CN102504683B - 一种高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，该面层能满足高速铁路桥面聚脲防水体系配套专用。本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层由A、B组分制成，其中A组分与B组分的质量比为1∶1-5，所述的A组分各组成的质量比为：多元醇100份、色浆0.5-2份、复合催化剂0.5-5份、复合流平剂0.5-1.5份、遮盖剂3.0-20份、涂料助剂1.0-6份、所述的B组分各组成的质量比为：改性脂肪族二异氰酸酯预聚物100份、脂肪族异氰酸酯三聚体10.0-30份、稀释剂35-55份。

Description

一种高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层及制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯面弹性面层及制备方法，更具体地说涉及一种高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层及制备方法。

背景技术

近年来我国高速铁路已进入了大规模建设阶段，由于与传统铁路不同，高铁采用无碴轨道，要求防水、防护层不仅具有防渗、抗裂的基本性能，还要能经受高速、重载、交变冲击等火车高速行驶带来的冲击。喷涂聚脲涂层因没有接缝、黏结力强，真正做到了“皮肤式”防水，同时还具有优异的耐磨性、抗冲性、抗开裂等，满足了高铁的特殊要求。此外，喷涂聚脲技术对表面凹凸、拐角等不规则断面有很好的适应性，是不规则断面较多的无碴轨道防水、防腐处理的良好选择。继京津高速铁路之后，京沪高速铁路路基的防水材料也选用了喷涂聚脲弹性体担当，喷涂聚脲弹性体大规模应用于高速铁路防水工程建设的时代正向我们走来。

喷涂聚脲防水体系由底涂、喷涂聚脲弹性防水涂层、脂肪族聚氨酯弹性面层组成。面层材料用于桥面的暴露部位，这是由于喷涂聚脲防水涂层的固化剂为芳香族异氰酸酯，主要为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)衍生物和苯胺类扩链剂，分子结构中含有大量的苯环和胺基，长期暴露于空气中会发生色变(黄变)和粉化的现象，白色、浅灰色等浅色变色十分明显，不但影响装饰效果，同时主要会导致聚脲防水涂层的粉化破坏。因此相关技术标准规定在高速铁路桥面轨道板以外的暴露区域不单独使用芳香族聚脲涂料，在芳香族聚脲表面施工弹性脂肪族保护面层材料，例如：脂肪族聚氨酯弹性面层等。

面层材料要求与聚脲防水涂层有良好的附着力，具有良好的防滑、耐磨、耐黄变、耐老化和耐化学腐蚀性能，具有良好的弹性和拉伸性能，施工工艺适应性广，可采用喷涂和辊涂等施工。

用于“高铁”聚脲防水涂料体系配套的专用脂肪族面层其制备技术未见公开报道。目前所用的面层与基层聚脲的主要力学性能技术指标，如拉伸强度、断裂伸长率等要求偏低。而且制备时使用了传统的铅、汞类有毒有害的催化剂，环保性能不好。同时产品在当A、B两组分混配后，可操作时间(适用期)很短，一般只有0.5h左右，但后固化时间却较长，一般超过20h，不能同时兼顾操作时间和固化时间的平衡，因此不但要求施工人员要在较短的操作时间内完成面层材料的施工，并且涂层的固化时间偏长，因此这类产品在满足多种施工工艺要求及施工效率方面尚不尽人意。

事实上对于高速铁路桥面专用防水体系来说，由于与传统铁路不同，高铁采用无碴轨道，要求防水层不仅具有防渗、抗裂的基本性能，还要能经受高速、重载、交变冲击等火车高速行驶时带来的冲击，作为防水体系配套使用的脂肪族面层材料的主要性能应与基层——芳香族聚脲的主要性能尽可能的匹配，并且与基层的附着力强，耐磨耗性、耐水解等性能突出，才能满足使用需求，因此急需开发一种高速铁路桥梁混凝土桥面用喷涂聚脲防水体系配套的专用面层材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题与不足，提供一种高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，该面层能满足高速铁路桥面聚脲防水体系配套专用。

同时本发明还提供了该高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层的制备方法。

本发明的技术方案如下：

本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层由A、B组分制成，其中A组分与B组分的质量比为1∶1-5，所述的A组分各组成的质量比为：

所述的B组分各组成的质量比为：

改性脂肪族二异氰酸酯预聚物    100份

脂肪族异氰酸酯三聚体          10.0-30份

稀释剂                        35-55份。

本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其进一步的技术方案是所述的多元醇的羟基含量为1.5％-10.5％，羟基官能度≥2。该多元醇最好使用聚环氧撑多元醇、聚四氢呋喃多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇或聚端羟基丁二烯。

本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其进一步的技术方案还可以是所述的复合催化剂为高催化活性的有机锡、有机铋或有机钛催化剂与低催化活性的有机锌催化剂复配而成，有机锡、有机铋或有机钛催化剂与有机锌催化剂的质量比为1∶1-8；更进一步的技术方案是所述的复合催化剂在配制时先把高催化活性的有机锡、有机铋或有机钛催化剂预先用稀释剂稀释成3％-15％的质量百分浓度。

本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其进一步的技术方案还可以是所述的复合流平剂由含氟丙烯酸酯类的流平剂与有机硅流平剂复配而成，两者的质量比为1∶1-6。

本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其进一步的技术方案还可以是所述的色浆为聚氨酯弹性体用色浆；所述的遮盖剂为钛白粉；所述的涂料助剂为一般涂料用的消泡剂、防沉剂、抗氧剂中的一种或其组合。

本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其进一步的技术方案还可以是所述的改性脂肪族二异氰酸酯预聚物由以下方法制备而成：

将100份的聚碳酸酯二醇、10-150份的多元醇，在真空度为0.085-0.099MPa、温度为100-130℃下的反应釜中真空脱水约1-2h，降温至40℃以下，再加入140-220份脂肪族二异氰酸酯，在搅拌下逐渐升温至90-95℃，维持该反应温度反应3-5h；其中改性脂肪族二异氰酸酯预聚物制备过程中使用的多元醇为本领域常用的多元醇，可以为聚环氧撑多元醇、聚四氢呋喃多元醇、聚酯多元醇、聚己内酯多元醇或聚端羟基丁二烯。

本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其进一步的技术方案还可以是所述的稀释剂为非苯的酯类或酮类溶剂。

本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其进一步的技术方案还可以是所述的稀释剂最好为醋酸乙酯、醋酸丁酯或丁酮。

本发明的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层的制备方法，其包括以下步骤：

A组分的制备：按A组配方比例依次将各组分加入高速研磨釜中，搅拌混合、研磨，中途取样，用细度计检测样品的细度，当细度＜30μm时出料，然后再将该料加入到带真空设备的反应釜中，在真空度为0.080-0.099MPa、温度为100-130℃下真空脱水约1-5h，釜温降至40℃以下，出料，包装；

B组分的制备：按B组配方比例，依次将改性脂肪族二异氰酸酯预聚物、脂肪族二异氰酸酯三聚体和稀释剂加入到带搅拌的反应釜中，室温下搅拌混合1-2h，出料，包装；其中稀释剂为非苯的酯类或酮类溶剂，最好为醋酸乙酯、醋酸丁酯或丁酮。

高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层的制备：按A、B组分的质量配比1∶1-5比例将A、B组分调配均匀后进行涂刷或喷涂即形成了高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明根据高速铁路的要求及现有产品的缺陷，经过配方设计、原料改性制出了能满足高速铁路桥面聚脲防水体系配套专用的高性能双组分脂肪族聚氨酯弹性面层。本发明的产品具有如下特点：1、与聚脲基层的附着力强；2、涂层的力学性能与聚脲基层的力学性能基本匹配；3、耐水解性能突出；4、可操作时间长，表干及实干(固化)时间较短；兼顾了操作时间与固化时间的平衡，因此工艺适应性好，施工效率高；5、不含铅、汞类有毒催化剂，环保性能好；6、具有良好的流平性和防污性。

本发明的最大优点：首先通过对B组分配方的特种设计，在产品的分子链上引入碳酸酯单元和脂肪族异氰酸酯的三元网格结构，达成了本发明产品与聚脲防水涂料基层的附着力、涂膜的机械强度、耐磨耗性、耐水解等性能都有了明显地增强的愿望。其次，由于A组分中的催化剂不使用一般涂料中常用的铅、汞类等有毒的有机重金属催化剂，而是本发明技术所调配的环保性能好的有机金属催化剂的复配物，因此该催化剂能有效的调整本发明产品在A、B两组分混配后的可操作时间及固化时间，达到了本发明者所期望的具有较长的适用期和较短的固化时间的平衡，解决了一般现有产品两者不能同时兼顾的问题。因此本发明的产品不但性能好，同时对环境友好而且具有更好的工艺适应性，可完全满足不同施工工艺的要求。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明的内容，但本发明并不仅限于这些实施例中的条件。实施例中所用的色浆为聚氨酯弹性体用色浆，所用的遮盖剂为钛白粉；所述的涂料助剂为一般涂料用的消泡剂、防沉剂、抗氧剂的组合。

实施例1

A组分的制备：按表一中A组配方比例依次将各组分加入高速研磨釜中，搅拌混合、研磨，中途取样，用细度计检测样品的细度，当细度＜30μm时出料，然后再将该料加入到带真空设备的反应釜中，在真空度为0.090MPa、温度为115℃下真空脱水约3h，釜温降至40℃以下，出料，包装。其中多元醇为聚环氧丙撑醚，羟基含量为5.7％，羟基官能度2；复合催化剂为有机锡催化剂与有机锌催化剂按质量比为1∶8复配而成；复合流平剂由含氟丙烯酸酯类的流平剂与有机硅流平剂按质量比1∶1复配而成。

B组分的制备：按表一中B组配方比例，依次将改性脂肪族异氰酸酯预聚物、脂肪族二异氰酸酯三聚体和醋酸乙酯加入到带搅拌的反应釜中，室温下搅拌混合1h左右，出料，包装。其中改性脂肪族二异氰酸酯预聚物由以下方法制备而成：将100份的聚碳酸酯二醇、10份的聚环氧撑多元醇在真空度为0.085-0.099MPa、温度为115℃下的反应釜中真空脱水约2h，降温至40℃以下，再加入140份的脂肪族二异氰酸酯，在搅拌下逐渐升温至93℃，维持该反应温度反应4h。

高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层的制备：按A、B组分的质量配比1∶1比例将A、B组分调配均匀后进行涂刷或喷涂即形成了高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，测试结果见表二。

实施例2

A组分的制备：按表一中A组配方比例依次将各组分加入高速研磨釜中，搅拌混合、研磨，中途取样，用细度计检测样品的细度，当细度＜30μm时出料，然后再将该料加入到带真空设备的反应釜中，在真空度为0.085MPa、温度为130℃下真空脱水约2h，釜温降至40℃以下，出料，包装。其中多元醇为聚四氢呋喃醚，羟基含量为3.4％，羟基官能度为2；复合催化剂为有机锡催化剂与有机锌催化剂按质量比为1∶3复配而成；复合流平剂由含氟丙烯酸酯类的流平剂与有机硅流平剂按质量比1∶3复配而成。

B组分的制备：按表一中B组配方比例，依次将改性脂肪族异氰酸酯预聚物、脂肪族二异氰酸酯三聚体和醋酸丁酯加入到带搅拌的反应釜中，室温下搅拌混合2h左右，出料，包装。其中改性脂肪族二异氰酸酯预聚物由以下方法制备而成：将100份的聚碳酸酯二醇、80份的聚环氧撑多元醇在真空度为0.085-0.099MPa、温度为115℃下的反应釜中真空脱水约2h，降温至40℃以下，再加入180份的脂肪族二异氰酸酯，在搅拌下逐渐升温至90℃，维持该反应温度反应5h。

高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层的制备：按A、B组分的质量配比1∶2.5比例将A、B组分调配均匀后进行涂刷或喷涂即形成了高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，测试结果见表

实施例3

A组分的制备：按表一中A组配方比例依次将各组分加入高速研磨釜中，搅拌混合、研磨，中途取样，用细度计检测样品的细度，当细度＜30μm时出料，然后再将该料加入到带真空设备的反应釜中，在真空度为0.099MPa、温度为100℃下真空脱水约2h，釜温降至40℃以下，出料，包装。其中多元醇为聚环氧丙撑醚，羟基含量为1.7％，羟基官能度为3；复合催化剂为有机锡催化剂与有机锌催化剂按质量比为1∶1复配而成；复合流平剂由含氟丙烯酸酯类的流平剂与有机硅流平剂按质量比1∶6复配而成。

B组分的制备：按表一中B组配方比例，依次将改性脂肪族异氰酸酯预聚物、脂肪族二异氰酸酯三聚体和丁酮加入到带搅拌的反应釜中，室温下搅拌混合2h左右，出料，包装。其中改性脂肪族二异氰酸酯预聚物由以下方法制备而成：将100份的聚碳酸酯二醇、150份的聚环氧撑多元醇在真空度为0.085-0.099MPa、温度为115℃下的反应釜中真空脱水约2h，降温至40℃以下，再加入220份的脂肪族二异氰酸酯，在搅拌下逐渐升温至90℃，维持该反应温度反应5h。

高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层的制备：按A、B组分的质量配比1∶5比例将A、B组分调配均匀后进行涂刷或喷涂即形成了高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，测试结果见表二。

对比例1、2、3

对比例中原料配比见表一，制备方法同实施例1，测试结果见表二。

表一：

表二：

根据表二结果可以看出：与对比例相比，由本发明技术所制备的高速铁路聚脲防水体系配套专用的脂肪族聚氨酯弹性面层，与基层(聚脲)的附着力、拉伸强度、断裂伸长率、耐磨性及耐水解性能均明显优于对比例；且本发明面层的力学性能与基层的力学性能基本匹配，因此更适用于有高速、重载、交变冲击的高速铁路防水体系的使用要求，同时本发明面层具有较长的操作时间和较短的固化时间，解决了现有产品两者不能同时兼顾的难题，因此本发明产品具有更好的施工工艺性和施工效率。

Claims (6)

1.一种高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其特征在于：该面层由A、B组分制成，其中A组分与B组分的质量比为1:1-5，所述的A组分各组成的质量比为：

所述的B组分各组成的质量比为：

改性脂肪族二异氰酸酯预聚物  100份

脂肪族异氰酸酯三聚体        10.0-30份

稀释剂                      35-55份；

其中：

所述的多元醇的羟基含量为1.5%-10.5%，羟基官能度≥2；

所述的复合催化剂为高催化活性的有机锡、有机铋或有机钛催化剂与低催化活性的有机锌催化剂复配而成，有机锡、有机铋或有机钛催化剂与有机锌催化剂的质量比为1：1-8；

所述的复合流平剂由含氟丙烯酸酯类的流平剂与有机硅流平剂复配而成，两者的质量比为1:1-6；

所述的涂料助剂为消泡剂、防沉剂、抗氧剂中的一种或其组合；

所述的改性脂肪族二异氰酸酯预聚物由以下方法制备而成：

将100份的聚碳酸酯二醇、10-150份的多元醇，在真空度为0.085-0.099MPa、温度为100-130℃下的反应釜中真空脱水1-2h，降温至40℃以下，再加入140-220份脂肪族二异氰酸酯，在搅拌下逐渐升温至90-95℃，维持该反应温度反应3-5h。

2.根据权利要求1所述的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其特征在于所述的复合催化剂在配制时先把高催化活性的有机锡、有机铋或有机钛催化剂预先用稀释剂稀释成3%-15%的质量百分浓度。

3.根据权利要求1所述的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其特征在于所述的色浆为聚氨酯弹性体用色浆；所述的遮盖剂为钛白粉。

4.根据权利要求1或2所述的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其特征在于所述的稀释剂为非苯的酯类或酮类溶剂。

5.根据权利要求1或2所述的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层，其特征在于所述的稀释剂为醋酸乙酯、醋酸丁酯或丁酮。

6.一种如权利要求1-5任一所述的高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A组分的制备：按A组配方比例依次将各组分加入高速研磨釜中，搅拌混合、研磨，中途取样，用细度计检测样品的细度，当细度＜30μm时出料，然后再将该料加入到带真空设备的反应釜中，在真空度为0.080-0.099MPa、温度为100-130℃下真空脱水1-5h，釜温降至40℃以下，出料，包装；

B组分的制备：按B组配方比例，依次将改性脂肪族二异氰酸酯预聚物、脂肪族二异氰酸酯三聚体和稀释剂加入到带搅拌的反应釜中，室温下搅拌混合1-2h，出料，包装；

高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层的制备：按A、B组分的质量配比1:1-5比例将A、B组分调配均匀后进行涂刷或喷涂即形成了高速铁路用脂肪族聚氨酯弹性面层。