一種聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料，由A組份和B組份組成。A組分為：小分子醇類化合物60～120份，催化劑1～20份，擴鏈劑60～120份；B組份為：聚醚多元醇100份，異氰酸酯按聚醚多元醇中羥基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1∶1.8～2.5計量，膨脹型阻燃劑30～60份。A、B組份料按10～30∶100的質(zhì)量比混合均勻。本發(fā)明利用聚氨酯樹脂基體與金屬材料表面有優(yōu)良的粘接性，可滿足不同工藝條件下坯錠的存放要求。聚氨酯樹脂在0℃也能固化，可滿足極端氣候條件下噴涂坯錠的需求，同時具有良好的韌性，可有效避免坯錠堆放過程中碰撞、摩擦造成的涂層脫落。在較低溫度段，聚氨酯樹脂形成連續(xù)涂層，保護金屬表面；在高溫度段，膨脹型阻燃劑分解，形成致密的炭層，保護金屬表面。
【專利說明】
一種聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，涉及一種金屬用涂料，更具體是涉及一種聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料熱加工通常需要在空氣介質(zhì)中加熱與保溫。伴隨著溫度的升高，金屬將發(fā)生氧化脫碳。在金屬氧化的過程中，通常形成氧化皮。分析氧化皮的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)疏松有裂紋，且厚度很厚，造成金屬材料損耗，力學(xué)性能降低；同時為去除氧化脫碳層還要耗費人力、物力、財力。
[0003]減少高溫氧化脫碳的措施有真空保護加熱、鹽浴加熱、可控氣氛保護、零件外包覆不銹鋼材料加熱、快速加熱、涂料保護加熱等。其中涂料保護加熱具有投資少、操作方法簡單、成本低，適應(yīng)性強等特點。
[0004]金屬熱加工過程需要800°C以上的高溫，因此目前普遍采用耐高溫的無機非金屬材料作為金屬材料熱加工保護涂料的基體。無機非金屬類涂料的保護機理為:(I)溶膜屏蔽型保護機理。該機理利用涂層在加熱過程中形成致密而牢固的玻璃狀物或玻璃陶瓷狀物，粘附在工件表面上，隔絕氣氛和基體的接觸，達到保護目的。(2)反應(yīng)型保護機理。它利用硼化物加熱熔融與鋼表面的微量氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成薄的粘態(tài)溶膜，覆蓋在鋼鐵的表面上，隔絕氣氛和基體的接觸，達到保護目的。(3)氧化還原型保護機理。主要特點是涂料中某些物質(zhì)，加熱到一定溫度，首先和爐內(nèi)氣氛發(fā)生反應(yīng)，造成靠近金屬基體的活性介質(zhì)貧乏，不能和基體發(fā)生反應(yīng)，起到保護作用。其中溶膜屏蔽型保護機理被認(rèn)為是熱處理涂料能起保護作用的最主要原因。
[0005]但是在實際應(yīng)用中，無機非金屬類的金屬熱加工保護涂料表現(xiàn)出種種不足，主要有:(I)無機非金屬材料和金屬的粘接力低，無法滿足實際生產(chǎn)工藝需求。工業(yè)生產(chǎn)中，坯錠噴涂熱加工保護涂料后還需堆放再安排上線。如堆放時間超過24h，無機非金屬類的金屬熱加工保護涂料會自行脫落。堆放過程中，坯錠間的相互摩擦和碰撞，也會造成無機非金屬類的金屬熱加工保護涂料的脫落。(2)在相對較低的溫度段，無機非金屬類的金屬熱加工保護涂料保護能力有限。無機非金屬類的金屬熱加工保護涂料的保護機理主要為無機非金屬材料在800°C以上的高溫下熔融，形成液態(tài)粘膜。加入堿金屬氧化物可以降低保護涂料的熔融溫度至600°C左右，但堿金屬氧化物會引起對金屬基體的高溫腐蝕。因此，在坯錠表面溫度達到保護涂料的熔融溫度之前，顆粒狀無機非金屬類的金屬熱加工保護涂料無法有效保護金屬表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了針對金屬熱加工過程中產(chǎn)生氧化與脫碳的問題，以及現(xiàn)有無機非金屬類金屬熱加工保護涂料的不足，提供一種聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料，其包括由A組份和B組份，其中，A組分和B組分分別包含如下重量份數(shù)的組分:
[0008]A組分:小分子醇類化合物60?120份、催化劑I?20份、擴鏈劑60?120份；
[0009]B組份:聚醚多元醇100份、膨脹型阻燃劑30?60份和異氰酸酯，其中異氰酸酯的量按聚醚多元醇中輕基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1:1.8?2.5計量；
[0010]A組分和B組份的質(zhì)量比為10?30:100。
[0011]具體地，所述的聚醚多元醇為聚氧化丙烯二醇，聚四氫呋喃二醇，四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇，聚氧化丙烯三醇，聚四氫呋喃三醇中的任意一種或多種的混合物。其中優(yōu)選聚氧化丙烯二醇和聚四氫呋喃二醇。
[0012]具體地，所述的異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(TDI)，二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)，甲基環(huán)已烷二異氰酸酯(HTDI)，異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，降冰片烷二異氰酸酯(NBDI)中的任意一種。其中優(yōu)選TDI和NBDI。
[0013]具體地，所述的膨脹型阻燃劑為微膠囊化的磷-氮系膨脹型阻燃劑中的任意一種。如三聚氰胺包覆聚磷酸銨微膠囊、三聚氰胺甲醛包覆聚磷酸銨微膠囊、脲醛包覆聚磷酸銨微膠囊、環(huán)氧橡膠包覆聚磷酸銨微膠囊、異氰酸酯包覆聚磷酸銨微膠囊、硅系囊材包覆聚磷酸銨微膠囊、富羥基囊材包覆聚磷酸銨微膠囊等。其中優(yōu)選富羥基囊材包覆聚磷酸銨微膠囊，如環(huán)糊精包覆聚磷酸銨微膠囊。上述微膠囊化的磷-氮系膨脹型阻燃劑均購自鎮(zhèn)江森華阻燃工程科技有限公司。
[0014]具體地，所述的小分子醇類化合物為乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、1，4_丁二醇(BDO)、I，6-已二醇(HG)、一縮二乙二醇(DEG)、新戊二醇(NPG)中的任意一種。其中優(yōu)選EG和BDO。
[0015]具體地，所述的催化劑為DY-1 (雙二甲氨基乙基醚)、DY_5(五甲基二乙烯三胺)、DY-8( 二甲基環(huán)已胺)、DY-12( 二月桂酸二丁基錫)、DY-20(有機鉍)中的任意一種。其中優(yōu)選DY-12 ο
[0016]具體地，所述的擴鏈劑為3,3'-二氯-4，4_二氨基二苯基甲烷(MOCA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、二乙基甲苯二胺(DETDA)中的任意一種。其中優(yōu)選DMTDA。
[0017]本發(fā)明進一步提出了上述聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料的制備方法:
[0018]包括如下步驟:
[0019]將配方量的小分子醇類化合物、催化劑、擴鏈劑投入反應(yīng)釜中攪拌，轉(zhuǎn)速為60-80轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌0.5?I小時，制得A組份料；
[0020]將聚醚多元醇在110°C下抽真空脫水I?2小時，真空度小于lkPa，再將配方量的脫水后的聚醚多元醇、異氰酸酯、膨脹型阻燃劑投入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，在80°C條件下，反應(yīng)I?2小時，檢測異氰酸基團含量基本不變時，降溫至室溫制得B組份料；
[0021]使用時，將A、B組份料按A:B= 10?30:100的質(zhì)量比混合均勻，噴涂或手糊在金屬表面即可。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果主要是:
[0023](I)聚氨酯樹脂基體與金屬材料表面有優(yōu)良的粘接性，可以滿足不同工藝條件下坯錠的存放要求。聚氨酯樹脂在(TC也可以固化，能夠滿足極端氣候條件下噴涂坯錠的需求。聚氨酯樹脂具有良好的韌性，可有效避免坯錠堆放過程中碰撞、摩擦造成的涂層脫落。
[0024](2)在較低溫度段，聚氨酯樹脂形成連續(xù)涂層，保護金屬表面;在高溫度段，膨脹型阻燃劑分解，形成致密的炭層，保護金屬表面。
【具體實施方式】
[0025]下面通過具體的實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0026]實施例1
[0027]A組份料:將EG 60份，DY-121份，DMTDA 120份投入反應(yīng)釜中攪拌，轉(zhuǎn)速為60-80轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌0.5?I小時，制得A組份料。
[0028]B組份料:首先將聚氧化丙烯二醇在110°C下抽真空脫水I?2小時，真空度小于lkPa。再將脫水后的聚氧化丙烯二醇100份，TDK按聚醚多元醇中羥基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1: 1.8計量)，環(huán)糊精包覆聚磷酸銨微膠囊30份投入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，在80°C條件下，反應(yīng)I?2小時，檢測異氰酸基團含量基本不變時，降溫至室溫制得B組份料。
[0029]使用時，將A、B組份料按A:B = 10: 100的質(zhì)量比混合均勻，噴涂或手糊在金屬表面即可。
[0030]經(jīng)檢測，制備的有機硅樹脂基金屬熱加工保護涂料在800°C，6h后無氧化皮、腐蝕現(xiàn)象，金屬熱處理后涂層自動脫落，涂層無開裂，涂層附著力為8.1MPa。
[0031]實施例2
[0032]A組份料:將EG 100份，DY-1210份，DMTDA 100份投入反應(yīng)釜中攪拌，轉(zhuǎn)速為60-80轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌0.5?I小時，制得A組份料。
[0033]B組份料:首先將聚氧化丙烯二醇在110°C下抽真空脫水I?2小時，真空度小于lkPa。再將脫水后的聚氧化丙烯二醇100份，TDK按聚醚多元醇中羥基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1:2計量)，三聚氰胺甲醛包覆聚磷酸銨微膠囊50份投入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，在80°C條件下，反應(yīng)I?2小時，檢測異氰酸基團含量基本不變時，降溫至室溫制得B組份料。
[0034]使用時，將A、B組份料按A:B= 20:100的質(zhì)量比混合均勻，噴涂或手糊在金屬表面即可。
[0035]經(jīng)檢測，制備的有機硅樹脂基金屬熱加工保護涂料在850°C，6h后無氧化皮、腐蝕現(xiàn)象，金屬熱處理后涂層自動脫落，涂層無開裂，涂層附著力為7.5MPa。
[0036]實施例3
[0037]A組份料:將BDO 120份，DY-1215份，DMTDA 60份投入反應(yīng)釜中攪拌，轉(zhuǎn)速為60-80轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌0.5?I小時，制得A組份料。
[0038]B組份料:首先將聚四氫呋喃二醇在110°C下抽真空脫水I?2小時，真空度小于lkPa。再將脫水后的聚四氫呋喃二醇100份，NBDI(按聚醚多元醇中羥基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1:2計量)，環(huán)氧橡膠包覆聚磷酸銨微膠囊30份投入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，在80°C條件下，反應(yīng)I?2小時，檢測異氰酸基團含量基本不變時，降溫至室溫制得B組份料。
[0039]使用時，將A、B組份料按A:B= 30:100的質(zhì)量比混合均勻，噴涂或手糊在金屬表面即可。
[0040]經(jīng)檢測，制備的有機硅樹脂基金屬熱加工保護涂料在900°C，6h后無氧化皮、腐蝕現(xiàn)象，金屬熱處理后涂層自動脫落，涂層無開裂，涂層附著力為7.3MPa。
[0041 ] 實施例4
[0042]A組份料:將BDO 80份，DY-1220份，DMTDA 120份投入反應(yīng)釜中攪拌，轉(zhuǎn)速為60-80轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌0.5?I小時，制得A組份料。
[0043]B組份料:首先將聚四氫呋喃二醇在110 °C下抽真空脫水I?2小時，真空度小于lkPa。再將脫水后的聚四氫呋喃二醇100份，NBDI(按聚醚多元醇中羥基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1:2.5計量)，異氰酸酯包覆聚磷酸銨微膠囊60份投入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，在80°C條件下，反應(yīng)I?2小時，檢測異氰酸基團含量基本不變時，降溫至室溫制得B組份料。
[0044]使用時，將A、B組份料按A:B= 20:100的質(zhì)量比混合均勻，噴涂或手糊在金屬表面即可。
[0045]經(jīng)檢測，制備的有機硅樹脂基金屬熱加工保護涂料在950°C，6h后無氧化皮、腐蝕現(xiàn)象，金屬熱處理后涂層自動脫落，涂層無開裂，涂層附著力為6.SMPa。
[0046]實施例5
[0047]A組份料:將HG 60份，DY-51份，MOCA 120份投入反應(yīng)釜中攪拌，轉(zhuǎn)速為60-80轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌0.5?I小時，制得A組份料。
[0048]B組份料:首先將四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇在110°C下抽真空脫水I?2小時，真空度小于lkPa。再將脫水后的四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇100份，XDI(按聚醚多元醇中羥基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1: 1.8計量)，三聚氰胺包覆聚磷酸銨微膠囊30份投入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，在80°C條件下，反應(yīng)I?2小時，檢測異氰酸基團含量基本不變時，降溫至室溫制得B組份料。
[0049]使用時，將A、B組份料按A:B = 10: 100的質(zhì)量比混合均勻，噴涂或手糊在金屬表面即可。
[0050]經(jīng)檢測，制備的有機硅樹脂基金屬熱加工保護涂料在800°C，6h后無氧化皮、腐蝕現(xiàn)象，金屬熱處理后涂層自動脫落，涂層無開裂，涂層附著力為7.1MPa。
[0051 ] 實施例6
[0052]A組份料:將DEG 120份，DY-8 15份，DETDA 60份投入反應(yīng)釜中攪拌，轉(zhuǎn)速為60-80轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌0.5?I小時，制得A組份料。
[0053]B組份料:首先將聚四氫呋喃三醇在110°C下抽真空脫水I?2小時，真空度小于lkPa。再將脫水后的聚四氫呋喃三醇100份，IPDI(按聚醚多元醇中羥基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1:2計量)，脲醛包覆聚磷酸銨微膠囊30份投入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，在80°C條件下，反應(yīng)I?2小時，檢測異氰酸基團含量基本不變時，降溫至室溫制得B組份料。
[0054]使用時，將A、B組份料按A:B= 30:100的質(zhì)量比混合均勻，噴涂或手糊在金屬表面即可。
[0055]經(jīng)檢測，制備的有機硅樹脂基金屬熱加工保護涂料在900°C，6h后無氧化皮、腐蝕現(xiàn)象，金屬熱處理后涂層自動脫落，涂層無開裂，涂層附著力為7.2MPa。
[0056]實施例7
[0057]A組份料:將NPG 100份，DY-20 10份，DMTDA 100份投入反應(yīng)釜中攪拌，轉(zhuǎn)速為60-80轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌0.5?I小時，制得A組份料。
[0058]B組份料:首先將聚氧化丙烯二醇在110°C下抽真空脫水I?2小時，真空度小于lkPa。再將脫水后的聚氧化丙烯二醇100份，NBDI(按聚醚多元醇中羥基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1:2計量)，環(huán)糊精包覆聚磷酸銨微膠囊50份投入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，在80°C條件下，反應(yīng)I?2小時，檢測異氰酸基團含量基本不變時，降溫至室溫制得B組份料。
[0059]使用時，將A、B組份料按A:B= 20:100的質(zhì)量比混合均勻，噴涂或手糊在金屬表面即可。
[0060]經(jīng)檢測，制備的有機硅樹脂基金屬熱加工保護涂料在850°C，6h后無氧化皮、腐蝕現(xiàn)象，金屬熱處理后涂層自動脫落，涂層無開裂，涂層附著力為7.2MPa。
【主權(quán)項】
1.一種聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料，其特征在于，其包括由A組份和B組份，其中，A組分和B組分分別包含如下重量份數(shù)的組分: A組分:小分子醇類化合物60?120份、催化劑I?20份、擴鏈劑60?120份； B組份:聚醚多元醇100份、膨脹型阻燃劑30?60份和異氰酸酯，其中異氰酸酯的量按聚醚多元醇中輕基與異氰酸酯中異氰酸基團摩爾比1:1.8?2.5計量； A組分和B組份的質(zhì)量比為10?30:100。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料，其特征在于，所述的聚醚多元醇為聚氧化丙烯二醇、聚四氫呋喃二醇、四氫呋喃-氧化丙烯共聚二醇、聚氧化丙烯三醇和聚四氫呋喃三醇中的任意一種或多種的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料，其特征在于，所述的異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、甲基環(huán)己烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯和降冰片烷二異氰酸酯中的任意一種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料，其特征在于，所述的膨脹型阻燃劑為微膠囊化的磷-氮系膨脹型阻燃劑中的任意一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料，其特征在于，所述的小分子醇類化合物為乙二醇、丙二醇、I，4-丁二醇、I，6-己二醇、一縮二乙二醇、新戊二醇中的任意一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料，其特征在于，所述的催化劑為雙二甲氨基乙基醚、五甲基二乙烯三胺、二甲基環(huán)己胺、二月桂酸二丁基錫和有機鉍中的任意一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料，其特征在于，所述的擴鏈劑為3,3'二氯-4，4-二氨基二苯基甲烷、二甲硫基甲苯二胺、二乙基甲苯二胺中的任意一種。8.權(quán)利要求1所述的聚氨酯樹脂基金屬熱加工保護涂料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將配方量的小分子醇類化合物、催化劑、擴鏈劑投入反應(yīng)釜中攪拌，轉(zhuǎn)速為60-80轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌0.5?I小時，制得A組份料； 將聚醚多元醇在110°C下抽真空脫水I?2小時，真空度小于lkPa，再將配方量的脫水后的聚醚多元醇、異氰酸酯、膨脹型阻燃劑投入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，在80°C條件下，反應(yīng)I?2小時，檢測異氰酸基團含量基本不變時，降溫至室溫制得B組份料； 使用時，將A、B組份料按A: B = 1?30:100的質(zhì)量比混合均勻，噴涂或手糊在金屬表面即可。
【文檔編號】C09D5/18GK105969156SQ201610454012
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】朱治愿, 徐進, 張競, 湯繼俊, 李照磊, 陳斌
【申請人】江蘇科技大學(xué)