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喷涂聚氨酯、聚氨酯(脲)配方设计要点

信息来源:paintkey.com  时间:2009-07-13  浏览次数:250

  虽然喷涂聚氨酯、聚氨酯(脲)存在一些不足,但由于其明显的价格优势,一直引起人们的浓厚兴趣。通过大量的实验室研究和工程实践积累,人们总结出一些提高喷涂聚氨酯、聚氨酯(脲)体系性能的方法。这些方法与制备浇注型聚氨酯弹性体非常相似,但更加强调喷涂过程中对抵抗水发泡问题的解决,下面简要介绍如下。

  (1)A组分在喷涂聚氨酯、聚氨酯(脲)弹性体组成中,为了减少异氰酸酯挥发对施工者和环境的损害,几乎都采用挥发性低、毒性小的二苯甲烷4,4’二异氰酸酯(MDI)及其衍生物,例如,碳化二亚胺化二异氰酸酯(俗称“液化MDI”)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)等,基本上不使用甲苯二异氰酸酯(TDI)作为异氰酸酯组分。  

A组分中异氰酸酯基团(-NCO)的百分含量称为异氰酸酯含量,通常用(NCO%)表示。体系中异氰酸酯的含量对生成的弹性体性能有着非常重要的影响,在喷涂聚氨酯、聚氨酯(脲)弹性体组成中,异氰酸酯含量的变化范围在3%~30%之间。采用预先合成预聚物的方法有助于喷涂弹性体总体性能的提高,通常将异氰酸酯含量低于12%的合成产物称为预聚物;将异氰酸酯含量介于12%~25%之间的合成产物称为半预聚物或假预聚物。

  A组分中异氰酸酯的含量对其自身的黏度有着明显的影响,见表1-2。由于异氰酸酯与空气中水分的反应活性很高,因此通常需要将盛装异氰酸酯的容器中充入氮气或干燥空气。

表1-2 异氰酸酯含量与黏度的关系



  为了减少水分对喷涂弹性体的影响,尽量选择半预聚物而少选纯异氰酸酯单体或预聚物。其优点是:①对空气中水分的敏感性低;②生成的弹性体力学性能好;③黏度低,适合于喷涂作业,同时体系中的异氰酸酯指数(NCO Index)控制在1~1.05,这将有利于减少各种微量水分因素对材料性能的影响。

  (2)R组分 影响R组分的因素比较多,下面分别进行介绍。

  ①聚合物多元醇 为了便于喷涂施工,聚合物多元醇常常选用液体聚醚多元醇,而不选用固体或半固体的聚酯多元醇、聚四氢呋喃聚醚(PTMEG)等原料。从耐水角度考虑,在选用液体聚醚多元醇时,尽量选择环氧丙烷封端,而不要选择环氧乙烷封端。

  聚醚多元醇的羟值控制在25~1050;官能度选择范围在2~6之间。总之,羟值高、官能度高的体系强度大、伸长率低、弹性差;反之则强度小、伸长率高、弹性好。

  聚醚多元醇和扩链剂组成的树脂组分也有吸湿性,最大吸湿率可以达到2%,因此,喷涂弹性体所要求聚醚含水量低于0.5‰,同时必须密封贮存,最好也像异氰酸酯组分一样,充入氮气或干燥空气。

  ②扩链剂 在早期的喷涂纯聚氨酯体系中,扩链剂全部是含羟基的低分子得的。其中的R组分必须是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成的,在端氨基树脂中,不得含有任何羟基成分和催化剂,但可以含有便于颜料分散的助剂。

  喷涂弹性体最早起源于20世纪70年代,初期的品种是喷涂聚氨酯弹性体(简称SPU),但在施工时体系容易与周围环境中的水分、湿气反应,产生二氧化碳,生成泡沫状弹性体(foAmyelASTomer),造成材料力学性能不稳定。因此,人们很快想到在树脂组分中引入端氨基化合物,即喷涂聚氨酯(脲)弹性体(简称SPU(A))。这样,可有效地阻止异氰酸酯与水分、湿气的反应,材料力学性能得到很大改善,工程应用明显增加。

  但是,喷涂聚氨酯(脲)弹性体仍然没有从根本上解决体系的发泡问题,在工程实践中,还是经常显现喷涂、聚氨酯(脲)弹性体的一些缺陷。20世纪80年代中期,美国Te×Aco(即现在的HUnTSmAn)公司在世界上率先开发出喷涂聚脲弹性体材料(简称SPUA),从而从根本上解决了困扰施工界的重大技术难题。在海洋化工研究院的带领下,SPUA技术在我国得到了良好的发展,并日益受到人们的关注。

  山西化工研究所张全升等人于20世纪90年代,曾经使用BAyer公司的G31喷涂机开展SPU技术的研究与开发。但是,由于技术和市场的原因,未能得到大规模的商业应用。1995年海洋化工研究院的黄微波等人,在国内率先开展了SPUA技术的研究与开发,商品牌号为SPUA,获得了很好的商业应用业绩,系列产品涉及防腐、防水、防滑、装饰、布景、道具、耐磨、耐酸、耐碱、耐老化、抗冲击等众多领域,并陆续发表了大量文章,申请了发明专利。2000年江苏化工研究所的郁维铭等人开始SPU(A)的探索,商品牌号为JSU,应用领域涉及隧道防水、水闸防腐。2001年湖南湘江涂料集团有限公司的廖有为等人开展了SPUA技术在皮卡车耐磨衬里方面应用的研制,商品牌号为“优力”。2001年烟台华特聚氨酯公司的李洪剑等人开展了喷涂刚性SPU技术在屋面防水、管道防腐的应用。2004年10月,烟台万华聚氨酯股份有限公司宣布,依托其设在北京的研究院,开发SPUA技术所需基础原材料。与此同时,美国SPI公司(代理商是上海信茂国际贸易有限公司)、美国联合涂料公司、加拿大麦迪逊公司、德国巴斯夫公司、韩国一山聚氨酯公司、国都化学公司、中国台湾环聚等公司也陆续将它们的产品销往中国市场。
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