[发明专利]一种增韧型全水发泡喷涂聚氨酯组合物及制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种增韧型全水发泡喷涂聚氨酯组合物及制备方法和用途，其包括按质量比1：1.2～1.8混合的组分A和组分B，组分A包括组合聚醚多元醇、聚酯多元醇、自催化型交联剂、水溶性增韧剂、泡沫稳定剂、水、胺类催化剂；组分B为多苯基甲烷多异氰酸酯。本发明中的全水体系聚氨酯组合物，与管道喷涂缠绕工艺匹配性高，具有多元醇组份黏度较低、初强度时间较短、泡沫强度高、韧性好、与基材间粘接性好，同时具有优异的环保性能和成本优势，特别适用于喷涂行业发泡剂替代需求。

技术领域

本发明属于聚氨酯硬泡技术领域，涉及一种增韧型全水发泡喷涂聚氨酯组合物及制备方法和用途。

背景技术

喷涂成型作为硬质聚氨酯泡沫的主要成型工艺之一，因其将形成聚氨酯泡沫的原料直接喷射至物体表面，并在此表面上发泡，具有无需模具、发泡成型条件要求较低、生产效率高及一体化成型等优点，在保温、防水等聚氨酯泡沫应用领域有着极大的市场占有率。同时，受限于更加环保的HFC、HFO类发泡剂的高昂成本及戊烷类发泡剂的安全性，全水体系目前为最优方案。

但目前全水发泡体系与传统HCFC-141b体系相比仍面临诸多问题，主要有：(1)多元醇组份黏度较高，与异氰酸酯组份黏度差增高从而导致难以在短时间内混合均匀，对制品的密度、强度、闭孔率等性能造成不利影响；(2)水发泡体系因无HCFC-141b汽化吸热过程，反应热量较大、泡沫内部热量积聚较为严重，在泡沫密度较高时极易造成烧芯和开裂，进一步造成泡沫力学性能下降；(3)泡沫表皮较薄，泡沫初期强度(即达到最终强度90％时的强度)的时间较慢，不适用于某些对初强度时间要求较高的应用场景；(4)水与异氰酸酯反应而得到的脲键含量高且易因水分散不均而发生集聚，脲键使得泡沫刚性增强、韧性下降，表现为在受外力拉伸断裂时断裂伸长率降低，此外过高的刚性也降低了泡沫表面与基材粘接强度。

喷涂缠绕法生产工艺作为新型保温管道生产工艺，由于其采用在先内管(钢管)表面直接喷涂发泡作为芯层，再用聚乙烯塑料缠绕包裹作为外层保护层的生产模式，具有泡沫密度分布均匀、保温层直径和厚度可调、机械化程度高、综合成本低等优势，逐渐成为管道企业的主要生产工艺选择。当全水发泡聚氨酯应用于该工艺时，由于其存在的放热严重、初强度时间长、与基材粘接性差及韧性较差等问题，严重影响了产品质量及生产效率，且随着管径的增加即内管质量增大及缠绕基材面积增大，这种不足愈加明显。

为改善管道喷涂缠绕工艺的应用效果，现有技术从聚氨酯原料、发泡条件及设备等方面做了一定的研究，得到了相应的解决手段：如CN111070744A中提供了一种外加改性高分子粉末以提高聚氨酯与聚乙烯间粘接性的解决方案，CN109386692A中提供了一种聚氨酯模具发泡与聚乙烯缠绕结合的制造工艺以改善传统灌注工艺的稳定性差及喷涂缠绕法的制造周期长的解决方案，CN103159908B中提供了一种含高比例物理发泡剂发泡的聚氨酯原料以填补国内喷涂缠绕工艺生产预制直埋保温管的空白，CN109306054A中提供了一种将阻燃元素、催化剂引入全水聚醚分子中以得到低粘度、亲水性强、互溶性好、反应性可调及泡沫尺寸稳定性好的全水喷涂发泡用阻燃聚醚多元醇的解决方案，《喷涂缠绕保温管用全水发泡聚氨酯组合聚醚的研制》中提供了一种通过筛选聚醚多元醇、复配催化剂及特定厚度工艺以满足性能要求的解决方案，上述这些方法从一定程度上解决了现有发泡聚氨酯在管道喷涂缠绕工艺应用中存在的粘接性差稳定性差等问题，但都没有就全水发泡聚氨酯管道喷涂缠绕工艺进行特别研究，均未能全面解决全水体系于管道喷涂缠绕工艺中应用的诸多问题。

综合上述因素，全水发泡喷涂聚氨酯组合物在喷涂成型的替代研究陷入一定瓶颈，需要开发新的配方来满足管道喷涂缠绕工艺。

发明内容