喷涂聚脲刚性材料及其施工方法
专利汇可以提供喷涂聚脲刚性材料及其施工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种100%固含量阻燃型 喷涂 聚脲刚性材料及其施工方法。该材料由A、R两组分组成，其中A组分是由65～75份 多异氰酸酯 和25～35份聚醚多元醇合成的半预聚物；R组分包括5～30份扩链剂、40～60份端 氨 基聚醚、10～30份阻燃剂。该材料喷涂到 泡沫 底材上后，瞬间就形成一层坚韧的保护层。主要应用于影视道具、布景，建筑装饰材料，雕塑，标本，以及展览用牌匾等领域。，下面是喷涂聚脲刚性材料及其施工方法专利的具体信息内容。
1、一种阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：由A、R两组分组成， 以重量计，A组分是由65～75份多异氰酸酯和25～35份聚醚多元醇合 成的半预聚物；R组分包括5～30份扩链剂、40～60份端氨基聚醚、10～ 30份阻燃剂。
2、根据权利要求1的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：该材料的 异氰酸酯指数在0.9～1.2之间。
3、根据权利要求1的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：A组分的 合成方法：将精确计量的多异氰酸酯加入有氮气保护的反应釜中，匀速 搅拌，加热至50-80℃，向反应釜中缓慢加入精确计量的聚醚多元醇，在 60～90℃下，保温反应3小时，取样分析，测所得半预聚物中的自由异 氰酸酯基(NCO)含量在18～25％之间，冷却出料。
4、根据权利要求1的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：所述的多 异氰酸酯选自碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸 酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、多 次甲基多苯基异氰酸酯，选取其中的一种或几种，其官能度高于2.0。
5、根据权利要求4的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：所述的多 异氰酸酯的官能度是2.0～2.7。
6、根据权利要求1的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：所述的聚 醚多元醇是选自聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚、 聚四氢呋喃醚二醇以及上述一种或几种的共聚物，选取其中的一种或多 种；也可选自低不饱和度的聚醚多元醇；聚醚多元醇的官能度为2～4， 羟基当量至少在500以上。
7、根据权利要求6的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：所述的聚 醚多元醇为22％以上环氧乙烷封端。
8、根据权利要求1的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：R组分中 的扩链剂包括胺类扩链剂：二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、N，N’ 二仲丁基亚甲基二苯胺、4，4’-二氨基二苯基甲烷、3，3’-二氯-4、4’ -二氨基二苯基甲烷、脂肪族多元胺，选取其中的一种或几种；还包括 醇类扩链剂：1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、三 乙醇胺，选取其中的一种或几种；还可使用胺类扩链剂和醇类扩链剂的 混合物；其官能度是2到3之间。
9、根据权利要求1的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：R组分中 的阻燃剂选自二甲基磷酸甲酯、3-β-氯丙基磷酸酯、3-二氯丙基磷酸酯、 二溴苯基多元醇、三溴苯基醇，也可以加入氢氧化铝、硼酸锌、三氧化 二锑，选取其中的一种或几种。
10、根据权利要求1的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，其特征在于：R组分 中还可加入抗氧剂、紫外光吸收剂或颜填料。
技术领域
本发明涉及到一种阻燃型喷涂聚脲刚性材料，具体是应用在泡沫保护 上的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，及其施工方法。
背景技术
在美国专利4940558里面公开了一种喷涂刚性聚氨酯材料，该专利A 组分采用端异氰酸根为32.1％的多苯基多次甲基多异氰酸酯100份，B组 分采用羟值为250的羟基聚醚三元醇21.8份、羟值为28的羟基聚醚二元 醇49.2份、羟值为770的羟基聚醚四元醇13.1份、羟值为1810的二元醇 扩链剂15.8份、二月桂酸二丁基锡0.1份等构成。A、B组分的体积比是1∶ 1，采用多组分高压喷涂设备进行施工。其性能为拉伸强度是21～63Mpa， 断裂伸长率为5～100％，弯曲模量为350～3150Mpa，硬度为邵氏D30～80， 密度为0.3～2.4Kg/m3，在干燥季节可以用于制作逼真的人造岩石，但是该 聚氨酯材料在湿度高于85％时，就有明显的发泡现象、并且在冬季等气温 较低的情况下，固化时间长，有流淌等问题。
在美国专利5962618中，美国Huntsman公司的Dudley J Primeaux II 公开了一种用于车斗耐磨衬里的喷涂聚脲弹性材料。该专利的配方中A组 分是半预聚体，由至少50％的2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和4，4’- 二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物与聚醚多元醇合成，其中二苯基甲烷二异 氰酸酯(MDI)占35～65份。B组分是Huntsman公司的Jeffamine端氨基聚 醚55～45份、胺类扩链剂25～40份、Silquest187等功能性环氧硅烷0.3～0.8 份、水0.2～0.3份等构成的混合物。A、B组分的体积比是1∶1，采用多组 分高压喷涂设备进行施工。性能为：拉伸强度是15Mpa，断裂伸长率为 520％、300％模量是10.1Mpa、硬度为邵氏D43、可用于经过预涂底漆的 碳钢底材、起耐磨、美观、易于清洁的作用。该材料虽然解决了潮气发泡、 低温固化慢等难题，但是属于弹性材料，在泡沫保护的应用中难以达到刚 性要求。而喷涂聚脲刚性材料未见任何专利公开。
发明内容
本发明的阻燃型喷涂聚脲刚性材料包括A、R两种组分，其中A组分 是由65～75份(以下除非特殊说明，均为重量份数)多异氰酸酯和25～ 35份的聚醚多元醇合成的半预聚物；R组分包括5～30份扩链剂、40～60 份端氨基聚醚、10～30份阻燃剂。
所说的聚醚多元醇可以选自聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、 聚季戊四醇醚、聚四氢呋喃醚二醇以及上述一种或几种的共聚物，选取其 中的一种或多种；也可选自低不饱和度的聚醚多元醇，例如天津石化三厂 的TDB-2000。聚醚多元醇的羟基当量高于500，其官能度在2到4之间。
所述聚醚多元醇最好为22％以上环氧乙烷封端。
所说的多异氰酸酯可选自碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基 甲烷二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二 异氰酸酯、多次甲基多苯基异氰酸酯，选取其中的一种或几种，其官能度 高于2.0，最好是2.0～2.7。
所说的A组分的合成方法是：将精确计量的多异氰酸酯加入到有氮气 保护的反应釜中，匀速搅拌，加热至50～80℃，向反应釜中缓慢加入计量 的聚醚多元醇，在60～90℃下，保温反应三小时，取样分析，测所得半预 聚物中的自由异氰酸酯基(NCO)含量在18～25％之间，冷却出料。
所说的R组分中的扩链剂包括：胺类扩链剂，例如：二乙基甲苯二胺 (DETDA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、N，N’二仲丁基亚甲基二苯胺、 4，4’-二氨基二苯基甲烷、3，3’-二氯-4、4’-二氨基二苯基甲烷、脂 肪族多元胺，选取其中的一种或几种；也可使用醇类扩链剂，例如：1，4- 丁二醇、1，3-丁二醇、三羟甲基丙烷、丙三醇、三乙醇胺，选取其中的一 种或几种；还可使用胺类扩链剂和醇类扩链剂的混合物。其官能度最典型 的是2到3之间。
R组分中的端氨基聚醚可选用Huntsman公司的JEFFAMINED-2000， T-3000，D-4000或T-5000等。
R组分中的阻燃剂为通常聚氨酯体系中所使用的阻燃剂，包括磷酸酯， 例如二甲基磷酸甲酯、3-β-氯丙基磷酸酯、3-二氯丙基磷酸酯；含溴的化 合物，例如二溴苯基多元醇、三溴苯基醇，也可以加入氢氧化铝、硼酸锌、 三氧化二锑等。
在R组分中，根据需要还可加入抗氧剂、紫外光吸收剂等稳定助剂。 例如使用CIBA GEIGY公司的IRGANOX 1010和1076等抗氧剂，以及 TINUVIN P、327、328等紫外光吸收剂，该类助剂的用量为0.3～2份。
在R组分中，根据需要还可加入颜填料。例如玻纤、炭黑、碳酸钙、 滑石粉、高岭土、沸石、硅藻土、硫酸钡、珍珠岩、蛭石、钛白粉，颜填 料的用量为5～30份。
R组分的制备方法是：
(1)如果加入颜填料，则首先把颜填料与部分R组分中的端氨基聚 醚制成混合物，然后用砂磨机等研磨设备分散成色浆。最后按照配方把研 磨好的色浆、剩余部分端氨基聚醚、扩链剂、阻燃剂加入到制漆罐中，利 用高剪切分散设备高速搅拌30分钟制得。
(2)如果不加颜填料，则按照配方量，把端氨基聚醚、扩链剂、阻燃 剂等用高剪切分散设备高速搅拌30分钟制得。
A、R组分的当量比，也就是异氰酸酯指数在0.9～1.2之间。
本发明阻燃聚脲刚性材料的施工方法是：将A、R两个组分在1∶1固 定体积比的高压喷涂设备中进行计量、加压、升温后，通过喷枪喷到底材 上，固化得阻燃型喷涂聚脲刚性材料。A、R物料的初始温度高于10℃， 设定主机压力为55～70Kg/cm2，温度为50～60℃，在喷枪混合室内两组 分的喷涂压力差低于14Kg/cm2。
本发明的阻燃型喷涂聚脲刚性材料，性能稳定，放热缓和，不受湿度、 温度的影响，固化速度快，一般低于15秒的时间内即可固化。传统的聚脲 弹性体材料机理认为：多异氰酸酯的官能度越高，最终形成的材料的综合 性能越差，这是由于高活性的端氨基聚醚首先与高活性的多异氰酸酯发生 反应，使部分反应迅速结束，链增长反应并没有进行。固化后，材料的整 体力学性能较差。本发明反其道而行之，在A组分中采用高官能度的多异 氰酸酯来合成半预聚体，固化后形成一层硬度高、韧性强的均一厚度的刚 性涂层，该涂层表现出了优异的综合力学性能。在本发明中，A组分可以 采用低不饱和度的聚醚多元醇，因其反应活性较低，不仅有效的缓解了聚 脲生成反应的放热，而且因其分子量分布窄，使最终形成的材料韧性佳； 通过适当调整异氰酸酯指数，可以优化出较好的综合力学性能，也可通过 适当引入醇类扩链剂，进一步提高其低温抗冲击性能。该涂层与EPS、PUF 等泡沫配合使用，应用于影视道具、布景、建筑装饰材料、主题公园、雕 塑、标本、以及广告用牌匾等领域。又由于该材料防腐性能佳，例如其1 毫米涂层耐盐雾5000小时，达到一级，所以在海上石油钻井平台、地下储 油罐、输油输气管线等金属重防腐中，该涂层也表现出了优异的性能。
与传统的喷涂聚氨酯刚性材料相比，本发明的优越性表现在：(1)不 受温度、湿度的影响；(2)性能稳定；(3)可通过变换配方获得不同的 外观效果，例如桔皮状、光滑状等；(4)缓解反应放热，解决了聚苯乙烯 泡沫因吸收集中放热而产生严重变形的问题。
通过以下实施例可以看出，本发明的喷涂聚脲刚性材料不仅不受温度、 湿度的影响，而且性能完全满足了泡沫保护用刚性材料的需要，同时达到 了阻燃效果，从而可以安全、有效地应用到许多领域。
具体实施方式
以下实施例的性能指标介绍：
(1)表面状态观察、凝胶时间、不粘时间均是在膨胀聚苯乙烯(EPS) 为底材上测得。
(2)耐盐雾样板制备：首先把尺寸为80×140毫米，2毫米厚的碳钢 样板喷砂处理到Sa2.5级，然后立即喷涂1毫米涂层制得。
(3)其余性能指标样板的制备：首先在涂有脱模剂的玻璃板上喷涂一 层均匀涂层，在10分钟后脱模，然后根据制样要求制得。
实施例1：
A组分的制备：将58.5份MDI-100(烟台合成革厂)，23.4份Isonate 143L(美国DOW公司)多异氰酸酯加入到有氮气保护的反应釜中，匀速搅 拌，升温到60℃，向反应釜中缓慢加入32.4份羟基当量为1000的低不 饱和度聚醚二元醇(天津石化三厂)，在60～90℃下，保温反应三小时， 取样分析，等自由异氰酸根含量稳定后，即冷却出料。分析后得自由异氰 酸根含量(NCO％)为22％的半预聚物。
R组分的制备：先把5份钛白粉与5份JEFFAMINE D-2000用高 剪切设备混合均匀，然后用砂磨机将该混合物制成粒径小于50微米 的色浆。
把35份JEFFAMINE D-2000、25份DETDA、20份DMTDA、5 份1，4丁二醇、10份钛白色浆、10份二甲基磷酸甲酯、1份Irganox 1076和1份Tinuvin 328加入到制漆罐中，用高剪切分散设备高速搅 拌30分钟。
该体系的异氰酸酯指数为1.14。
施工方法：将A、R组分在使用之前分别预热到20℃，使用美国 Gusmer公司的H-3500主机和GX-7喷枪按1∶1(体积比)喷涂，主机 压力设定为60Kg/cm2，A、R组分的主加热和管加热温度，设定为55℃， 喷涂动态压力A组分为140Kg/cm2、R组分为142Kg/cm2，环境温度：0℃， 环境湿度：40％。喷涂所得的聚脲刚性材料性能指标列于下表：
凝胶时间/秒 3
不粘时间/分 30
弯曲模量/MPa 1400
拉伸强度MPa 45
断裂伸长率/％ 30
密度Kg/m3 1.09
表面硬度/邵D 70
悬臂梁冲击强度 650
/m/kg/cm
表面外观状态 桔皮状
耐盐雾(1mm涂层，1级
5000小时)
氧指数 26
实施例2：
A组分的制备：将58.4份MDI-100、23.2份PM-300(烟台合成革 厂)和33.3份羟基当量为1000的聚醚三元醇(551C，东大化学)，按 实施例1的工艺合成得NCO％为20％的半预聚物。
R组分的制备：与实施例1相同。
该实施例的异氰酸酯指数为1.03。
施工方法：环境温度：32℃，环境湿度：95％。其余与实施例1相同。 喷涂形成聚脲刚性材料的性能指标为：
凝胶时间/秒 10
不粘时间/分 25
弯曲模量/Mpa 1760
拉伸强度Mpa 45
断裂伸长率/％ 6
密度Kg/m3 1.10
表面硬度/邵D 71
悬臂梁冲击强度 512
/m/kg/cm
表面外观状态 光滑
耐盐雾(1mm涂层， 1级
5000小时)
氧指数 26
实施例3：
A组分的制备：按照实施例1的合成方法将Isonate143L 89.7份 和羟基当量为1000的聚醚二元醇(Tdiol-2000，天津石化三厂)25.3 份合成得NCO％为20％的半预聚物。
R组分的制备：与实施例1相同。
该实施例的异氰酸酯指数为1.03。
施工方法：与实施例1相同。喷涂形成聚脲刚性材料的性能指标为：
凝胶时间/秒 3
不粘时间/分 30
弯曲模量/Mpa 1430
拉伸强度Mpa 40
断裂伸长率/％ 8
表面硬度/邵D 71
密度Kg/m3 1.09
悬臂梁冲击强度 532
/m/kg/cm
表面外观状态 光滑
耐盐雾 1级
1mm涂层， 5000小时
氧指数 26
实施例4：
A组分的制备：同实施例1。
R组分的制备：把40份JEFFAMINED-2000、25份DETDA、25 份DMTDA、15份3-β-氯丙基磷酸酯在制漆罐中制成混合物，在高剪切 分散设备上高速搅拌30分钟制得。
异氰酸酯指数为1.18
施工方法：同实施例2。
凝胶时间/秒 3
不粘时间/分 30
弯曲模量/MPa 1510
拉伸强度MPa 54
断裂伸长率/％ 2
密度Kg/m3 1.09
表面硬度/邵D 70
悬臂梁冲击强度 442
/m/kg/cm
表面外观状态 桔皮状
耐盐雾 1级
1mm涂层，5000小时
氧指数 27
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