聚脲喷涂弹性体的研制

１．９６ １ ０ １１．７
ＭＤＩ １００
１．２０ １ ６ １５．０
伸长 撕裂 邵 Ａ 率／ 强度／ 硬度 ％ （Ｎ． ｍｍ－１）
４０５ ５４．６ ８ ５
１７５ ４８．１ ８ ８ ２３０ ５４．２ ９ ５ ３１０ ５８．１ ８ ５
由表 ２ 可看出，由异氰酸酯 ＭＤＩ １００／ＭＤＩ ５０、
ＭＤＩ ５０ 和 ＭＤＩ １００ 制得的预聚体的黏度较低，使用
表 ４ 不同胺类扩链剂对弹性体性能的影响 Ｔａｂ．４ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｍｉｎｅ ｅｘｔｅｎｄｅｒｓ ｏｎ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
扩链剂
异氰 酸酯 指数
硬段 表干
含量／ 时间／
％
ｓ
拉伸 强度／ ＭＰａ
伸长 率／ ％
撕裂 强度／ （Ｎ． ｍｍ－１）
邵Ａ 硬度
Ｄ Ｅ Ｔ Ｄ Ａ １．０５ ３８．０ １ ０ １１．７ ２３０ ５４．２ ９ ５
２００９ 年第 ７ 卷第 ２ 期
化学推进剂与高分子材料 Chemical Propellants & Polymeric Materials
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聚脲喷涂弹性体的研制
周文英，韦永继，姚庆伦，张永，张利军，李平
（黎明化工研究院，河南洛阳 ４７１０００）
摘 要： 对非端氨基聚醚的聚脲喷涂弹性体配方进行了研究，考察了聚丙二醇（ Ｐ Ｐ Ｇ ） 软段、硬段含 量以及扩链剂对弹性体性能的影响，制备出适用于混凝土桥梁和水处理池的防水防渗层材料，也可用于 机械设备内衬。
黏度按 ＧＢ／Ｔ ２７９４ — １９９５ 测定；密度按 ＧＢ／Ｔ ４４７２ — １９８４ 测定；硬度（邵氏 Ａ）按 ＧＢ／Ｔ ５３１ —１９９９ 测定；拉伸强度及伸长率按 ＧＢ／Ｔ ５２８ — １９９８ 测定； 撕裂强度按 ＧＢ／Ｔ ５２９ — １９９９ 测定。
收稿日期： ２００８－１１－２ ３ 作者简介： 周文英（１９６ ９ －），女，河南济源人，高级工程师，主要从事聚氨酯弹性体的研究与开发工作。 电子信箱： ｚｈｏｕｗｙｌｍ＠１６３．ｃｏｍ
影响
在其他条件一定的条件下，采用相同的扩链剂
ＣＴ，其组成为：ｍ（５５１Ｃ）：ｍ（２２０）：ｍ （ＤＥＴＤＡ）：ｍ
（８１１８）＝３５．５：４０．５：１７：０．３，ｗ（ＮＣＯ）均为 １３．０％，考
察了异氰酸酯种类对预聚物黏度及材料性能的影
响，结果见表 ２ 。
表 ２ 异氰酸酯种类对预聚物黏度及材料性能的影响 Ｔａｂ．２ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ ｔｙｐｅｓ ｏｎ
ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
异氰酸酯 种类
预聚物 表干 拉伸 黏度／ 时间／ 强度／ （Ｐａ．ｓ） ｓ Ｍ Ｐ ａ
ＭＤＩ １００／ＭＤＩ ５０ （质量比为１：１） １．３４
１ ８ １５．０
ＭＤＩ ５０
１．３３ ２ ５ ４．０２
Ｌ －Ｍ Ｄ Ｉ
１．４ 喷涂原理 采用撞击混合技术使 ２ 种反应活性极高的液体
在高压驱动下相互撞击，其过程是 ２ 种液体在一个 很小的混合室中分散并形成湍流而均匀混合，被高 压挤出喷枪后又经过一次雾化再混合，从而保证了 在极短的适用期内有很均匀的混合效果。 ２ 结果与讨论 ２．１ 喷涂物料 Ａ、Ｂ 组分黏度、密度的控制
料具有合适的黏度和固化速度，且涂层的流平性、
Байду номын сангаас
粘接强度和硬度等综合性能最佳。
２．４ 不同胺类扩链剂的影响
实验中选用 ２２０／Ｌ－ＭＤＩ 合成 ｗ（ＮＣＯ）为 １３％ 的 预聚物，采用 Ｄ Ｅ Ｔ Ｄ Ａ 、Ｅ －３ ０ ０ 和 Ｔ Ｘ －２ 三种胺类
扩链剂，考察了不同扩链剂对喷涂弹性体力学性能
的影响，结果见表 ４ 。
首先对设备进行校准，保证原材料配比准确， 然后调节系统压力，最后启动喷枪控制开关，开 始喷涂，喷枪移动速度 ０．３￣０．５ｍ／ｓ，单层喷涂厚度 ２ ￣ ４ ｍ ｍ 。喷涂工艺流程图见图 １ 。
空压机
乙组分贮罐
甲组分贮罐
高压计量泵
高压计量泵
喷枪
工件
图 １ 喷涂工艺流程 Ｆｉｇ．１ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ ｏｆ ｓｐｒａｙ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｃｏａｔｉｎｇｓ
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化学推进剂与高分子材料 Chemical Propellants & Polymeric Materials
２００９ 年第 ７ 卷第 ２ 期
１．３ 合成方法 １．３．１ 喷涂聚氨酯物料的制备
①向装有搅拌器、温度计、真空管的烧瓶中 加入聚醚多元醇，在 １００￣１１０℃下真空脱水 ２￣３ ｈ， 降温至 ６０℃左右。缓缓加入到计量好的二异氰酸酯 中，控制反应温度为 ８０±５℃，氮气流保护条件下 反应 １￣３ ｈ 制成半预聚体（Ａ 组分）。
关键词： 喷涂；聚脲；聚氨酯；弹性体 中图分类号： ＴＱ３２８．３； ＴＵ５７ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－２１９１（２００９）０２－００４５－０３
喷涂聚脲弹性体技术是国外２０世纪末为适应环 境需求而研制的一种新型无溶剂、无污染的绿色施 工技术。聚脲弹性体材料具有较高的机械强度、较 好的弹性、优异的耐磨、耐油、耐低温、耐臭 氧和防辐射等优点，因此获得广泛应用。喷涂聚 脲弹性体技术将多异氰酸酯和端氨基聚醚通过专用 喷涂设备进行高压快速撞击反应而生成聚脲弹性体 涂层。它改变了传统喷涂工艺中普遍存在的溶剂污 染、厚度薄、流挂、固化时间长等缺点，将瞬 间固化、高速反应的特点扩展到整个全新的领域， 拓宽了喷涂技术的应用领域。该材料面世以来即在 建筑、造船、交通、运输等行业得到广泛应用。
化速度太快，导致涂层粘接强度和流平性差，涂层
外观质量差，并且凹凸不平。当ｎ（２２０）：ｎ（５５１ｃ）＝１：
１ 时，虽然喷涂聚氨酯物料黏度较高，但其固化速
度较慢，涂层的粘接强度和流平性较好。其缺点是
涂层硬度太低，而且固化速度太慢，不能满足生产
要求。当 ｎ（２２０）：ｎ（５５１ｃ）＝１．７：１ 时，喷涂聚氨酯物
②向装有搅拌器、温度计、真空管的烧瓶中 加入计量好的一种或几种聚醚多元醇，在 １００￣１１０ ℃下真空脱水 ２￣３ ｈ，然后降温至 ８０℃左右，加入 计量好的二胺类固化剂、催化剂等，搅拌均匀即 得固化剂（Ｂ 组分）。 １．３．２ 涂装工艺
采用聚氨酯弹性体喷涂设备和撞击混合喷枪涂 装。如采用美国 Ｇ Ｒ Ａ Ｃ Ｏ ／ Ｇ Ｕ Ｓ Ｍ Ｅ Ｒ 公司 Ｈ －２ ０ ／ ３５ＰＲＯ 设备和 ＧＸ－７ 喷枪。使用 Ｈ－２０／３５ＰＲＯ 准确 计量组分并用泵输送到喷枪，两组分物料在喷枪混 合室内进行撞击混合，然后喷出。
纯聚脲体系喷涂弹性体技术存在着关键原料端 氨基聚醚未实现国产化且价格昂贵等问题。聚脲喷
涂体系凝胶时间一般小于 １０ ｓ，只能采用机械喷涂 工艺，在复杂工艺条件下使用受到限制。与聚脲喷 涂体系物料相比，非端氨基聚醚喷涂聚氨酯物料的 优点在于凝胶时间在一定范围内可调、实干时间短 和适应性强。
该研究是根据用户的要求，开发用于机械喷涂 施工的非端氨基聚醚喷涂聚氨酯物料。主要的技术 手段为使用成本较低的高活性醇醚替代高成本的端 氨基聚醚，制得的喷涂物料的性能达到端氨基聚醚 喷涂物料的性能，以降低成本和易于实用。 １ 实验部分 １．１ 主要原料
组分均无溶剂） 。
表 １ 中自制物料 Ａ 组分中 ＳＰＵ－１２９、Ｂ 组分中
ＳＰＵ－１２９Ｂ 已与对应的进口料的黏度和密度接近。
通过调整 Ａ、Ｂ 组分中软段聚醚种类及比例，使物
料黏度、密度控制在喷涂机要求的工艺参数以内，
从而保证喷涂时出口压力和反应比例符合设计要
求。
２．２ 不同异氰酸酯结构对预聚物黏度及材料性能的
分已基本符合要求，具体数据见表 １ 。
表 １ 进口样与自制物料黏度、密度的比较
Ｔａｂ．１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｉｍｐｏｒｔ ｐｒｏｄｕｃｔ ａｎｄ ｓｅｌｆ－ｍａｄｅ ｓａｍｐｌｅｓ
物料
黏度（２５℃）／（Ｐａ．ｓ） 密度／（ｇ．ｃｍ－３）
２．５ 重复性实验
使用相同的 Ａ 、Ｂ 组分，保证喷涂机液压泵压
力 ５．８２２ＭＰａ（８５０ｐｓｉ），Ａ 组分主加热器设定温度为
７３．９℃（１６５ Ｆ），物料出口压力为（１９．１７９±０．６８５） ＭＰａ
ＭＤＩ １００／ＭＤＩ ５０ 或 ＭＤＩ １００ 均能得到力学性能较佳
的弹性体。
２．３ Ｂ 组分多元醇组成对涂层性能的影响
在其他条件一定的条件下，考察了 Ｂ 组分多元
醇组成对涂层性能的影响。Ｂ 组分主要由 ＰＰＧ 聚醚
２２０ 和高活性聚醚 ５５１ｃ 组成，这 ２ 种聚醚的物质的
周文英等 · 聚脲喷涂弹性体的研制
根据喷涂机工艺参数要求，喷涂设备两出口压 力差需控制在 ２．０５５ＭＰａ（３００ｐｓｉ）以内，因此喷涂物 料 Ａ 、Ｂ 组分黏度应接近。由于喷涂机是按体积比 来计量的，喷涂物料 Ａ、Ｂ 组分密度要控制在 ０．９５￣
１．１０ｇ／ｃｍ３ 之间，才能使喷出等体积 Ａ、Ｂ 组分物料
时其质量比约为 １：１，目前制备的喷涂物料 Ａ、Ｂ 组
Ｅ－３ ０ ０ １．０５ ４０．３ １３５ １８．４ ２８０ ６８．６ ９ ２
Ｔ Ｘ － ２ １．０５ ４１．６ １４０ １３．６ ２５０ ７５．０ ９ ３
注：Ｖ（Ａ 组分）：Ｖ （Ｂ 组分） 均为 １：１。
由表 ４ 可看出：采用 Ｅ－３００ 作为扩链剂的喷涂
弹性体综合力学性能最好，表干时间也符合要求。
１：１ １．７：１ ２：１
黏度／ （Ｐａ．ｓ） １．２０ ０．８９ ０．５８
表干时 间／ｓ ３３０ １８ １０
涂料性能 拉伸强 度 ／ＭＰａ ７．５ １５．０ １１．７
邵Ａ 硬度 ６２ ８５ ９５
流平性
很好 好 差
由表 ３ 可看出：当 ｎ（２２０）：ｎ（５５１ｃ）＝２：１ 时，喷
涂聚氨酯物料黏度较低，而涂层硬度高，但由于固
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量比对喷涂聚氨酯物料性能的影响见表 ３。
表 ３ Ｂ 组分多元醇配比对喷涂聚氨酯物料性能的影响 Ｔａｂ．３ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｐｏｌｙｏｌ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｂ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｎ
ｐｏｌｙｕｒｅａ ｓｐｒａｙ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｎ（２２０）：ｎ（５５１ｃ）
聚脲喷涂技术已在欧美、韩国、日本、中国 台湾等地的高速铁路建设中得到了成功应用。主要 用于路基与桥梁防水防渗和混凝土基面防护等，在 中国目前在建的城际高速铁路桥梁防水中聚脲喷涂 技术也开始得到用户认可和应用。
目前，我国的高速铁路客运专线建设正在加速 进行，对客运专线混凝土桥梁配套材料需求量很 大。国内首条城际快速铁路专线已决定采用黎明化 工研究院先期开发的聚氨酯弹性体防水层材料，新 研制的聚氨酯弹性体防水涂层材料在其他新建客运 专线混凝土桥梁中也取得良好的使用效果。但是， 这种室温固化浇注物料主要采用手工刮涂、摊涂等 方法施工，在某些地方冬季施工有一定困难。经用 户试用和比较后，提出希望采用更方便、更高效率 的机械喷涂施工工艺。
聚氧化丙烯二醇（２２０，２１０）：上海高桥石油化 工三厂；高活性聚醚三醇（ Ｅ Ｐ－５ ５ １ Ｃ，羟值 ５６ ｍ ｇ （ Ｋ Ｏ Ｈ ） ／ ｇ）：山东东大化工集团；高活性聚醚三醇 （ＴＥＰ－３３０Ｎ，Ｍｎ＝４ ８００）：天津石化三厂；二苯基 甲烷二异氰酸酯（ Ｌ －Ｍ Ｄ Ｉ ，Ｍ Ｄ Ｉ －１ ０ ０ ，Ｍ Ｄ Ｉ －５ ０ ）： 烟台万华聚氨酯股份有限公司；３，５－ 二乙基甲苯二 胺（ＤＥＴＤＡ）、３，５－ 二甲硫基 －２，４－ 甲苯二胺、３，５－ 二甲硫基 －２，６－ 甲苯二胺（Ｅ－３００）：美国 Ａｌｂｅｍａｒｌｅ 公司；２，４－ 二氨基 －３，５－ 二甲硫基氯苯（ＴＸ－２）：淄 博方中化工有限公司；有机铋聚氨酯催化剂 （ＢｉＣＡＴ８１１８）：美国 Ｓｈｅｐｃｈｅｍ 公司。所有原料均 为工业级。 １．２ 性能表征
Ａ 组分 进口料
２．０８
１．１０
ＳＰＵ－１２７ ＳＰＵ－１２８ ＳＰＵ－１２９
１．３４ １．２０ １．９６
１．１０ １．１０ １．１２
Ｂ 组分 进口料
１．０１
１．０３
ＳＰＵ－１ ２ ７ Ｂ ＳＰＵ－１ ２ ８ Ｂ ＳＰＵ－１ ２ ９ Ｂ
０．６０ １．３３ １．０６
１．０２ １．０６ １．０２
注：Ｓ Ｐ Ｕ －Ｘ 系列为自制实验样，不挥发物含量 １ ０ ０ ％ （ Ａ 、Ｂ