一种用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物、制备方法
及设备
技术领域
背景技术
[0002] 随着材料技术的发展，越来越少采用实木材料，而采用其他材料代替木材。这些材料均需要进行表面喷涂作业。例如，对
混凝土材料、金属材料、木塑
复合材料等制成的仿木
栏杆、
门窗、家具等产品，其对于喷涂材料和工艺均有着特定的要求。在涂漆过程中，应注意仿木条在表面上的均匀度，光洁度等，使涂料表面均匀，
亮度均匀。部件表面不应有误，
泄漏涂层，涂层不应有剥离，涂层应均匀，无明显皱纹，脱落，气泡等。涂层厚度，
涂装次数应符合设计要求，刷(喷涂)底漆，成品和保护漆，成品
颜色和纹理要达到设计要求。喷涂工艺要点：①涂料的混合，应满足上一个和下一个涂层间隔，由技术人员根据涂料制造商提供的产品手册，检验报告指导施工。②刷涂工具，应根据涂装工具的特性，彻底清洗其他涂料。仿木喷涂可形成的纹理主要有：仿木料
断层纹、仿竹纹、仿树皮纹等；仿木喷涂的产品包括：仿木栏杆、仿木花箱、仿木垃圾箱、仿木树桩、仿木花车、仿木
啤酒桶、仿木凳子、仿木桌椅、仿木摆件、仿木构件、仿竹小品等系列产品。
[0003] 在喷涂材料的制备过程中，根据1987年定的《关于消耗臭
氧层的蒙特利尔议定书》，含氟发泡剂到2020年只能使用发泡总量的0.5％，这对整个业内都是一个极大的挑战，这十年来，氟
烃替代品也不断出现，但总不尽人意，水也有其优缺点，所以通过调整配方，在一定程度上弥补其缺点，使产品最终性能达到单一领域内产品的性能要求，从而解决即将面临的法律法规和客户需求。全水发泡技术及产品应运而生。但是，全水发泡材料的性能较低而成本却偏高，喷涂性能不佳、涂层形成的纹理不清晰，影响了其推广应用。
[0004] 聚氨酯喷涂材料作为冷库保温材料的主要材料之一，据不完全统计，每年用量约100多万吨，自从F11禁用以来，大多企业都开始用HCFC141B替代，然而，HCFC-141B价格如今已经提高了2倍以上，材料成本的大幅提高，导致产品整体价格快速上涨，对市场冲击很大。
[0005] 因此，本发明的目前是在使材料符合环保标准的条件下，通过改进产品的组分、工艺及设备，针对仿木产品喷涂的特定需求，
力求提升产品性能、降低成本，以满足市场的需求。
发明内容
[0006] (一)解决的技术问题
[0007] 针对
现有技术的不足，本发明提供一种用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物、制备方法及设备，重点通过对聚氨酯组合物、制备方法及设备的同步改进，以解决现有的聚氨酯喷涂材料存在组分成本高、综合性能较差、喷涂性能不佳、涂层形成的纹理不清晰以及生产成本高，不能满足市场需求等问题。
[0008] (二)技术方案
[0009] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0010] 一种用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物，其是由如下重量份的组分制备而成：
[0011] 聚醚：85份；聚酯：15份；交联剂：3～5份；催化剂：1～5份；整泡剂：2～5份；水：1～1.5份。
[0012] 前述用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
[0013] S1、原材料配置：按照设定的重量比例将聚醚和聚酯置于配备装置内进行配置；
[0014] S2、换热、
研磨：将配备好的浆料
泵送至研磨设备内进行研磨，在浆料泵送的过程中通过换热设备进行换热，通过提高浆料的
温度来降低
粘度，保证浆料不会因在管道内
散热后导致粘度过高，继而通过研磨设备将浆料中的固体物料研磨细化后从筛孔流出；
[0015] S3、脱水、搅拌、反应：将步骤S2研磨后的浆料输送至聚氨酯反应容器内，对浆料进行搅拌、加热和抽
真空，使聚氨酯反应容器升温至110～120℃，在真空环境下脱水2～3h，脱水完成后解除真空，并降温至60～75℃，向聚氨酯反应容器内加入交联剂，搅拌30～40min，再降温至40～50℃，相继加入催化剂、整泡剂和水搅拌20～30min；
[0016] S4、计量灌装、检测：对出料成品进行计量灌装，灌装、
质量检测后入库，制得用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物成品。
[0017] 作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S2中，所述研磨设备在对固体物料研磨细化的过程中需要进行冷却降温，防止研磨设备的筒内因聚氨酯浆料、研磨介质和圆盘等相互摩擦所产生的热量影响产品质量。
[0018] 作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S3中，所述聚氨酯反应容器的加热方式为
蒸汽加热，采用蒸汽加热较之燃油、电加热蒸汽
锅炉相比，可以减少30％的能耗，
蒸汽发生器的受热面积能达到92％，再加上配套的省
煤器，使所产生的热量能够被锅炉充分吸收，大大节省了锅炉的运行成本。
[0019] 作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S3中，所述聚氨酯反应容器的降温方式为
冷却水降温，由于聚氨酯反应容器要从115℃降温到70℃，需要150min左右，聚氨酯反应容器采用冷水降温，反应釜从115℃降温到70℃只需70min，大大缩短了降温时间，提高了生产效率。
[0020] 作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S3中，所述聚氨酯反应容器通过真空设备进行抽真空，所述聚氨酯反应容器与真空设备之间管道
串联有缓冲容器，通过缓冲容器用于检查物料是否被抽出，同时起到储存的作用。
[0021] 前述用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物的制备设备，包括储料罐、配料罐、换热器、研磨机、反应釜、
真空泵、缓冲罐、锅炉蒸汽制备设备、和冷却
水循环设备和控
制模块，其中，所述配料罐、换热器和研磨机依次串联于储料罐和反应釜之间的连接管道上，所述储料罐，与配料罐，的连接管道上设有与
控制模块电性连接的
电子计量器，所述储料罐与配料罐以及配料罐与换热器的连接管道上均设有与控制模块电性连接的输送泵，所述真空泵通过
负压管与反应釜的反应腔连通，所述缓冲罐的顶部设有与控制模块电性连接的驱动
电机，所述缓冲罐的顶部对应
驱动电机的一侧设有进料口，所述缓冲罐的底部设有出料口，所述缓冲罐的反应腔内设有连接驱动电机的搅拌器，所述反应釜的外表面套设有夹套，所述夹套的内部设有加热腔，所述加热腔管道连接有锅炉蒸汽制备设备，所述反应釜的内壁内部设有用于导热的热交换板，所述反应釜的内壁上设有冷却盘管，所述冷却盘管的进水端和出水端分别连接有冷却水输送管和冷却水输出管，所述冷却盘管、冷却水输送管、冷却水输出管与冷却水循环设备构成冷却水循环系统。
[0022] 作为本发明的一种优选技术方案，所述反应釜的底端嵌装有温度检测
探头，所述温度检测探头与控制模块电性连接，利用温度检测探头实时监测反应釜内浆料的反应温度，便于通过控制模块进行降温控制。
[0023] 作为本发明的一种优选技术方案，所述输送泵采用
隔膜泵，由于聚氨酯原料在配置完成后形成的浆料黏度较高，使用
离心泵或
齿轮泵的打料速度较慢，影响生产效率，而隔膜泵是采用空气为动力，流量可以随背压的变化自动调整，因此采用采用隔膜泵作为浆料输送泵。
[0024] 作为本发明的一种优选技术方案，锅炉蒸汽制备设备采用燃煤蒸汽锅炉，处于环保节能的考虑，燃煤蒸汽发生器与燃油、电加热蒸汽锅炉相比，可以减少30％的能耗，蒸汽发生器的受热面积能达到92％，再加上配套的省煤器，使所产生的热量能够被锅炉充分吸收，大大节省了锅炉的运行成本。
[0025] (三)有益效果
[0026] 与现有技术相比，本发明提供的用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物、制备方法及设备，具备以下有益效果：
[0027] 1、本发明提供的用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物、制备方法及设备，重点通过对聚氨酯组合物、制备方法及设备的同步改进，使聚氨酯组合物喷涂材料的组分成本降低、综合性能提高、喷涂性能好、涂层形成的纹理清晰以及降低了生产成本，可以满足市场需求，有利于大范围推广应用。
[0028] 2、本发明提供的组合物，通过在配方里引进低粘度的
水溶性高的聚醚，添加特种
表面活性剂提高发泡过程中
泡沫对因水与异氰酸酯反应产生的聚脲的溶解，搭配各种多元醇的量使配方材料硬度达到50D，与现有的聚氨酯组合物涂料相比，解决了泡沫脆性的问题，与基材的粘接力略高于HCFC-141系喷涂材料，提升了涂料与基材的粘接力，以及解决了
隔热性能的问题，使涂料的保温、隔热效果更佳，保温效果与HCFC-141系喷涂材料相当。
[0029] 3、该用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物、制备方法及设备，利用水作为发泡剂既环保又安全，无需改造生产设备，生产工艺变化不大的同时，因无大量的物理发泡剂挥发，从整体上来计算，原料成本较HCFC-141系喷涂材料降低20％以上，降低了生产成本，同时提升了材料的综合性能。
附图说明
[0030] 图1为本发明聚氨酯组合物的制备设备的整体结构示意图；
[0031] 图2为本发明中反应釜的结构示意图；
[0033] 图中：1、储料罐；2、配料罐；3、换热器；4、研磨机；5、反应釜；6、真空泵；7、缓冲罐；8、电子计量器；9、输送泵；10、负压管；11、驱动电机；12、搅拌器；13、夹套；14、加热腔；15、热交换板；16、冷却盘管；17、冷却水输送管；18、冷却水输出管；19、进料口；20、出料口；21、温度检测探头。
具体实施方式
[0034] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 实施例
[0036] 实施例1：
[0037] 请参阅图1-3，本发明提供的用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物，聚氨酯组合物是由如下重量份的组分制备而成：
[0038] 聚醚：85份；聚酯：15份；交联剂：3～5份；催化剂：1～5份；整泡剂：2～5份；水：1～1.5份。
[0039] 本发明还提供上述用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
[0040] S1、原材料配置：按照设定的重量比例将聚醚和聚酯置于配备装置内进行配置；
[0041] S2、换热、研磨：将配备好的浆料泵送至研磨设备内进行研磨，在浆料泵送的过程中通过换热设备进行换热，通过提高浆料的温度来降低粘度，保证浆料不会因在管道内散热后导致粘度过高，继而通过研磨设备将浆料中的固体物料研磨细化后从筛孔流出；
[0042] S3、脱水、搅拌、反应：将步骤S2研磨后的浆料输送至聚氨酯反应容器内，对浆料进行搅拌、加热和抽真空，使聚氨酯反应容器升温至110～120℃，在真空环境下脱水2～3h，脱水完成后解除真空，并降温至60～75℃，向聚氨酯反应容器内加入交联剂，搅拌30～40min，再降温至40～50℃，相继加入催化剂、整泡剂和水搅拌20～30min；
[0043] S4、计量灌装、检测：对出料成品进行计量灌装，灌装、质量检测后入库，制得用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物成品。
[0044] 具体的，步骤S2中，研磨设备在对固体物料研磨细化的过程中需要进行冷却降温，防止研磨设备的筒内因聚氨酯浆料、研磨介质和圆盘等相互摩擦所产生的热量影响产品质量。
[0045] 具体的，步骤S3中，聚氨酯反应容器的加热方式为蒸汽加热。
[0046] 本实施例中，采用蒸汽加热较之燃油、电加热蒸汽锅炉相比，可以减少30％的能耗，蒸汽发生器的受热面积能达到92％，再加上配套的省煤器，使所产生的热量能够被锅炉充分吸收，大大节省了锅炉的运行成本。
[0047] 具体的，步骤S3中，聚氨酯反应容器的降温方式为冷却水降温。
[0048] 本实施例中，由于聚氨酯反应容器要从115℃降温到70℃，需要150min左右，聚氨酯反应容器采用冷水降温，反应釜从115℃降温到70℃只需70min，大大缩短了降温时间，提高了生产效率。
[0049] 具体的，步骤S3中，聚氨酯反应容器通过真空设备进行抽真空，聚氨酯反应容器与真空设备之间管道串联有缓冲容器，通过缓冲容器用于检查物料是否被抽出，同时起到储存的作用。
[0050] 本发明还提供上述用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物的制备设备，包括储料罐1、配料罐2、换热器3、研磨机4、反应釜5、真空泵6、缓冲罐7、锅炉蒸汽制备设备和冷却水循环设备和控制模块，其中，配料罐2、换热器3和研磨机4依次串联于储料罐1和反应釜5之间的连接管道上，储料罐1与配料罐2的连接管道上设有与控制模块电性连接的电子计量器8，储料罐1与配料罐2以及配料罐2与换热器3的连接管道上均设有与控制模块电性连接的输送泵9，真空泵6通过负压管10与反应釜5的反应腔连通，缓冲罐7的顶部设有与控制模块电性连接的驱动电机11，缓冲罐7的顶部对应驱动电机11的一侧设有进料口19，缓冲罐
7的底部设有出料口20，缓冲罐7的反应腔内设有连接驱动电机11的搅拌器12，反应釜5的外表面套设有夹套13，夹套13的内部设有加热腔14，加热腔14管道连接有锅炉蒸汽制备设备，反应釜5的内壁内部设有用于导热的热交换板15，反应釜5的内壁上设有冷却盘管16，冷却盘管16的进水端和出水端分别连接有冷却水输送管17和冷却水输出管18，冷却盘管16、冷却水输送管17、冷却水输出管18与冷却水循环设备构成冷却水循环系统。
[0051] 本实施方案中，控制模块采用80C51
单片机，80C51单片机还用于真空泵6、锅炉蒸汽制备设备和冷却水循环设备的系统控制，在储料罐1和配料罐2的出料端上均设有与80C51单片机电性连接的
气动阀门，便于实现出料的智能控制；夹套13的
侧壁顶端设有连接加热腔14的蒸汽出口，夹套13的侧壁的侧壁底端设有冷凝水出口，冷凝水出口上连接有冷凝水输送管道，该管道上设有阀门，打开阀门继而实现冷凝水的排放；反应釜5上还设有氮气进口，氮气进口上连接有氮气输送管道，氮气输送管道上设有与80C51单片机电性连接的
电磁阀，通过控制电磁阀打开，向加热腔14内通入氮气，能够解除加热腔14真空状态。
[0052] 具体的，反应釜5的底端嵌装有温度检测探头21，温度检测探头21与控制模块电性连接。
[0053] 本实施例中，利用温度检测探头21实时监测反应釜内5浆料的反应温度，便于通过控制模块进行降温控制。
[0054] 具体的，输送泵9采用隔膜泵。
[0055] 本实施例中，由于聚氨酯原料在配置完成后形成的浆料黏度较高，使用离心泵或齿轮泵的打料速度较慢，影响生产效率，而隔膜泵是采用空气为动力，流量可以随背压的变化自动调整，因此采用采用隔膜泵作为浆料输送泵9。
[0056] 具体的，锅炉蒸汽制备设备采用燃煤蒸汽锅炉。
[0057] 本实施例中，处于环保节能的考虑，燃煤蒸汽发生器与燃油、电加热蒸汽锅炉相比，可以减少30％的能耗，蒸汽发生器的受热面积能达到92％，再加上配套的省煤器，使所产生的热量能够被锅炉充分吸收，大大节省了锅炉的运行成本。
[0058] 本发明的工作原理及使用流程：工作时，通过输送泵9将装有聚醚和聚酯原料的相应储料罐1内的原料输送至配料罐2内进行浆料配置，在原料输送的过程中通过电子计量器8进行流量计量，按设定的重量比例进行输送，输送至配料罐2内的浆料再由输送泵9泵送至研磨机4内进行研磨，在浆料输送的过程中通过换热器3进行换热，保证浆料不会因在管道内散热后导致粘度过高，继而通过研磨机4将浆料中的固体物料研磨细化后从筛孔流出，研磨后的由进料口19输送至反应釜5内，通过80C51单片机控制驱动电机11工作，驱动搅拌器
12对浆料进行均匀搅拌，同时控制真空泵6工作，将加热腔14抽真空，并由燃煤蒸汽锅炉向夹套13的加热腔14内通入蒸汽，通过蒸汽加热、热交换板15进行热传导，通过温度检测探头
21实时监测反应釜内5浆料的反应温度，至将浆料加热至110～120℃，在真空环境下对浆料脱水2～3h，浆料完成脱水后，向加热腔14内通入氮气，解除加热腔14真空状态，同时停止蒸汽输送，通过80C51单片机控制冷却水循环设备进行工作，在
循环泵的作用下，将冷却水由冷却水输送管17抽送至冷却盘管16内，在冷却水循环冷却作用下将浆料降温至60～75℃即止，向加热腔14内通入交联剂，搅拌30～40min，再利用冷却水循环系统将浆料降温至40～
50℃即止，相继加入催化剂、整泡剂和水搅拌20～30min，最终完成聚氨酯涂料的制备，对制备完成后的涂料经出料口20进行流量计量并管道输送至灌装或软
包装设备内进行灌装或软包装，质检完成后进行入库。
[0059] 实施例2：
[0060] 本实施例提供的用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物、制备方法及设备，基本上与实施例1相同，其不同之处在于：
[0061] 本实施例中，用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物其具体由如下重量份的组分制备而成：
[0062] 聚醚：60份；聚酯：15份；交联剂：3～5份；催化剂：3～5份；整泡剂：5～7份；水：5～10份。
[0063] 实施例3：
[0064] 本实施例提供的用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物、制备方法及设备，基本上与实施例1和实施例2相同，其不同之处在于：
[0065] 聚醚：60份；聚酯：15份；交联剂：1～3份；催化剂：2～4份；整泡剂：3～6份；水：4～8份。
[0066] 在其他实施例中，具体的工艺条件、组分及配比，可以在上述记载的范围内，根据需求选择，均可以达到本发明的技术效果；本发明不再一一列出。
[0067] 本发明提供的用于仿木喷涂全水发泡体系的聚氨酯组合物、制备方法及设备，重点通过对聚氨酯组合物、制备方法及设备的同步改进，使聚氨酯组合物喷涂材料的组分成本降低、综合性能提高、喷涂性能好、涂层形成的纹理清晰以及降低生产成本，可以满足市场需求，有利于大范围推广应用。
[0068] 本发明与现有的聚氨酯组合物涂料相比，解决了泡沫脆性的问题，与基材的粘接力略高于HCFC-141系喷涂材料，提升了涂料与基材的粘接力，同时解决了隔热性能的问题，使涂料的保温效果更佳，保温效果与HCFC-141系喷涂材料相当，且原料成本较HCFC-141系喷涂材料降低20％以上，大幅降低了生产成本。
[0069] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
