CN1563234A - 结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料及其施工方法，它包括A组分，由低官能度的多异氰酸酯和聚醚多元醇合成的半预聚物，B组分，胺类扩链剂，阻燃聚醚，端氨基聚醚组成。施工时，将两种原料A、B精确计量后，通过物料输送管送到喷枪，混合均匀、加压后喷涂到物体表面，瞬间生成结构阻燃型喷涂聚氨酯、聚脲弹性体材料。与现有技术相比，本发明综合性能优异、阻燃效果好，它广泛适用于地坪、墙面、屋面防水、工业重防腐、运动场地和娱乐设施的制作等领域。

Description

结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料及施工方法

一、技术领域

本发明涉及一种聚氨酯合成材料，具体地说是一种结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料及其施工方法。

二、背景技术

喷涂聚氨酯弹性体技术始于二十世纪八十年代初，它是一种全新的聚氨酯弹性体加工技术。传统的聚氨酯弹性体加工，或者是在加热条件下浇注成型，或者是在室温下用手工涂抹成型，而喷涂成型技术则要求喷涂原料中A、B两组分在高压下于喷枪的混合室内通过撞击混合，再经雾化后喷涂在基面上固化成型。

喷涂聚氨酯弹性体材料主要基于异氰酸酯组分和氨基扩链剂(或羟基化合物)组分构成的双组分可喷涂体系。系统中由于大量氨基的存在，两组分混合后反应极快，反应结果主要生成聚脲和聚氨酯：

                        聚脲

                          聚氨酯

不同于聚氨酯的生成，聚脲弹性体由异氰酸酯基和氨基反应而成，这个反应速度极快，该体系的适用期往往用秒计。相应地，对聚氨酯体系通常也要用适当的催化剂达到快固的目的，在这种情况下手工操作和一般静态混合浇注技术已不能满足要求。

撞击混合技术则完全解决了这种快速反应、瞬间固化的聚氨酯、聚脲的混合喷涂难题。所谓撞击混合，是两个反应性极高的高粘度液流在高压驱动下相对撞击，在一个很小的混合室空间中分散并形成湍流而均匀混合，物料被高压挤出喷涂后又经过一次雾化一再混合的过程，从而保证了在极短适用期(例如少于5秒)内有很均匀的混合效果。

喷涂聚氨酯弹性体所用的原料通常与一般聚氨酯体系的相同，但作为快速固化技术通常氨基化合物是必不可少的。体系中，A组分可为多异氰酸酯或异氰酸酯预聚物，特别常用MDI预聚物；B组分常为下列若干成分的组合：端氨基聚醚，羟基化合物，扩链剂，助剂等。

喷涂聚氨酯弹性体实质上是一种具有橡胶特性的涂料，其弹性、耐磨性、耐腐蚀性是一般涂料所无法比拟的，因此喷涂聚脲弹性体问世十多年来，在工业发达国家作为涂料和内衬材料，广泛用于建筑混凝土的防腐防水涂层，贮油、贮气和贮水罐的防腐防锈内衬，以及各类交通运输车辆的防滑抗摩擦的保护层等。

为满足应用过程中阻燃的要求，往往在体系中添加阻燃剂。专利CN1322785A公开了一种100％固含量阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其中添加阻燃剂10～30份。通常，阻燃剂一般采用磷系和溴系化合物，例如二甲基磷酸甲酯、二溴苯基多元醇、三溴苯基醇等；也可使用固体阻燃剂，如氢氧化铝、硼酸锌、三氧化二锑等。但上述阻燃剂在喷涂聚脲弹性体体系中往往会产生不利的影响，它的缺点是：1、喷涂聚脲弹性体要求体系的粘度最大不高于2000psi，而体系中引入固体阻燃剂会导致粘度增加，若处理不当会导致混合不均；2、阻燃剂的加入在一定程度上对材料的力学性能有不利影响；3、添加的阻燃剂易沉降，化学性质不稳定，缩短了原料的贮藏时间。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料及其施工方法，用来克服添加型阻燃剂对喷涂聚氨酯弹性体材料的不良影响，延长组合料贮存期。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料，其特征是：它由A和B两组分按0.8～1.8的体积比组成，其中A组分是由低官能度的多异氰酸酯和聚醚多元醇合成的半预聚物，多异氰酸酯占37～78份，官能度低于2.4，聚醚多元醇占22～63份，官能度为2～4；B组分包括10～35份胺类扩链剂，20～50份阻燃聚醚，30～70份端氨基聚醚。

A组分所用的多异氰酸酯可采用4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(例如美国Dow化学公司的Isonate143L、烟台万华聚氨酯股份有限公司的MDI-100、MDI-50等)、多亚甲基多苯基异氰酸酯(例如日本聚氮酯工业公司的Millionate MR-100、MR-200，烟台万华聚氨酯股份有限公司的PI-100、PI-200等)或其混合物；也可使用脂肪族多异氰酸酯，如环己二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、对四甲基苯亚甲基二异氰酸酯等。最佳使用4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯或二者的共混物，官能度最典型的是2.0～2.1。

A组分所用的聚醚多元醇选自聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚或聚异戊四醇醚，其羟基当量至少在500以上，最好在1000～3000之间。所用的聚醚多元醇还包括聚四氢呋喃醚二醇，其羟基当量最好在300～1000之间。

B组分中关键是选择了一种结构阻燃型聚醚，是一种在聚醚多元醇介质中分散或局部接枝三聚氰胺为主的聚合物聚醚多元醇。

B组分中的端氨基聚醚是含有氧化乙烯或氧化丙烯主链、胺基封端的聚醚多元醇，其与异氰酸酯的反应活性大大提高，可实现瞬间固化的目的，目前采用的为美国Hutsman公司的JEEFAMINE系列、德国Nitroil公司的PCAMINE系列。

一种本发明所述结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料的施工方法，其特征在于它包括以下步骤：

1)合成A组分，将精确计量的多异氰酸酯加入反应釜中，冲入氮气，均匀搅拌，加热至50～80℃，向釜中滴加精确计量的聚醚多元醇，边搅拌边保温，滴加完毕后，在60～90℃之间保温3小时，取样测游离异氰酸酯基(NCO)含量在10～18％之间，冷却出料，即得异氰酸酯过量的半预聚物；

2)制备B组分，将阻燃聚醚、胺类扩链剂、端氨基聚醚、色浆及其它添加剂，在常温常压下搅拌混合均匀，用200目筛网过滤后出料；所述的其它添加剂可以是抗氧剂、紫外光吸收剂等；

3)选择喷涂设备及其配套部件，包括主机、喷枪、可加热的物料输送管、搅拌物料泵、物料贮罐、空压机等；在聚氨酯-聚脲弹性体的喷涂系统中，喷涂机械的选择是很重要的，选择性能良好的机械设备可增加在组分设计时的自由度。喷涂设备可选用美国Gusmer公司的H-3500或H-20/35主机和GX-7或GX-8喷枪，Glas-Craft公司的MX/MH主机和Probler喷枪，Graco公司的Hydra-Cat主机和Foam-Cat喷枪等；

4)将整套喷涂设备安装在施工车上，同时接上物料输送管，两种原料A、B按0.8～1.8的体积比计量后，通过物料输送管送到喷枪，混合均匀、加压后喷涂到物体表面，瞬间生成结构阻燃型喷涂聚氨酯-聚脲弹性体材料。A、B两种原料的设定压力为55～70Kg/cm²，温度为60～80℃，软管的设定温度为60～75℃。在喷枪混合室内两组分的粘度低于200cps，喷涂时两组分的动态压力差低于14Kg/cm²。为方便操作，A、B两种原料可按1比1的体积比计量。

与现有技术相比，本发明在原料中采用结构型阻燃聚醚，形成结构型阻燃喷涂聚氨酯弹性体材料，无需在普通喷涂聚脲弹性体体系中添加阻燃剂。

本发明的优点是：1、本材料固化快，可在任意曲面、垂直面及顶面连续喷涂而不产生流挂现象，一次施工即可达到厚度要求，大大缩短了施工周期，在实际施工时对环境温度、湿度不敏感，适应性极强；2、具有优异的综合性能，例如高阻燃性、高强度、高伸长率、耐磨性、耐溶剂性、耐高温、耐老化等；3、本材料阻燃效果好，体系粘度低，化学性质稳定，组合料贮存期长，对材料的综合性能影响小。

本发明应用领域广泛，如工厂地坪、墙面，建筑屋面防水，工矿企业设备的耐磨衬里，工业重防腐，运动场地，道具和娱乐设施的制作等。本发明所述的结构阻燃型喷涂聚氨酯-聚脲弹性体材料100％固含量，不含有机挥发物，无毒害作用，符合环保要求，作为一种环保、节能、省时的加工技术，完全适应涂料发展的方向，在我国有美好的应用前景。

四、具体实施方式

实施例1：

将烟台万华聚氨酯股份有限公司的MDI-100 30.8份、MDI-50 27.0份加入充氮的反应釜中，加热至60℃，向釜内滴加当量为1000的聚醚多元醇42.2份，滴加完毕后，在60～90之间保温2～3小时，得到NCO％为15％的预聚体，即为A组分。B组分是由45.3份的阻燃聚醚、二乙基甲苯二胺(DETDA)26.1份、聚氧化丙烯三胺(TA-5000)11.9份、聚氧化丙烯二胺(DA-2000)16.7份搅拌混合制成。将A、B两组分通过美国Gusmer公司的20-35主机和GX-7喷枪按1∶1(体积比)喷涂形成结构阻燃型聚氨酯弹性体。该体系通过喷枪的距离和角度的调节，获得外观均匀的光滑或颗粒状的表面，适合于矿山设备的耐磨衬里、运动场地、工厂地坪等领域。该聚氨酯弹性体的主要物理性能见表1：

表1  聚氨酯弹性体的主要物理性能

项目	指标
		凝胶时间	8秒
拉伸强度	14Mpa
		断裂伸长率	300％
撕裂强度	55KN/m
		硬度，邵氏A	90
氧指数	26

实施例2：

将烟台万华聚氨酯股份有限公司的MDI-100 31.5份、MDI-50 13.2份加入充氮的反应釜中，加温至60℃，向釜内滴加当量为1000的聚醚多元醇55.3份，滴加完毕后，在60～90℃之间保温3小时，获得NCO％为10.5的预聚体，即为A组分。B组分是由阻燃聚醚50.6份、聚氧化丙烯二胺(DA-2000)21.2份、聚氧化丙烯三胺(TA-5000)11.8份、二乙基甲苯二胺(DETDA)16.4份混合搅拌制得。将A、B两组分通过美国Gusmer公司的20-35主机和GX-7喷枪按1∶1(体积比)喷涂形成结构阻燃型聚氨酯弹性体。主要用于屋顶防水、工厂地坪、水处理设施等领域。该聚氨酯弹性体的主要物理性能见表2：

 表2聚氨酯弹性体的主要物理性能

项目	指标
		凝胶时间	10秒
拉伸强度	10Mpa
		断裂伸长率	250％
撕裂强度	45KN/m
		硬度，邵氏A	80
氧指数	26

通过上述实施例可以看出：采用本发明所述的结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料及其施工方法得到的涂层具有优异的物理性能，它阻燃效果好，体系粘度低，化学性质稳定，同时它固化快，可在任意曲面、垂直面及顶面连续喷涂而不产生流挂现象，一次施工即可达到厚度要求，大大缩短了施工周期，在实际施工时对环境温度、湿度不敏感，适应性极强。

Claims (8)

1、一种结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料，其特征是：它由A和B两组分按0.8～1.8的体积比组成，其中A组分是由低官能度的多异氰酸酯和聚醚多元醇合成的半预聚物，多异氰酸酯占37～78份，官能度低于2.4，聚醚多元醇占22～63份，官能度为2～4；B组分包括10～35份胺类扩链剂，20～50份阻燃聚醚，30～70份端氨基聚醚。

2、根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征是：所述A组分所用的多异氰酸酯可采用4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、碳化二亚胺改性的4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯或其混合物；也可使用脂肪族多异氰酸酯。

3、根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征是：所述A组分所用的聚醚多元醇选自聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚或聚异戊四醇醚，其羟基当量至少在500以上；所用的聚醚多元醇还包括聚四氢呋喃醚二醇，其羟基当量在300～1000之间。

4、根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征是：所述B组分所用的阻燃聚醚是一种在聚醚多元醇介质中分散或局部接枝三聚氰胺为主的聚合物聚醚多元醇。

5、根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征是：所述B组分所用的端氨基聚醚是含有氧化乙烯或氧化丙烯主链、胺基封端的聚醚多元醇。

6、一种权利要求1所述聚氨酯弹性体材料的施工方法，其特征在于它包括以下步骤：

1)合成A组分，将精确计量的多异氰酸酯加入反应釜中，冲入氮气，均匀搅拌，加热至50～80℃，向釜中滴加精确计量的聚醚多元醇，边搅拌边保温，滴加完毕后，在60～90℃之间保温3小时，取样测游离异氰酸酯基含量在10～18％之间，冷却出料，即得异氰酸酯过量的半预聚物；

2)制备B组分，将阻燃聚醚、胺类扩链剂、端氨基聚醚、色浆及添加剂，在常温常压下搅拌混合均匀，用200目筛网过滤后出料；

3)选择喷涂设备及其配套部件，包括主机、喷枪、可加热的物料输送管、搅拌物料泵、物料贮罐、空压机等；

4)将整套喷涂设备安装在施工车上，同时接上物料输送管，两种原料A、B按0.8～1.8的体积比计量后，通过物料输送管送到喷枪，混合均匀、加压后喷涂到物体表面，瞬间生成结构阻燃型喷涂聚氨酯弹性体材料。

7、根据权利要求6所述的施工方法，其特征是：步骤2)中所述添加剂可以是抗氧剂、紫外光吸收剂。

8、根据权利要求6所述的施工方法，其特征是：步骤4)中A、B两种原料的设定压力为55～70Kg/cm²，温度为60～80℃，软管的设定温度为60～75℃，在喷枪混合室内两组分的粘度低于200cps，喷涂时两组分的动态压力差低于14Kg/cm²。