CN103709923B - 一种耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物及其制备方法和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物及其制备方法和施工方法，该组合物按质量计包括，A组分：聚合物多元醇A35％～70％，增塑剂3％～9％，异氰酸酯25％～60％，NCO/OH摩尔比为1.5～5.72；B组分：有机胺固化剂13％～30％、增塑剂0％～75％、聚合物多元醇B0％～80％，催化剂0.1％～1％；A与B的体积比为100/50～100/100。该组合物既适于高压喷涂也适于静态混合喷涂，可以在室温下或者加热的情况进行喷涂作业，对湿度不敏感，即使在相对湿度大于70％环境下或潮湿基面上甚至下雨天施工也无发泡、鼓包现象，达到喷涂聚脲的效果。所得涂层耐磨性好。

Description

一种耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物及其制备方法和施工方法

技术领域

本发明涉及喷涂聚氨酯领域，特别涉及耐磨损聚氨酯涂层的制备和施工方法。

背景技术

铁矿由于贫矿多和伴生有其他组分的综合矿多，矿石的硬度比较大，磁选机的磁滚筒筒皮使用中不断地受到0～15mm以下的颗粒状铁矿石的冲击，磨损严重，所以磁选机经常发生磁滚筒筒皮被矿石磨破的情况。一旦筒皮磨穿，矿浆将进入磁滚筒吸附在磁系表面导致筒皮与磁系之间抱死，或矿浆进入到轴承中导致轴承损坏。磁系是磁选机设备的心脏，当磁系受到损坏，将导致整台磁选设备瘫痪，解决好筒皮防护是非常重要的。筒皮防护层是对永磁筒式磁选机筒体的一种加固，是延长筒皮寿命最有效的方法。

日本专利(JP平2-258877)中公开了一种喷雾聚氨酯弹性体的制备方法，是由多异氰酸酯、聚四亚甲基醚二元醇等与一种树脂组分混合而得，该树脂组分是由聚四亚甲基醚二元醇、特选的扩链剂、有机铋化合物催化剂等混合而得。所得弹性体具有高密度、高强度和高耐热性能。该专利采用有机铋催化剂制得的喷涂聚氨酯弹性体，仅在模塑温度6.3-27.8℃，相对湿度30％-68％条件下考查了物料的可模塑性和可固化性。实际上施工现场相对湿度常常大于68％，这样的环境下施工物料会发泡，而丧失模塑性；该专利还必须使用高压喷雾器。

中国专利CN102108243B使用价格昂贵的端氨基聚醚制备的聚脲喷涂聚氨酯涂层，其磨耗量可低至0.07cm³/1.61km。

发明内容

针对现有喷涂聚氨酯树脂高湿环境下易发泡、鼓包，耐磨性差、使用寿命短的不足，本发明要解决的第一个技术问题是提供一种耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，该组合物可在相对湿度大于70％的环境下施工而不发泡。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种该组合物的制备方法。

本发明要解决的第三个技术问题是提供一种该树脂组合物的施工方法。

本发明提供的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，按质量计包括以下组成：

A组分：聚合物多元醇A35％～70％，增塑剂3％～9％，异氰酸酯25％～60％，NCO/OH摩尔比为1.5～5.72；NCO％＝4.5％～16％。

B组分：有机胺固化剂13％～30％、增塑剂0％～75％、聚合物多元醇B0％～80％，催化剂0.1％～1％。

A与B的体积比为100/50～100/100。

所述聚合物多元醇A包括聚四氢呋喃二元醇、聚己内酯二元醇或三元醇、聚环氧丙烷二元醇或三元醇、聚四氢呋喃二元醇和聚环氧丙烷二元醇或三元醇的掺混物、聚四氢呋喃二醇与聚己内酯二醇或三元醇的掺混物等。其中，聚四氢呋喃二醇包括四氢呋喃与3-甲基四氢呋喃共聚醚二元醇、四氢呋喃与3，3-二甲基氧杂环丁烷共聚醚二元醇或四氢呋喃与3-甲基四氢呋喃共聚醚二元醇等。

所述催化剂包括稀土金属络合物催化剂、有机汞催化剂或稀土金属络合物催化剂与有机铋催化剂复配催化剂。稀土金属络合物催化剂与有机铋催化剂的质量比以不低于2/1为宜。因有机汞催化剂对环保不利，应尽量采用对环境友好的催化剂。有机铋催化剂如三新癸酸铋等；稀土金属络合物催化剂，如广州优润合成材料有限公司生产的CUCAT系列催化剂。

所述聚合物多元醇B包括聚醚多元醇和常温下为液态的聚酯多元醇。聚醚多元醇可以是聚四氢呋喃二醇、环氧丙烷均聚醚或与环氧乙烷共聚醚等。常温下为液态聚酯多元醇，比如己二酸新戊二醇丁二醇酯、己二酸乙二醇二甘醇酯、己二酸二甘醇酯、聚己内酯多元醇等。

为进一步提高耐磨性、降低成本、提高性能和改善工艺性能，B组分中还可加耐磨填料，如碳化硅、空心玻璃微珠、陶瓷微球、三氧化二铝、二氧化钛、二硫化钼、石墨等中的一种或几种的混合物。用量为B组分质量的0％～3.5％，优选添加量为2％～2.5％。

所述异氰酸酯如芳香族二异氰酸酯、芳香族多异氰酸酯或改性芳香族异氰酸酯等中的一种或几种的混合物。如甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)；改性异氰酸酯如碳化二亚胺改性的液化MDI等。异氰酸酯的官能度一般为2.0～2.3。

所述增塑剂如芳香族或脂肪族的二元醇与脂肪酸生成的酯，包括邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯、对苯二甲酸二辛酯、丁二酸二辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、碳酸二丙酯或2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯等。

所述的有机胺固化剂如3，5-二乙基甲苯二胺(DETDA)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯(TX-2)、2，4-二氨基-3-甲硫基-5-丙基甲苯(TX-3)、N，N′-二烷基甲基二胺等中的一种或几种。

在制备A组分的反应中，加入低分子量二元醇，以提高涂层初始强度。如1，3-丁二醇，一缩二丙二醇或一缩二乙二醇等，一般不超过A组分质量的2.5％。

上述聚氨酯树脂组合物B组分中还可加入适量流变调节剂如气相二氧化硅、有机改性膨润土或聚酰胺等。也可加入消泡剂，如德国BYK化学公司产BYK-555、硅烷类消泡剂等，优选加入量为B组分重量的0.1％～0.5％。

本发明组合物制备方法包含以下步骤：

(1)A组份制备：将计量的异氰酸酯加入反应器中，加入已脱水的聚合物多元醇A和增塑剂，在75～80℃下反应1.5-2h，取样分析异氰酸酯基含量达到要求值后，降温出料，密封备用。

(2)B组份制备：将计量的有机胺类固化剂、增塑剂、聚合物多元醇B、催化剂、选择性添加成分，在50±2℃下混合1h，出料密封保存。

本发明喷涂聚氨酯树脂组合物既适于高压喷涂也适于静态混合喷涂，可以在室温下或者加热的情况进行喷涂作业，静态混合喷涂工艺包括以下步骤：

(1)将喷涂物料装入双筒式包装内；

(2)装上流量限制器、混合器/喷嘴；

(3)利用可以快速连接的耦合器将喷枪与压缩空气连接，将所述A、B两个组分在1：1～2：1固定体积比的静态混合型双组份喷涂设备中进行计量、加压、升温后，通过喷枪喷到底材上，固化得喷涂聚氨酯弹性体材料。使用的空气压力为5～9Bar，最佳施工压力为6～7Bar。

本发明的聚氨酯组合物具有下列优点：

1.对湿度不敏感，即使在相对湿度大于70％环境下或潮湿基面上甚至下雨天施工也无发泡、鼓包现象，达到喷涂聚脲的效果；

2.耐磨性好；

3.本发明喷涂聚氨酯树脂组合物既适于高压喷涂也适于静态混合喷涂，如采用Spray胶枪，静态混合的工艺进行施工。

聚脲喷涂聚氨酯树脂的显著优点是对施工现场的湿度不敏感，但通常要使用价格贵的端氨基聚醚。本发明不使用端氨基聚醚，通过使用稀土金属络合物催化剂或稀土金属络合物催化剂与有机铋催化剂复配，制得非聚脲喷涂聚氨酯树脂，具有与聚脲喷涂聚氨酯树脂同样对施工现场湿度不敏感的优点。所得弹性体可用于矿山的磁选机滚筒涂层、螺旋溜槽涂层、浮选设备衬里等异型材耐磨要求较高的应用场所。性能可满足这些应用的要求，具有施工工艺好、磨耗低的优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

具体实施例中的制备工艺如下：

(1)A组分制备：

按表1所示原料加入反应釜中，在氮气气氛中于75～80℃反应2h，得到A组分。

(2)B组分制备：

按表2所示原料加入反应釜中，混合均匀，即得B组分。

实施例1-5和比较例所用原料见表1、表2。其中主要原料代号说明如下：

MDI：二苯基甲烷二异氰酸酯；

MDI-50：二苯基甲烷二异氰酸酯(4，4’-、2，4’异构体各占50％)

TDI：甲苯二异氰酸酯；

PTMEG-1000：聚四亚甲基醚二醇，相对分子质量1000±50；

PTMEG-650：聚四亚甲基醚二醇，相对分子质量650±25；

GE-210：聚环氧丙烷二元醇，OH＝107-117mgKOH/g；

EP-551C，聚环氧丙烷三元醇OH＝54-58 mgKOH/g，山东东大化工集团；

GE-220，聚环氧丙烷二元醇OH＝54.5-57.5 mgKOH/g；

PCL205：相对分子质量530的聚己内酯二醇，日本大赛璐化学工业株式会社；

PDN：己二酸新戊二醇丁二醇酯，OH＝53-59mgKOH/g；

TXIB：2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯；

DETDA：3，5-二乙基甲苯二胺；

Wandalink6200：N，N′-二烷基甲基二胺，烟台万华聚氨酯股份有限公司；

CUCAT：稀土金属络合物催化剂，广州优润合成材料有限公司；

有机铋催化剂，美国领先化学品公司；

BYK555：消泡剂德国BYK化学公司；

空心玻璃微珠：美国3M公司；

气相二氧化硅：德国Degussa公司；

首先，安装双筒式包装材料前检查喷枪的所有功能。利用可以快速连接的耦合器将喷枪与压缩空气管道连接起来。A组分和B组分以体积比1：1～1：2在空气压力为6～7Bar下，采用Spray双筒式包装进行施工。操作前确保压缩空气中无水及油类物质。

料液通过喷涂得到厚度约为2mm的试片，试片在23℃恒温室中培养7天，按下列标准测定其物理性能，测试结果见表3。

表1A组分加料量(g)

表2B组分加料量(g)

表3涂层的主要性能

由表3可以看出，按本发明方法制得的聚氨酯材料具有很好的综合力学性能，尤其是磨耗低，在高湿环境施工无发泡现象，膜表面致密光滑，可满足磁选机滚筒涂层、螺旋溜槽涂层、浮选设备衬里等异型材耐磨要求较高的应用要求。

Claims (10)

1.一种耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，按质量计包括以下组成：

A组分：聚合物多元醇A 35％～70％，增塑剂3％～9％，异氰酸酯25％～60％，NCO/OH摩尔比为1.5～5.72；NCO％＝4.5％～16％；

B组分：有机胺固化剂13％～30％、增塑剂0％～75％、聚合物多元醇B 0％～80％，催化剂0.1％～0.5％；

A与B的体积比为100/50～100/100；

所述聚合物多元醇A包括聚四氢呋喃二元醇、聚己内酯二元醇或三元醇、聚环氧丙烷二元醇或三元醇、聚四氢呋喃二元醇和聚环氧丙烷二元醇或三元醇的掺混物、聚四氢呋喃二元醇与聚己内酯二元醇或三元醇的掺混物，其中，聚四氢呋喃二元醇包括四氢呋喃与3-甲基四氢呋喃共聚醚二元醇、四氢呋喃与3，3-二甲基氧杂环丁烷共聚醚二元醇；

聚合物多元醇B包括聚醚多元醇和常温下为液态的聚酯多元醇；

所述催化剂包括稀土金属络合物催化剂、有机汞催化剂或稀土金属络合物催化剂与有机铋催化剂复配催化剂。

2.按照权利要求1所述的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，其特征是聚合物多元醇B中聚醚多元醇是指聚四氢呋喃二醇、环氧丙烷均聚醚或与环氧乙烷共聚醚；液态的聚酯多元醇是指己二酸新戊二醇丁二醇酯、己二酸乙二醇二甘醇酯、己二酸二甘醇酯或聚己内酯多元醇。

3.按照权利要求1所述的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，其特征是稀土金属络合物催化剂与有机铋催化剂的质量比不低于2/1，有机铋催化剂是指三新癸酸铋。

4.按照权利要求1-3之一所述的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，其特征是异氰酸酯是指芳香族二异氰酸酯、芳香族多异氰酸酯或改性芳香族异氰酸酯中的一种或几种的混合物。

5.按照权利要求4所述的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，其特征是异氰酸酯是指甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、碳化二亚胺改性的液化MDI形成的改性异氰酸酯，异氰酸酯的官能度为2.0～2.3。

6.按照权利要求1-3之一所述的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，其特征是所述增塑剂是指邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯、对苯二甲酸二辛酯、丁二酸二辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、碳酸二丙酯或2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯。

7.按照权利要求1-3之一所述的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，其特征是所述的有机胺固化剂是指3，5-二乙基甲苯二胺(DETDA)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯(TX-2)、2，4-二氨基-3-甲硫基-5-丙基甲苯(TX-3)、N，N′-二烷基甲基二胺中的一种或几种。

8.按照权利要求1-3之一所述的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物，其特征是在制备A组分的反应中还加入低分子量二元醇，不超过A组分质量的2.5％；B组分中还加入适量流变调节剂和/或占B组分质量0.1％～0.5％的消泡剂。

9.一种制备权利要求1-8之一所述的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物的方法，包含以下步骤：

(1)A组份制备：将计量的异氰酸酯加入反应器中，加入已脱水的聚合物多元醇A和增塑剂，在75～80℃下反应1.5-2h，取样分析异氰酸酯基含量达到要求值后，降温出料，密封备用；

(2)B组份制备：将计量的有机胺固化剂、增塑剂、聚合物多元醇B、催化剂，在50±2℃下混合1h，出料密封保存。

10.一种权利要求1-8之一所述的耐磨喷涂聚氨酯树脂组合物静态混合喷涂工艺，包括以下步骤：

(1)将喷涂物料装入双筒式包装内；

(2)装上流量限制器、混合器、喷嘴；

(3)利用可以快速连接的耦合器将喷枪与压缩空气连接，将所述A、B两个组分在1∶1～2∶1固定体积比的静态混合型双组份喷涂设备中进行计量、加压、升温后，通过喷枪喷到底材上，固化得喷涂聚氨酯弹性体材料，使用的空气压力为5～9Bar。