CN101665654A - 一种喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷涂型聚氨酯－脲阻尼减振降噪防护材料，该材料由等体积的A、R两组分组成，经高压撞击混合设备混合后喷涂到混凝土底材上，瞬间就形成一层性能优异的阻尼减振降噪防护涂层。所述A组分为异氰酸酯与聚合物多元醇生成的半预聚体；R组分为端氨、羟基聚醚、二胺类扩链剂和助剂形成的混合物。该材料具有固化速度快、粘弹性好、强度大、阻尼减振降噪性能优异等优点，能够在复杂、恶劣环境条件下高效率施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪防护材料，属于高分子材料领域。
背景技术
城市快速轨道交通对于缓解我国中心城市交通紧张局面、实现城市交通发展战略、促进城市建设和经济持续快速发展，节约能源和改善城市环境质量具有重大意义。城市快速轨道交通投资大、建设周期长，因此，科学有效地解决地铁建设关键技术问题对于我国城市快速轨道交通建设刻不容缓。
某些城市(例如青岛、重庆、西安等)地质条件较为复杂，总体上地基属于岩浆岩(花岗岩)型硬路基结构，使得这些城市地铁的振动和噪声相比其它城市(如：北京、上海、杭州、广州等)的软路基而言要强烈得多。在地铁施工、特别是运营期间产生的振动在基岩中传播迅速且衰减系数较低，并且很难通过增加区间埋深的方法加以缓解。《青岛市城市快速轨道交通建设规划环境影响报告书》指出，受青岛地铁工程所处的硬质花岗岩结构影响，地铁列车运行会给沿线区域带来一定的噪声和振动影响，必须采用先进材料及相应技术措施予以解决。青岛市地铁一期设计方案总体设计中涉及中山路等线路，此段线路位于青岛市老城区，中山路等繁华的商业区、人口稠密的居民区以及青岛交通局、公交变电站、驻军、基督教堂、天主教堂等振动敏感点均位于线路上方，应采取必要的减振降噪措施。
控制地铁振动和轮轨噪声的主要手段之一就是利用阻尼材料形成的约束阻尼结构，来达到减振降噪目的。阻尼减振降噪技术(Sound and Vibration Damping Technology)国外已有五十多年研究和应用历史。初期主要用于航空、航天、固体火箭推进、潜艇隐身等军事领域，其后，又逐步向运载工具、轨道交通、土木建筑等民用方面推广应用，取得了显著的军事、社会和环境效益。
目前，国内外的阻尼材料从材质上分，主要是橡胶类板材和高分子涂料。橡胶类板材主要是各种橡胶减振衬垫、阻尼橡胶板、橡胶减振器等，施工时需要使用粘合剂将橡胶板黏贴在被处理部位。这些部位通常是比较平整的物面，例如：钢板、铝板等，而对于地铁、隧道等建筑工程，只能使用阻尼涂料；高分子阻尼涂料，最常用的是石棉沥青阻尼涂料，但由于其中含有致癌物质沥青和大量有机溶剂，逐渐被禁止使用。
喷涂聚脲弹性体技术(Spray Polyurea Elastomer Technology简称SPUA)是目前国际上最为先进、环保、快速的施工技术，已经在京津城际铁路路基、2008年北京奥运会主要场馆看台、2009年济南城运会主会场看台等大型基础设施的混凝土防水和装饰工程中成功应用。但是，聚脲技术用于减振降噪的研究和开发在国内外还是空白。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于城市坚硬地基地铁的喷涂型聚氨酯-脲阻尼减振降噪防护材料。
本发明的技术方案如下：所述喷涂型聚氨酯-脲阻尼减振降噪防护材料由A组分和R组分按体积比1∶1反应生成；所述的A组分是由35～60份的低官能度多异氰酸酯和50～70份聚醚多元醇合成的半预聚物，其中低官能度多异氰酸酯的官能度为1～2.4；聚醚多元醇的官能度为2～4。R组分包括15～60份二胺类扩链剂，10～75份端氨基聚醚，10～70份端羟基聚醚，其中胺类扩链剂的官能度最好是等于2，端氨基聚醚的官能度为2～4。所述的R组分还包括1～30份颜料、1～30份填料及1～30份助剂。
所述聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体的异氰酸酯指数在0.9～1.2之间。
所述的低官能度多异氰酸酯为下列中的一种或几种：甲苯二异氰酸酯、亚苯基碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基二异氰酸酯、多苯基多异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、高2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、环己二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、对四甲基苯亚甲基二异氰酸酯等。例如烟台万华聚氨酯公司MDI-50、MDI-100LL、MDI-100，日本化成厄普姜公司143L。
所述的聚醚多元醇的羟基官能度为2～4，羟基当量在500～3000之间。例如天津石化三厂210、220、330、蓖麻油。
所述的半预聚物的游离异氰酸酯基的最优含量在10％～18％之间。
所述的二胺类扩链剂为二乙基甲苯二胺(DETDA)、二甲巯基甲苯二胺(DMTDA)、N，N’-二烷基甲基二苯胺等中的一种或几种。如美国UOP公司
4100、
4200；或者为脂肪族类扩链剂，如Huntsman公司的
T-403、D-400、D-230、7027、754。
所述的端氨基聚醚是含聚氧化乙烯或氧化丙烯主链的端氨基聚醚，其官能度为2～3，例如Huntsman公司D-2000、D-4000、T-3000、T-5000。
所述的端羟基聚醚的羟基官能度为2～4，羟基当量在500～3000之间。例如，UCC公司聚己内酯(PCL)。
所述的颜料为黑浆、白浆、红浆、黄浆、绿浆、蓝浆中的一种或几种。
所述的填料为以下的一种或几种，但并不局限于这些：碳酸钙、石英粉、石墨粉、钛白粉、陶土、蛭石粉、云母粉、重晶石、滑石粉、玻璃鳞片、碳酸钙粉、高岭土、硅灰石粉等。
所述的助剂为稀释剂、分散剂、防沉降剂、阻燃剂、防霉剂、抗静电剂、流平剂、偶联剂、水解稳定剂、催化剂、光稳定剂、抗氧剂、消泡剂和增塑剂中的一种或几种。例如Huntsman公司JeffsolTM PC、JeffsolTM EC稀释剂，德国BYK公司电中性润湿分散剂，南方化学有限公司Tixogel MP有机膨润土防沉降剂，英国奥布赖·威尔逊公司磷系阻燃剂甲基磷酸二甲酯(DMMP)、雅宝公司氢氧化铝阻燃剂，德国BYK公司BYK301、BYK302、BYK306、BYK307、BYK310、BYK331流平剂，安徽金威化工有限公司Tinuvin 327、Tinuvin 328、Tinuvin 770、Tinuvin 783光稳定剂，广州承诚化工有限公司Irganox 1076抗氧剂等。
本发明的优点是：1)采用快速固化喷涂聚脲技术制备约束阻尼材料，能在10秒钟甚至更短的时间即可固化成型，不产生流淌现象；2)在阻尼减振降噪的同时，还赋予了材料防水、防腐、耐磨、抗冲等多种功能，实现了一材多用；3)100％固含量，不含有任何挥发性有机溶剂，在施工和使用中对环境不造成危害。
具体实施方式
下面通过具体实施例来详细说明本发明，但本发明并不仅仅局限于以下实施例中。
实施例1：
取MDI-50 52份和羟基当量为1000的220聚醚48份。首先，加热聚醚二元醇，在90℃下，真空搅拌1～2小时，除去所存在的湿气；其次，氮气保护下冷却至70℃，加入MDI-50，将温度升至80℃±4℃，保温1～2小时，得NCO％为15％的半预聚物，即为A组分。R组分是由11份
T-5000、54份220聚醚、5份DETDA、10份
4200、15份聚己内酯、4份钛白粉和1份德国BYK公司电中性润湿分散剂组成。A、R两组分通过
公司的H-20/35主机和GX-7喷枪按1∶1(体积比)喷涂于经过处理的混凝土表面形成聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体，其凝胶时间为15秒。
实施例2：
将
143L 43份和羟基当量为1000的330聚醚57份按实施例1中的工艺合成得NCO％为10％的半预聚物，即为A组分。R组分是由23.92份330聚醚、60.33份D-2000和15.75份DETDA组成。A、R组分通过
公司的HXP-3主机和Fusion-AP喷枪按1∶1(体积比)喷涂形成聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体，其凝胶时间为6秒。
实施例3：
将MDI-100LL 59.3份和羟基当量为1000的220聚醚40.7份按实施例1中的工艺合成得NCO％为15％的半预聚物，即为A组分。R组分是由18.18份
T-5000、19.30份330聚醚、18.17份DETDA、26.03份
4200、20份氢氧化铝和24份DMMP组成。A、R组分通过
公司的G-250H主机和Master喷枪按1∶1(体积比)喷涂在经过处理的混凝土表面形成聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体，其凝胶时间为10秒。
实施例4：
将MDI-5025份、MDI-10025份和羟基当量为1000的330聚醚50份按实施例1中的工艺合成得NCO％为15％的半预聚物，即为A组分。R组分是由18.18份220聚醚、39.30份
D-2000、16.49份DETDA、26.03份
4200、20份碳酸钙、5份钛白粉、1份Tinuvin 328和1份Irganox 1076组成。A、R组分通过
公司的H-20/35主机和GX-7喷枪按1∶1(体积比)喷涂在经过处理的混凝土表面形成聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体，其凝胶时间为10秒。
实施例5：
将MDI-5027份、MDI-100LL 27份和羟基当量为1000的330聚醚46份按实施例1中的工艺合成得NCO％为14％的半预聚物，即为A组分。R组分是由10份
T-5000、60份330聚醚、10份DETDA、15份
4200、1份黑浆和4份白浆组成。A、R两组分通过公司的H-20/35主机和GX-7喷枪按1∶1(体积比)喷涂于经过处理的混凝土表面形成聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体，其凝胶时间为10秒。
实施例6：
将MDI-50 55.55份和羟基当量为500的210聚醚44.5份按实施例1中的工艺合成得NCO％为15％的半预聚物，即为A组分。R组分是由15份210聚醚、55份
D-2000、8份DETDA、12份
4200、10份聚己内酯和5份云母粉组成。A、R两组分通过
公司的HXP-3主机和Fusion-AP喷枪按1∶1(体积比)喷涂于经过处理的混凝土表面形成聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体，其凝胶时间为12秒。
实施例7：
将MDI-100LL 62.1份和羟基当量为500的210聚醚37.9份按实施例1中的工艺合成得NCO％为15％的半预聚物，即为A组分。R组分是由10份220聚醚、55份
D-2000、15份DETDA、15份
4200、1份BYK307和4份蛭石粉组成。A、R两组分通过公司的G-250H主机和Master喷枪按1∶1(体积比)喷涂于经过处理的混凝土表面形成聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体，其凝胶时间为10秒。
实施例8：
将MDI-50 69份和蓖麻油31份按实施例1中的工艺合成得NCO％为15％的半预聚物，即为A组分。R组分是由20份T-5000、60份220聚醚、5份DETDA、5份
4200、5份聚己内酯和5份石墨粉组成。A、R两组分通过美国
公司的H-20/35主机和GX-7喷枪按1∶1(体积比)喷涂于经过处理的混凝土表面形成聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体，其凝胶时间为18秒。
实施例9：
将MDI-100LL 74.8份和蓖麻油25.2份按实施例1中的工艺合成得NCO％为15％的半预聚物，即为A组分。R组分是由10份330聚醚、55份
D-2000、15份DETDA、15份
4200、1份Tinuvin 770、2份蛭石粉和2份玻璃鳞片组成。A、R两组分通过
公司的G-250H主机和Master喷枪按1∶1(体积比)喷涂于经过处理的混凝土表面形成聚氨酯-脲阻尼减振降噪弹性体，其凝胶时间为10秒。
本发明喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料的性能指标见表1。
表1喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料的主要物理性能
| 项目 | 指标 |
| 阻尼损耗因子 | ≥0.05 |
| 拉伸强度 | ≥8MPa |
| 断裂伸长率 | ≥400％ |
| 撕裂强度 | ≥45KN/m |
| 粘结强度 | ≥1.5MPa |
| 硬度，邵A | 60～98，可调 |
| 冲击强度(Kg.cm) | 50 |
| 凝胶时间 | ≤1min |
| 摩擦系数 | 0.85～0.96 |
Claims (10)
1、一种喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于它由A组分和R组分按体积比1∶1反应生成；A组分是由35～60份的低官能度多异氰酸酯和50～70份聚醚多元醇合成的半预聚物；R组分包括15～60份二胺类扩链剂，10～75份端氨基聚醚，10～70份端羟基聚醚。
2.根据权利要求1所述的喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于所述的R组分还包括1～30份颜料、1～30份填料及1～30份助剂。
3.根据权利要求1所述的喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于所述的低官能度多异氰酸酯的官能度为1～2.4，聚醚多元醇的官能度为2～4，二胺类扩链剂的官能度是2，端氨基聚醚的官能度为2～4。
4.根据权利要求1或2所述的喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于所述的半预聚物的游离异氰酸酯基的含量在10％～18％之间。
5.根据权利要求1或2所述的喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于所述的低官能度多异氰酸酯为下列多异氰酸酯的一种或几种：甲苯二异氰酸酯、亚苯基碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基二异氰酸酯、多苯基多异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、高2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、环己二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、对四甲基苯亚甲基二异氰酸酯。
6.根据权利要求1或2所述的喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于所述的聚醚多元醇为聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚、聚四氢呋喃醚二醇、聚ε-己内酯二醇端羟基聚丁二烯、蓖麻油中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于所述的聚醚多元醇羟基当量在500～3000之间。
8.根据权利要求1所述的喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于所述的二胺类扩链剂为二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、N，N’-二烷基甲基二胺、N，N’-二烷基苯二胺中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于所述的端氨基聚醚是含聚氧化乙烯或氧化丙烯主链的端氨基聚醚，其官能度为2～3。
10.根据权利要求1所述的喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料，其特征在于所述的填料是碳酸钙、石英粉、石墨粉、钛白粉、陶土、蛭石粉、云母粉、重晶石、滑石粉、玻璃鳞片中的一种或几种。
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