聚氨酯化学及工艺15 喷涂聚氨酯(脲)弹性体)

1、聚氨酯化学与工艺聚氨酯化学与工艺Chap.7 喷涂聚氨酯（脲）弹性体喷涂聚氨酯（脲）弹性体7.17.1发展简况及其特点发展简况及其特点7.27.2原材料、助剂及设备原材料、助剂及设备7.37.3喷涂聚氨酯（脲）的应用领域喷涂聚氨酯（脲）的应用领域7.17.1发展简况及其特点发展简况及其特点 喷涂弹性体（包括聚氨酯、聚氨酯喷涂弹性体（包括聚氨酯、聚氨酯- -聚脲、聚脲、聚脲）技术是在聚氨酯反应注射成型聚脲）技术是在聚氨酯反应注射成型RIMRIM）技术的）技术的基础上，于上世纪七十年代发展起来的。它继承基础上，于上世纪七十年代发展起来的。它继承了了RIMRIM技术的撞击混合原理，却突破了技术的撞击

2、混合原理，却突破了RIMRIM必须使必须使用模具的局限性，将瞬间固化、高速反应的特点用模具的局限性，将瞬间固化、高速反应的特点扩展到一个全新的领域。扩展到一个全新的领域。 正如聚氨酯、聚氨酯正如聚氨酯、聚氨酯- -聚脲、聚脲聚脲、聚脲RIMRIM技术的技术的发展经历了发展经历了纯聚氨酯（纯聚氨酯（PUPU）、）、聚氨酯聚氨酯- -聚脲聚脲（PU/PUAPU/PUA）、）、纯聚脲（纯聚脲（PUAPUA）三个阶段一样，三个阶段一样，喷涂聚氨酯、聚脲弹性体技术也经历三个阶段喷涂聚氨酯、聚脲弹性体技术也经历三个阶段（见下表）。（见下表）。阶段阶段 体系体系 异氰酸酯异氰酸酯组分组分 树脂组分树脂组分

3、主要优主要优/缺点缺点 第一代第一代 聚氨酯聚氨酯 MDI基基 EO封端多元醇、封端多元醇、二醇扩链剂、二醇扩链剂、催化剂催化剂 优点：价廉优点：价廉缺点：对水敏感，缺点：对水敏感，极易发泡；力学极易发泡；力学性能差等。性能差等。 第二代第二代 聚氨酯聚氨酯/聚脲聚脲 MDI基基 EO封端多元醇、封端多元醇、芳香二胺扩链芳香二胺扩链剂、催化剂剂、催化剂 优点：价格适中优点：价格适中缺点：发泡、力缺点：发泡、力学性能一般。学性能一般。 第三代第三代 聚脲聚脲 MDI基基m-TMXDI基基 端氨基聚醚、端氨基聚醚、芳香二胺扩链芳香二胺扩链剂。剂。端氨基聚醚、端氨基聚醚、脂肪二胺扩链脂肪二胺扩链剂。

4、剂。 优点：对温、湿优点：对温、湿度不敏感，力学度不敏感，力学性能好，耐老化性能好，耐老化性能突出。性能突出。缺点：价高缺点：价高 一、喷涂聚氨酯、聚氨酯（脲）、聚脲的喷涂聚氨酯、聚氨酯（脲）、聚脲的定义定义 喷涂聚氨酯喷涂聚氨酯：是由异氰酸酯组份（简称是由异氰酸酯组份（简称A A组份）与树脂组组份）与树脂组份（简称份（简称R R组份）反应生成的一种弹性体物质。组份）反应生成的一种弹性体物质。异氰酸酯异氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A A组份可组份可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、

5、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。其中的制得。其中的R R组份必须是由端羟基树脂（例如：二元醇、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。反应活性的催化剂。 喷涂聚氨酯（脲）喷涂聚氨酯（脲）：也叫混合体（也叫混合体（hybridhybrid），它是由），它是由异氰酸酯组份（简称异氰酸酯组份（简称A

6、A组份）与树脂组份（简称组份）与树脂组份（简称R R组份）组份）反应生成的一种弹性体物质。反应生成的一种弹性体物质。异氰酸酯异氰酸酯既可以是芳香既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的族的，也可以是脂肪族的。其中的A A组份可以是单体、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氨基或者端羟基化合物与异氰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。其中的酸酯反应制得。其中的R R组份组份既可以是端羟基树脂，也既可以是端羟基树脂，也可以是端胺基树脂；扩链剂组成，在树脂组份中，可可以是端胺基树脂；

7、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。以含有用于提高反应活性的催化剂。 喷涂聚脲喷涂聚脲：是由异氰酸酯组份（简称是由异氰酸酯组份（简称A A组份）与氨组份）与氨基化合物组份（简称基化合物组份（简称R R组份）反应生成的一种弹性组份）反应生成的一种弹性体物质。体物质。异氰酸酯异氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的脂肪族的。其中的A A组份可以是单体、聚合体、异组份可以是单体、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氨基或者端羟基化合物与异氰酸半预聚物是由端氨基或者端羟基

8、化合物与异氰酸酯反应制得。其中的酯反应制得。其中的R R组份组份必须是由必须是由端氨基树脂和端氨基树脂和端氨基扩链剂组成端氨基扩链剂组成，在端氨基树脂中，不得含有，在端氨基树脂中，不得含有任何羟基成分和催化剂，但可以含有便于颜料分任何羟基成分和催化剂，但可以含有便于颜料分散的助剂。散的助剂。 二、聚脲产品的特点二、聚脲产品的特点 1.1.不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，不产生流挂现象，面上喷涂成型，不产生流挂现象，5 5秒钟凝胶，秒钟凝胶，1 1分钟即分钟即可达到步行强度。可达到步行强度。 2.2.对湿气、温度不敏感，施

9、工时不受环境温度、湿度的对湿气、温度不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响。（可在冰上施工；在影响。（可在冰上施工；在-28-28下施工；可在冰柜中固下施工；可在冰柜中固化）。化）。 3.3.双组分双组分,100%,100%固含量，不含任何挥发性有机物（固含量，不含任何挥发性有机物（VOCVOC），），对环境友好。对环境友好。 4.4.可按可按1:11:1体积比进行喷涂或浇注，一次施工的厚度范围体积比进行喷涂或浇注，一次施工的厚度范围可以从数百微米到数厘米，克服了以往多次施工的弊病。可以从数百微米到数厘米，克服了以往多次施工的弊病。 5.5.优异的理化性能，如抗张强度、伸长率、柔韧性、耐优异的

10、理化性能，如抗张强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化、防腐蚀等。磨性、耐老化、防腐蚀等。 6.6.具有良好的热稳定性，可在具有良好的热稳定性，可在120120下长期使用，下长期使用，可承受可承受350350的短时热冲击。的短时热冲击。 7.7.可以像普通涂料一样，加入各种颜、染料，制可以像普通涂料一样，加入各种颜、染料，制成不同颜色的制品。成不同颜色的制品。 8.8.配方体系任意可调，手感从软橡皮（邵配方体系任意可调，手感从软橡皮（邵A30A30）到硬弹性体（邵到硬弹性体（邵D65D65）。）。 9.9.原形再现性好，涂层连续、致密，无接缝、无原形再现性好，涂层连续、致密，无接缝、无针孔，美观

11、实用。针孔，美观实用。 10.10.使用成套设备，施工方便，效率极高；一次使用成套设备，施工方便，效率极高；一次施工即可达到设计厚度要求，克服了以往多层施施工即可达到设计厚度要求，克服了以往多层施工的弊病。设备配有多种切换模式，既可喷涂，工的弊病。设备配有多种切换模式，既可喷涂，也可浇注。也可浇注。下表为各类环保施工技术之比较下表为各类环保施工技术之比较7.27.2原材料、助剂及设备原材料、助剂及设备 喷涂聚脲弹性体技术的关键主要有两方面喷涂聚脲弹性体技术的关键主要有两方面: : 端氨基聚醚、液态胺扩链剂与异氰酸酯的反应原端氨基聚醚、液态胺扩链剂与异氰酸酯的反应原理及其工业化理及其工业化; ;

12、 喷涂所需要的专业化设备。喷涂所需要的专业化设备。 一、原料及助剂一、原料及助剂 1.1.异氰酸酯：异氰酸酯：喷涂聚脲弹性体体系最常用的二异氰喷涂聚脲弹性体体系最常用的二异氰酸酯使酸酯使MDIMDI和液化和液化MDIMDI。TDITDI由于蒸汽压高，喷涂时气由于蒸汽压高，喷涂时气味大，一般不采用。味大，一般不采用。2.2.端胺基聚醚：端胺基聚醚：其与异氰酸酯反应速度极快，无需其与异氰酸酯反应速度极快，无需任何催化剂。国际上只有少数几个公司生产，其中任何催化剂。国际上只有少数几个公司生产，其中HuntsmanHuntsman公司的伯胺基（端胺基）氧化丙烯产品公司的伯胺基（端胺基）氧化丙烯产品（商

13、品牌号（商品牌号Jeffamine)Jeffamine)在聚脲喷涂技术发展中起了在聚脲喷涂技术发展中起了很大的作用。下表列出了其部分系列牌号。很大的作用。下表列出了其部分系列牌号。 3.3.扩链扩链/ /交联剂：交联剂：常用的小分子二醇及二胺类扩链剂都可常用的小分子二醇及二胺类扩链剂都可用于喷涂聚脲体系。目前主要采用芳香族位阻二胺为扩用于喷涂聚脲体系。目前主要采用芳香族位阻二胺为扩链剂。在喷涂体系中也可采用交联剂，如三羟甲基丙烷链剂。在喷涂体系中也可采用交联剂，如三羟甲基丙烷（TMP)TMP)、低分子量聚氧化丙烯三醇胺、低分子量聚氧化丙烯三醇胺Jeffamine T-403Jeffamine

14、T-403。 4.4.助剂助剂/ /色料：色料：为提高涂层的耐候性及其他性能，在配方为提高涂层的耐候性及其他性能，在配方设计时，通常会依据需要添加适当的助剂设计时，通常会依据需要添加适当的助剂, ,如抗氧剂、紫如抗氧剂、紫外吸收剂或阻燃剂等。同时为了使涂层具有美观的颜色，外吸收剂或阻燃剂等。同时为了使涂层具有美观的颜色，可加入各种色料。可加入各种色料。 二、设备二、设备 由于、组分的化学活性极高由于、组分的化学活性极高, ,混合后粘度会迅速混合后粘度会迅速增大增大, ,如果没有适当的混合及成型设备如果没有适当的混合及成型设备, ,这一反应是不可这一反应是不可控制的。控制的。 对喷涂所需要的专业

15、化设备的基本要求有对喷涂所需要的专业化设备的基本要求有: 平稳的物料输送系统; 精确的物料计量系统; 均匀的物料混合系统; 良好的物料雾化系统; 方便的物料清洗系统。 根据以上要求并结合聚氨酯根据以上要求并结合聚氨酯/ /聚脲聚脲RIMRIM技术的技术的设备工作原理设备工作原理, ,国外厂家陆续开发出用于喷涂聚脲国外厂家陆续开发出用于喷涂聚脲弹性体技术的物料输送、计量设备以及用于喷涂弹性体技术的物料输送、计量设备以及用于喷涂的混合、雾化和清洗设备。的混合、雾化和清洗设备。目前专家认为美国目前专家认为美国 Gusmer公司生产的公司生产的系列主机系列主机和和 7系列喷枪系列喷枪是本技术开发应用中

16、较为合适的机型。是本技术开发应用中较为合适的机型。7.37.3喷涂聚氨酯（脲）的应用领域喷涂聚氨酯（脲）的应用领域 聚脲的全球应用分布情况如下：美国占聚脲的全球应用分布情况如下：美国占85%85%，亚洲占，亚洲占10%10%，欧洲占，欧洲占4%4%，其它地区占，其它地区占1%1%。它作用于多种领域。它作用于多种领域。 1.1.贮罐及贮罐及水池衬里水池衬里 喷涂聚氨酯（脲）技术应用最广的领域之一喷涂聚氨酯（脲）技术应用最广的领域之一是用作是用作贮罐及贮罐围堰衬里贮罐及贮罐围堰衬里。喷涂聚脲具有无污。喷涂聚脲具有无污染、不流挂、施工快等特点，弥补了传统用环氧染、不流挂、施工快等特点，弥补了传统用环

17、氧防腐涂料等作衬里的多种不足，喷涂成型的聚脲防腐涂料等作衬里的多种不足，喷涂成型的聚脲弹性体柔韧性好，防渗漏效果极佳。该体系可用弹性体柔韧性好，防渗漏效果极佳。该体系可用于各类化学品或废液的贮罐，也可用于贮罐围堰、于各类化学品或废液的贮罐，也可用于贮罐围堰、排水沟、地沟及地面防渗层等表面的保护，使用排水沟、地沟及地面防渗层等表面的保护，使用寿命长。寿命长。水池衬里水池衬里2.2.地面及墙体保护涂层地面及墙体保护涂层 在国外，聚喷涂弹性体经常用于土地面涂装在国外，聚喷涂弹性体经常用于土地面涂装及防水施工。聚脲体系的快速反应和固化可迅速及防水施工。聚脲体系的快速反应和固化可迅速施工减少其停工时间。

18、施工减少其停工时间。 泥或煤渣运动场地弹性差，国内外广泛用手泥或煤渣运动场地弹性差，国内外广泛用手工浇注型双组分聚氨酯弹性体体系铺设工浇注型双组分聚氨酯弹性体体系铺设塑胶场地塑胶场地。聚脲喷涂体系还可用于多层停车场、甲板、交通聚脲喷涂体系还可用于多层停车场、甲板、交通区域及工厂地坪。区域及工厂地坪。3.3.耐磨衬里耐磨衬里 聚氨酯（脲）弹性体具有优异的耐磨性聚氨酯（脲）弹性体具有优异的耐磨性（作为保护性厚涂层就用时涂层的厚度一般在（作为保护性厚涂层就用时涂层的厚度一般在2mm2mm以上），可用于多种环境下的耐磨、防腐涂以上），可用于多种环境下的耐磨、防腐涂层，典型的应用如矿砂厂和选煤厂用的螺旋

19、集合层，典型的应用如矿砂厂和选煤厂用的螺旋集合器、浮选槽内的钢分散器、振动进料盘、料斗车器、浮选槽内的钢分散器、振动进料盘、料斗车内壁及矿山的输送设备等衬里。内壁及矿山的输送设备等衬里。4. .影视道具制作影视道具制作及装饰品保护层及装饰品保护层 聚脲涂料直接喷涂在聚苯乙烯泡沫塑料（聚脲涂料直接喷涂在聚苯乙烯泡沫塑料（EPSEPS）、硬）、硬质聚氨酯泡沫塑料或其它脆性泡沫材料的表面，形成一柔质聚氨酯泡沫塑料或其它脆性泡沫材料的表面，形成一柔韧性致密保护层和防水层，操作方便快速，有很好的保护韧性致密保护层和防水层，操作方便快速，有很好的保护和装饰作，具有原型再现性好、质轻、搬运方便、耐候性和装饰作，具有原型再现性好、质轻、搬运方便、耐候性好等优点。在影视业有广泛的用途，如制作道具、建造永好等优点。在影