二元醇(CAPA7201)100重量份，加入到反应釜中，加热至100～120℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当聚醚酯二元醇含水量低于0.05％时，加入热处理过的除水剂ZSM-5(Zeochem公司)0.5重量份，搅拌15分钟。然后将聚醚酯二元醇降温至50～60℃，加入2，4-甲苯二异氰酸酯(Desmodur T100)34.92重量份，此时2，4-甲苯二异氰酸酯与聚醚酯二元醇的摩尔比为4：1。逐步升温至80～85℃反应2小时，加入乙酸乙酯(分析纯)40.5重量份，搅拌5分钟，得到组分A。组分A的固含量为76.9％，异氰酸酯基质量百分含量为7.18％。
(2)组分B的制备
称取4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)100重量份，加热至115～125℃，抽真空1小时除去水份，加入环己酮(分析纯)200重量份，搅拌15分钟，使4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷完全溶解，得到组分B。组分B的固含量为33.3％。
(3)双液型底涂剂的制备
称取组分A100重量份，组分B54.8重量份，混合均匀。此时4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷的扩链系数为0.8。双液型底涂剂的粘度为350±30MPa·s。
应用本实施例的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂制备聚氨酯内衬复合金属管道，包括以下步骤：
金属管道内壁经清洁、除锈、打磨后，刷涂上一层开姆洛克(Chemlok218)稀释液，稀释液由Chemlok218与异丙醇(分析纯)按质量比1：1配制。涂覆好Chemlok218稀释液后将管道放入烘道，100℃下保持60分钟，刷涂上步骤(3)制备的双液型底涂剂，于100℃下保持60分钟。
经上述步骤处理的管道，60℃温度下浇注内衬聚氨酯。
实施例2
本实施例的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)组分A的制备
称取平均分子量为2500的聚醚酯二元醇(自制)100重量份，加入到反应釜中，加热至100～120℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当聚醚酯二元醇含水量低于0.05％时，加入热处理过的除水剂Z1250(宁波嘉和新材料科技有限公司)1.0重量份，搅拌20分钟。然后将聚醚酯二元醇降温至50～60℃，加入2，4-甲苯二异氰酸酯(Desmodur T100)34.92重量份，此时2，4-甲苯二异氰酸酯与聚醚酯二元醇的摩尔比为5：1。逐步升温至80～85℃反应2小时，加入乙酸乙酯(分析纯)40.5重量份，搅拌10分钟，得到组分A。组分A的固含量为76.9％，异氰酸酯基质量百分含量为7.66％。
(2)组分B的制备
称取4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)100重量份，加热至115～125℃，抽真空1.5小时除去水份，加入环己酮(分析纯)230重量份，搅拌20分钟，使4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷完全溶解，得到组分B。组分B的固含量为30.3％。
(3)双液型底涂剂的制备
称取组分A100重量份，组分B68.3重量份，混合均匀。此时4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷的扩链系数为0.85。双液型底涂剂的粘度为230±30MPa·s。
应用本实施例的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂制备聚氨酯内衬复合金属管道，包括以下步骤：
管道内壁经清洁、除锈、打磨后，刷涂上一层开姆洛克(Chemlok219)稀释液，稀释液由Chemlok219与乙醇(分析纯)按质量比1：1配制。涂覆好Chemlok219稀释液后将管道放入烘道，110℃下保持45分钟，刷涂上步骤(3)制备的双液型底涂剂，于110℃下保持45分钟。
经上述步骤处理的管道，60℃温度下浇注内衬聚氨酯。
实施例3
一种用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂及其制备方法，包括以下步骤：
(1)组分A的制备
称取平均分子量为3000的聚醚酯二元醇(自制)100重量份，加入到反应釜中，加热至100～120℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当聚醚酯二元醇含水量低于0.05％时，加入热处理过的除水剂13X分子筛(天津正源昊业化工有限公司)1.5重量份，搅拌30分钟。然后将聚醚酯二元醇降温至50～60℃，加入2，4-甲苯二异氰酸酯(Desmodur T100)34.92重量份，此时2，4-甲苯二异氰酸酯与聚醚酯二元醇的摩尔比为6：1。逐步升温至80～85℃反应2小时，加入乙酸乙酯(分析纯)40.5重量份，搅拌15分钟，得到组分A。组分A的固含量为76.9％，异氰酸酯基质量百分含量为8.0％。
(2)组分B的制备
称取4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)100重量份，加热至115～125℃，抽真空1.5小时除去水份，加入环己酮(分析纯)250重量份，搅拌30分钟，使4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷完全溶解，得到组分B。组分B的固含量为28.6％。
(3)双液型底涂剂的制备
称取组分A100重量份，组分B80重量份，混合均匀。此时4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷的扩链系数为0.9。双液型底涂剂的粘度为180±30MPa·s。
应用本实施例的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂制备聚氨酯内衬复合金属管道，包括以下步骤：
管道内壁经清洁、除锈、打磨后，刷涂上一层开姆洛克(Chemlok219)稀释液，稀释液由Chemlok219与乙醇(分析纯)按质量比1：1配制。室温停放30分钟，再刷涂上一层Chemlok213稀释液，稀释液由Chemlok213与乙二醇单甲醚(分析纯)按质量比1：1配制。涂覆好Chemlok后将管道放入烘道，120℃下加热30分钟，刷涂上步骤(3)制备的双液型底涂剂，于120℃下保持30分钟。
经上述步骤处理的管道，室温下浇注内衬聚氨酯。
对比例1
管道内壁经清洁、除锈、打磨后，刷涂上一层开姆洛克(Chemlok218)稀释液，稀释液由Chemlok218与异丙醇(分析纯)按质量比1：1配制。涂覆好Chemlok218稀释液后将管道放入烘道，100℃下加热60分钟。
经上述步骤处理的管道，100℃温度下浇注内衬聚氨酯。
对比例2
管道内壁经清洁、除锈、打磨后，刷涂上一层开姆洛克(Chemlok218)稀释液，稀释液由Chemlok218与异丙醇(分析纯)按质量比1：1配制。涂覆好Chemlok218稀释液后将管道放入烘道，100℃下加热60分钟。
经上述步骤处理的管道，60℃温度下浇注内衬聚氨酯。
对比例3
管道内壁经清洁、除锈、打磨后，刷涂上一层开姆洛克(Chemlok218)稀释液，稀释液由Chemlok218与异丙醇(分析纯)按质量比1：1配制。涂覆好Chemlok218稀释液后将管道放入烘道，100℃下加热60分钟。
经上述步骤处理的管道，室温下浇注内衬聚氨酯。
实施例1-3、对比例1-3所制得的双液型底涂剂的具体效果见表1。
表1：双液型底涂剂对聚氨酯/金属粘接性能的影响*
*表1为聚氨酯/铁片粘接样条的粘接强度。粘接样条的制备方法为：3mm厚铁片，裁成25×200mm尺寸，按管道内壁的处理工艺进行表面清洁、除锈、涂胶粘剂，然后将浇注型聚氨酯浇注到铁片表面，聚氨酯厚度为3mm。根据GB/T 15254—2014标准，对样条进行T型剥离测试，拉伸速度为50mm/min。
实施例1-3、对比例1-3所制得的底涂剂的剥离曲线如图1所示。
从表1和图1可以看出：本发明制备的双液型底涂剂，金属表面温度在室温～100℃温度范围内，都能实现与浇注型聚氨酯的良好粘接。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
组分A的制备：将聚醚酯二元醇加入到反应釜中，加热至100～120℃，抽真空至余压小于500Pa，保温1.5～2小时，当聚醚酯二元醇含水量低于0.05％时，加入除水剂，搅拌15～30分钟；然后将聚醚酯二元醇降温至50～60℃，加入2，4-甲苯二异氰酸酯，升温至80～85℃反应1～2小时，再加入乙酸乙酯，搅拌5～15分钟，得到组分A；
其中，2，4-甲苯二异氰酸酯与聚醚酯二元醇的摩尔比为(4～6):1；所述除水剂的质量为聚醚酯二元醇质量的0.5～1.5％；
其中，所述除水剂为经热处理后的除水剂，所述热处理具体为：
在500～600℃下热处理2～3小时；
组分B的制备：4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷放入容器中，加热至115～125℃，抽真空1～2小时除去水份，然后加入环己酮，搅拌15～30分钟，得到组分B；
其中，环己酮与4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷质量比为(1.9～2.5)：1。
2.根据权利要求1所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，其特征在于，所述4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷的扩链系数为0.8～0.9。
3.根据权利要求1所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，其特征在于，所述组分A和组分B的质量比为100：(50～80)。
4.根据权利要求1所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，其特征在于，所述除水剂为沸石分子筛。
5.根据权利要求1所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，其特征在于，所述聚醚酯二元醇的平均分子量为1500～3500。
6.根据权利要求1所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，其特征在于，所述组分A的固含量为75～80％。
7.根据权利要求1所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的制备方法，其特征在于，所述组分B的固含量为25～35％。
8.一种用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，其特征在于，包括组分A和组分B；
所述组分A包括聚醚酯二元醇/2,4-甲苯二异氰酸酯聚氨酯预聚体、乙酸乙酯、沸石分子筛；
其中聚醚酯二元醇/2,4-甲苯二异氰酸酯聚氨酯预聚体由聚醚酯二元醇和2,4-甲苯二异氰酸酯聚氨酯预聚而成；所述2，4-甲苯二异氰酸酯与聚醚酯二元醇的摩尔比为(4～6):1；
所述组分B包括4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷和环己酮；
所述组分A和组分B的质量比为100：(50～90)。
9.权利要求8所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂的应用，其特征在于，用于制备聚氨酯内衬复合金属管道，具体包括以下步骤：
对金属管道内部进行清洁、除锈、打磨后，刷涂上一层开姆洛克稀释液，放入烘道，100～120℃下加热30～60分钟，刷涂上权利要求8所述的用于聚氨酯内衬复合金属管道的双液型底涂剂，于100～120℃下保持30～60分钟；
在室温～100℃温度下浇注内衬聚氨酯，得到聚氨酯内衬复合金属管道。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述开姆洛克为Chemlok218、Chemlok219或Chemlok219/213。
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