喷涂聚脲弹性体技术-孔维

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,新型多功能绿色材料SPUA,班级：无机非0704,姓名：孔维,绪论,喷涂聚脲弹性体（Spray polyurea elastomer，简称为SPUA）技术是国外近十年来继高固体分涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低（无）污染涂装技术之后为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术。它集塑料、橡胶、涂料、玻璃钢多种功能与一身，与传统的环保型涂装技术相比，SPUA具有以下优点。,SPUA优点如下：,1、不含催化剂，快速固化，5s凝胶，1min即可达到步行强度。,2、对水分、湿气不敏感，受施工环境影响小。,3、100%固含量，不含任何挥发性有机物（VOC）。,4、可以按体积比1:1进行喷涂，一次施工厚度范围较大，克服了多次施工的弊病。,5、优异的理化性能，如拉伸强度、伸长率、柔韧性等。,6、具有良好的热稳定性，可以在120下长期使用，可以承受150的短时热冲击。,7、可以像普通涂料一样加入颜料制成不同颜色的制品。,8、配方体系任意可调，手感从橡皮（卲尔A30)到硬弹性体（卲尔D65）。,9、原型再现性好，涂层连续、致密、无接缝、无针孔，美观实用。,10、实用成套设备，施工方便，效率极高；一次施工即可达到设计厚度的要求，克服了以往多层施工的弊病。,环保型涂装技术的比较,SPUA在国际、国内的发展,喷涂聚脲材料的产量从每年几十吨迅速发展到几千吨，在防水、防腐和耐磨等领域获得了广泛应用，在国外，SPUA已经成为主流的涂料，在我国，虽然起步比较慢，但也有了很快的发展，如在京津高速铁路路基和桥梁面防护中的应用尤其引入注目。而且聚脲应用于京沪高铁成为全球迄今为止最大的聚脲防水项目。,喷涂聚氨酯、聚氨酯（脲）、聚脲的定义,根据最近美国”聚脲发展协会”对喷涂聚氨酯、聚氨酯(脲)、聚脲的定义是：,喷涂聚氨酯：由异氰酸酯组份（A）与树脂组份（B或R）反应生成的弹性体物质。异氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A组份可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物；预聚物和半预聚物是由端羟基化合物与异氰酸酯反应制得。其中的R组份必须是由端羟基树脂(例如：二元醇、三元醇、多羟基聚合物多元醇等)和端羟基(芳香族或脂肪族)扩链剂组成，在端羟基树脂中，,必须含有用于提高反应活性的催化剂,。,喷涂聚氨酯(脲) ：预聚物和半预聚物是由端氨基或者端羟基化合物与异氰酸酯反应制得。其中的R组份既可以端羟基基树脂，也可以是端胺基树脂和扩链剂组成，在树脂组份中，,可以含有用于提高反应活性的催化剂。,喷涂聚脲：其中的R组份必须是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，在端氨基脂中，,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。,生产工艺流程,原材料,喷涂聚脲弹性体用的原料主要有三大类，即端氨基聚醚、异氰酸酯和扩链剂。除此之外，有时为了改善粘度、阻燃、附着力等性能，还需加入稀释剂、阻燃剂等助剂。在SPUA中，将异氰酸酯和聚醚多元醇生成的半预聚体组分定义为A料；将含有端氨基聚醚、液体胺类扩链剂和其他助剂的组分定义为B或R料。,异氰酸酯,异氰酸酯大体可分为三类：,1、芳香族异氰酸酯：MDI,PAPI,MDI在室温下长期储存会产生自聚反应，易生成不溶解的二聚体，使产品颜色变黄，液体将变得浑浊，对制品性能产生不良影响。故在芳香族SPUA中，一般采用改性的MDI，通过把MDI和聚醚多元醇制成预聚物，可以改善原料体系的相容性，而且对于控制反应物的粘度、反应活性、反应放热和聚合物的结构也是有利的。,2、常规脂肪族异氰酸酯,六亚甲基二异氰酸酯（HDI）是典型的脂肪族异氰酸酯，属于不变黄的异氰酸酯，反应活性比芳香族低得多。,HDI产品的反应活性小，因其挥发性较大，毒性也大，所以常以HDI与水反应生成的缩二脲三异氰酸酯和HDI的三聚体作为商品销售。,近年来，HDI三聚体产量日益增加，主要优点如下：,1、粘度小，有利于少用溶剂，可配置高固含量产品,2、比较稳定，不易变质，久储后黏度变化不大,3、耐光性较好，并且硬度较高,所以，HDI主要用于制备聚天冬氨酸酯SPUA材料，是继普通脂肪族SPUA材料之后的第三代喷涂聚脲。,3、聚天门冬氨酸酯聚脲,聚天门冬氨酸酯聚脲是聚脲工业领域出现的一种新型脂肪族类、慢反应、高性能涂层材料，被称为第三代聚脲,。,聚天门冬氨酸酯聚脲由HDI三聚体和聚天门冬氨酸酯反应而成(见图4)，具有以下主要特点：,a:固化速度可调 ;,b:具有高拉伸强度、高光泽度、优异的耐磨性能;,c:与各种底材具有优异的附着力 ;,d:具有优异的防腐性能及耐紫外光性能 ;,e:可以采用常规的高压无气喷涂机施,聚醚,在SPUA技术中用到的聚醚有两类：一类是用于芳香族A料合成的端羟基聚醚；另一类是用于脂肪族A料合成和B料制备的端氨基聚醚。,端氨基聚醚的优点,氨基化合物与异氰酸酯的反应速度比羟基快，可缩短反应的时间。,由氨基化合物与异氰酸酯生成的化合物聚脲，在相邻的双氢键作用下，其极性要强。因此，聚脲中分子间的作用力特别强，硬链段和软链 段的分离更加明显，表现在性能上为聚脲的物 理性能和耐热性能远优于聚氨酯。一般脂肪族的活性较高，粘度较低，更适合SPUA工艺。,扩链剂,喷涂聚脲弹性体的配方有很多种，但其合成工艺过程一般使用一步半法。它是将二异氰酸酯和低聚物多元醇或氨基聚醚反应先合成半预聚物。要将预聚物加工成制品，还需要加入胺类扩链剂和氨基聚醚的混合物使之反应。扩链剂主要起扩链、交联作用。,助剂,在SPUA材料的生产和储存中，由于自身的特点，往往需要加入助剂来改善工艺和贮存稳定性，提高产品的质量以及扩大应用范围。常用的有稀释剂、分散剂、着色剂、阻燃剂、填充剂、光稳定剂等。,SPUA材料是由含异氰酸酯封端的预聚物（A组分）和伯胺或仲胺（B组分）反应生成的高聚物，其中A组分由软段聚醚和硬段异氰酸酯合成。大体可以分为三大类（如右图所示）。,四、喷涂聚脲弹性体结构与性能的关系,SPUA种类,A料,B料,应用领域占有的份额,软段,硬段,芳香族,羟基聚醚,MDI,端氨基聚醚和液体胺类扩链剂,70%,脂肪族,端氨基聚醚,IPDI,端氨基聚醚和脂肪胺类扩链剂,5%,天冬氨酸,HDI三聚体,聚天冬氨酸酯,25%,4.1、芳香族SPUA材料,预聚物官能度,4.1.2 2,4体MDI含量,降低反应速度,4.2脂肪族SPUA材料,4.3聚天冬氨酸酯SPUA材料,物理化学特性,反应活性,材料性能,随着官能度的增加，预聚物的密度和黏度增大。,官能度增加，反应速度加快，表干时间和凝胶时间缩短，表干时间缩短快。,官能度增加，断裂伸长率下降、撕裂强度下降、拉伸强度下降。物理交联是硬段之间的氢键作用，即微相分离,官能度增加，硬度几乎无明显变化。,官能度提高，耐介质性能下降、耐磨性下降。,预聚物官能度,实验证明，随着2,4体MDI含量的增加，配方的黏度在增大。,2,4体MDI对提高SPUA材料的综合性能，降低A、B料的反应活性，延长胶凝时间，改善喷涂体系的流平性和表面状态，增加对底材的附着力等方面，具有重要作用。,4.1.2,2,4体MDI含量,4.1.3 降低反应速度,为了降低反应速度，延长胶凝时间，增加对底材的亲和力，提高材料的强度，人们总结出了两方面的方法：,、在芳香族预聚物中引入2,4体MDI；,、在B料中加进位阻型胺类扩链剂。,4.2 脂肪族SPUA材料,芳香族SPUA材料是研究比较早的材料，但是其在紫外线的作用下很不稳定，而脂肪族材料却有着较高的稳定性。所以当涂层暴露在紫外线下需要很高的稳定性时，必须选用脂肪族涂层体系如在室外。但这种涂层往往过于柔软，刚性不足，一般采用改性的扩链剂来解决。,4.3 聚天冬氨酸酯SPUA材料,