噴涂聚脲彈性體技術孔維

噴涂聚脲彈性體技術孔維第一頁，共三十四頁，2022年，8月28日緒論噴涂聚脲彈性體（Spraypolyureaelastomer，簡稱為SPUA）技術是國外近十年來繼高固體分涂料、水性涂料、輻射固化涂料、粉末涂料等低（無）污染涂裝技術之后為適應環(huán)保需求而研制、開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術。它集塑料、橡膠、涂料、玻璃鋼多種功能與一身，與傳統的環(huán)保型涂裝技術相比，SPUA具有以下優(yōu)點。第二頁，共三十四頁，2022年，8月28日SPUA優(yōu)點如下：1、不含催化劑，快速固化，5s凝膠，1min即可達到步行強度。2、對水分、濕氣不敏感，受施工環(huán)境影響小。3、100%固含量，不含任何揮發(fā)性有機物（VOC）。4、可以按體積比1:1進行噴涂，一次施工厚度范圍較大，克服了多次施工的弊病。5、優(yōu)異的理化性能，如拉伸強度、伸長率、柔韌性等。6、具有良好的熱穩(wěn)定性，可以在120℃下長期使用，可以承受150℃的短時熱沖擊。7、可以像普通涂料一樣加入顏料制成不同顏色的制品。第三頁，共三十四頁，2022年，8月28日8、配方體系任意可調，手感從橡皮（卲爾A30)到硬彈性體（卲爾D65）。9、原型再現性好，涂層連續(xù)、致密、無接縫、無針孔，美觀實用。10、實用成套設備，施工方便，效率極高；一次施工即可達到設計厚度的要求，克服了以往多層施工的弊病。第四頁，共三十四頁，2022年，8月28日環(huán)保型涂裝技術的比較第五頁，共三十四頁，2022年，8月28日SPUA在國際、國內的發(fā)展噴涂聚脲材料的產量從每年幾十噸迅速發(fā)展到幾千噸，在防水、防腐和耐磨等領域獲得了廣泛應用，在國外，SPUA已經成為主流的涂料，在我國，雖然起步比較慢，但也有了很快的發(fā)展，如在京津高速鐵路路基和橋梁面防護中的應用尤其引入注目。而且聚脲應用于京滬高鐵成為全球迄今為止最大的聚脲防水項目。第六頁，共三十四頁，2022年，8月28日噴涂聚氨酯、聚氨酯（脲）、聚脲的定義根據最近美國”聚脲發(fā)展協會”對噴涂聚氨酯、聚氨酯(脲)、聚脲的定義是：噴涂聚氨酯：由異氰酸酯組份（A）與樹脂組份（B或R）反應生成的彈性體物質。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預聚物和半預聚物；預聚物和半預聚物是由端羥基化合物與異氰酸酯反應制得。其中的R組份必須是由端羥基樹脂(例如：二元醇、三元醇、多羥基聚合物多元醇等)和端羥基(芳香族或脂肪族)擴鏈劑組成，在端羥基樹脂中，必須含有用于提高反應活性的催化劑。第七頁，共三十四頁，2022年，8月28日噴涂聚氨酯(脲)：預聚物和半預聚物是由端氨基或者端羥基化合物與異氰酸酯反應制得。其中的R組份既可以端羥基基樹脂，也可以是端胺基樹脂和擴鏈劑組成，在樹脂組份中，可以含有用于提高反應活性的催化劑。噴涂聚脲：其中的R組份必須是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成，在端氨基脂中，不得含有任何羥基成分和催化劑，但可以含有便于顏料分散的助劑。第八頁，共三十四頁，2022年，8月28日生產工藝流程第九頁，共三十四頁，2022年，8月28日原材料噴涂聚脲彈性體用的原料主要有三大類，即端氨基聚醚、異氰酸酯和擴鏈劑。除此之外，有時為了改善粘度、阻燃、附著力等性能，還需加入稀釋劑、阻燃劑等助劑。在SPUA中，將異氰酸酯和聚醚多元醇生成的半預聚體組分定義為A料；將含有端氨基聚醚、液體胺類擴鏈劑和其他助劑的組分定義為B或R料。第十頁，共三十四頁，2022年，8月28日異氰酸酯異氰酸酯大體可分為三類：1、芳香族異氰酸酯：MDIPAPI第十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日MDI在室溫下長期儲存會產生自聚反應，易生成不溶解的二聚體，使產品顏色變黃，液體將變得渾濁，對制品性能產生不良影響。故在芳香族SPUA中，一般采用改性的MDI，通過把MDI和聚醚多元醇制成預聚物，可以改善原料體系的相容性，而且對于控制反應物的粘度、反應活性、反應放熱和聚合物的結構也是有利的。第十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日2、常規(guī)脂肪族異氰酸酯六亞甲基二異氰酸酯（HDI）是典型的脂肪族異氰酸酯，屬于不變黃的異氰酸酯，反應活性比芳香族低得多。HDI產品的反應活性小，因其揮發(fā)性較大，毒性也大，所以常以HDI與水反應生成的縮二脲三異氰酸酯和HDI的三聚體作為商品銷售。近年來，HDI三聚體產量日益增加，主要優(yōu)點如下：1、粘度小，有利于少用溶劑，可配置高固含量產品2、比較穩(wěn)定，不易變質，久儲后黏度變化不大3、耐光性較好，并且硬度較高所以，HDI主要用于制備聚天冬氨酸酯SPUA材料，是繼普通脂肪族SPUA材料之后的第三代噴涂聚脲。第十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日3、聚天門冬氨酸酯聚脲聚天門冬氨酸酯聚脲是聚脲工業(yè)領域出現的一種新型脂肪族類、慢反應、高性能涂層材料，被稱為第三代聚脲。聚天門冬氨酸酯聚脲由HDI三聚體和聚天門冬氨酸酯反應而成(見圖4)，具有以下主要特點：a:固化速度可調;b:具有高拉伸強度、高光澤度、優(yōu)異的耐磨性能;c:與各種底材具有優(yōu)異的附著力;d:具有優(yōu)異的防腐性能及耐紫外光性能;e:可以采用常規(guī)的高壓無氣噴涂機施

第十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日聚醚在SPUA技術中用到的聚醚有兩類：一類是用于芳香族A料合成的端羥基聚醚；另一類是用于脂肪族A料合成和B料制備的端氨基聚醚。第十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日端氨基聚醚的優(yōu)點氨基化合物與異氰酸酯的反應速度比羥基快，可縮短反應的時間。

由氨基化合物與異氰酸酯生成的化合物聚脲，在相鄰的雙氫鍵作用下，其極性要強。因此，聚脲中分子間的作用力特別強，硬鏈段和軟鏈段的分離更加明顯，表現在性能上為聚脲的物理性能和耐熱性能遠優(yōu)于聚氨酯。一般脂肪族的活性較高，粘度較低，更適合SPUA工藝。第十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日擴鏈劑噴涂聚脲彈性體的配方有很多種，但其合成工藝過程一般使用一步半法。它是將二異氰酸酯和低聚物多元醇或氨基聚醚反應先合成半預聚物。要將預聚物加工成制品，還需要加入胺類擴鏈劑和氨基聚醚的混合物使之反應。擴鏈劑主要起擴鏈、交聯作用。第十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日助劑在SPUA材料的生產和儲存中，由于自身的特點，往往需要加入助劑來改善工藝和貯存穩(wěn)定性，提高產品的質量以及擴大應用范圍。常用的有稀釋劑、分散劑、著色劑、阻燃劑、填充劑、光穩(wěn)定劑等。第十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日SPUA材料是由含異氰酸酯封端的預聚物（A組分）和伯胺或仲胺（B組分）反應生成的高聚物，其中A組分由軟段聚醚和硬段異氰酸酯合成。大體可以分為三大類（如右圖所示）。四、噴涂聚脲彈性體結構與性能的關系SPUA種類A料B料應用領域占有的份額軟段硬段芳香族羥基聚醚MDI端氨基聚醚和液體胺類擴鏈劑70%脂肪族端氨基聚醚IPDI端氨基聚醚和脂肪胺類擴鏈劑5%天冬氨酸HDI三聚體聚天冬氨酸酯25%第十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日4.1、芳香族SPUA材料

4.1.1預聚物官能度4.1.22,4’體MDI含量4.1.3降低反應速度4.2脂肪族SPUA材料4.3聚天冬氨酸酯SPUA材料4.3.1物理化學特性4.3.2反應活性4.3.3材料性能第二十頁，共三十四頁，2022年，8月28日①隨著官能度的增加，預聚物的密度和黏度增大。②官能度增加，反應速度加快，表干時間和凝膠時間縮短，表干時間縮短快。③官能度增加，斷裂伸長率下降、撕裂強度下降、拉伸強度下降。物理交聯是硬段之間的氫鍵作用，即微相分離④官能度增加，硬度幾乎無明顯變化。⑤官能度提高，耐介質性能下降、耐磨性下降。預聚物官能度第二十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日實驗證明，隨著2,4’體MDI含量的增加，配方的黏度在增大。2,4’體MDI對提高SPUA材料的綜合性能，降低A、B料的反應活性，延長膠凝時間，改善噴涂體系的流平性和表面狀態(tài)，增加對底材的附著力等方面，具有重要作用。4.1.22,4’體MDI含量第二十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日4.1.3降低反應速度為了降低反應速度，延長膠凝時間，增加對底材的親和力，提高材料的強度，人們總結出了兩方面的方法：Ⅰ、在芳香族預聚物中引入2,4’體MDI；Ⅱ、在B料中加進位阻型胺類擴鏈劑。第二十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日4.2脂肪族SPUA材料芳香族SPUA材料是研究比較早的材料，但是其在紫外線的作用下很不穩(wěn)定，而脂肪族材料卻有著較高的穩(wěn)定性。所以當涂層暴露在紫外線下需要很高的穩(wěn)定性時，必須選用脂肪族涂層體系如在室外。但這種涂層往往過于柔軟，剛性不足，一般采用改性的擴鏈劑來解決。第二十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日4.3聚天冬氨酸酯SPUA材料第二十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十四