CN102675584A - 喷涂聚脲混凝土基面专用聚氨酯底涂及其制法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了专用于喷涂聚脲混凝土基面的聚氨酯底涂和用该底涂制备的腻子，以及上述底涂和腻子的制备方法。本发明的底涂是双组分聚氨酯体系，其中底涂的A、B两种组分的重量比为1∶1-3∶1，A组分为异氰酸酯预聚体组分，B组分为氨基扩链剂组分，并且A组分中异氰酸根-NCO与B组分中氨基-NH₂的摩尔比为1.2-1.5。腻子是由本发明底涂和干燥的425#水泥按1∶0.8-1∶1.2的重量比混合搅匀而成。本发明提供底涂和腻子，能在相对湿度比较大、温度比较低的环境下喷涂聚脲混凝土基层，具有堵孔效果好、附着力高并且固化速度快的优点。

Description

喷涂聚脲混凝土基面专用聚氨酯底涂及其制法和应用

技术领域

本发明涉及防水涂料领域的基层处理底涂及腻子，特别涉及专用于喷涂聚脲混凝土基面的聚氨酯底涂和用该底涂制备的腻子。

背景技术

聚脲在混凝土基面应用必须使用专门的底涂和腻子。底涂一是用来封闭混凝土基材表面毛细孔中的空气和水分，避免聚脲涂层喷涂后出现鼓泡和针孔现象；二是可以起到胶粘剂的作用，提高聚脲涂层与混凝土底材的粘结强度，提高防护效果。腻子用来对混凝土基面进行修补和找平，多采用相应的底涂和填料(425#水泥、石英砂或滑石粉等)混合制得。目前市场上的底涂主要有以下几种体系：

1、聚氨酯底涂

聚氨酯底涂一般分为双组分和单组分，单组分聚氨酯底涂使用方便，但储存期较短且和双组分聚氨酯底涂相比性能较差，双组分聚氨酯底涂A组分一般采用异氰酸酯、聚醚或溶剂合成的半预聚体，B组分由聚醚、催化剂或溶剂组成，异氰酸酯多采用TDI或MDI，聚醚多采用PPG2000、PPG3000等，该体系由于和聚脲体系相似，因而与聚脲有很好的相容性，所以基层处理底涂能够很好的封堵混凝土的毛细孔并和聚脲防水层有很好的粘结性。但是传统的双组分聚氨酯底涂采用异氰酸酯和聚醚固化的机理，由于反应速度较慢反应中需要加入催化剂，又由于加入溶剂反应速度会进一步降低反应速度，在低温情况下附着力会明显下降。

2、环氧体系底涂

环氧树脂底涂一般为双组分，A组分为环氧树脂和环氧树脂活性稀释剂及溶剂组成，B组分为氨基环氧固化剂，环氧树脂底涂粘结强度好，受环境湿度影响小，但受温度影响比较大，在15℃以下反应速度降低很快，在5℃以下几乎难以固化。

3、其他体系，现在很多公司在制备混凝土基层底涂还采用醇酸树脂或聚氨酯改性环氧树脂体系。

众多体系底涂各有优缺点，但在低温且高湿的环境下，上述一般的基层处理底涂及腻子都存在着堵孔效果不好、附着力低和固化速度慢等缺点，满足不了在一些特定环境下施工的要求，比如，在2009年京沪高速铁路聚脲防水层施工在对混凝土基材进行修补过程中主要面临以下问题：

1、京沪高铁混凝土基材采用抛丸工艺，抛丸后混凝土基层上面留下非常多的孔洞，这些孔洞如果不进行修补在喷涂聚脲后在聚脲防水层上依然会留有很多孔洞，所以需用腻子对混凝土进行修补将混凝土上面的孔洞封闭住。

2、京沪高铁开工是在冬季，南方气温比较低，湿度比较大，市场上的底涂大多难以固化或者固化后底涂和聚脲防水层之间的附着力很难满足《京沪高速铁路聚脲防水层暂行技术标准》要求的2.5MPa。

发明人发现，相对湿度比较大、温度比较低的情况下施工喷涂聚脲，普通底涂和腻子都存在着堵孔效果不好、附着力低和固化速度慢，主是由于以下原因造成的：

1、一般聚氨酯体系的底涂在潮湿环境下预聚体组分会和空气中的水进行反应而消耗掉部分异氰酸根造成两个组分比例失调所以固化后附着力不够。

2、环氧体系的底涂在低温下固化速度会降低很快，并且固化后的环氧底涂由于活性比较低与聚脲防水层之间的附着力也急剧下降。

3、底涂加填料来配制腻子的时候，腻子中母液(即底涂)的固化速度和溶剂的挥发速度之间的关系是腻子固化后强度的关键因素，很多相关人员没有注意到这个问题导致腻子固化后强度非常低，最后在测试防水层粘结强度的时候腻子层开裂，相应的粘结强度也就很低。

4、底涂和填料配制腻子的时腻子的触变性能差导致腻子对桥面混凝土的针孔封堵效果比较差。

发明内容

针对以上缺点，本发明提供了一种在相对湿度比较大、温度比较低的环境下喷涂聚脲混凝土基层，具有堵孔效果好、附着力高并且固化速度快的聚氨酯底涂。

本发明还提供了一种用上述底涂为原料制得的具有堵孔效果好、附着力高并且固化速度快的腻子。

本发明采用类似于聚脲固化的体系提供如下底涂和腻子。

1、本发明的喷涂聚脲混凝土基面专用聚氨酯底涂，其中底涂是双组分聚氨酯体系，底涂的A、B两种组分的重量比为1∶1-3∶1，A组分主要为异氰酸酯组分，B组分主要为氨基扩链剂组分，A组分中异氰酸根-NCO与所述B组分中氨基-NH₂的摩尔比(α值)为1.2-1.5所述A、B两种组分固化反应如反应式1：

反应式1异氰酸酯与氨基反应

α值为A组分中异氰酸根-NCO与所述B组分中氨基-NH₂的摩尔比。α值大小决定着整个体系对环境湿度的适应性。主要的机理是A组分中的异氰酸根与水反应，反应方程式如反应式2所示，反应后生成胺和CO2，整个反应消耗一个异氰酸根生成一个氨基，使得异氰酸酯和氨基的比值减小，并且生成CO2如果不能及时排除会对底涂的性能有很大的影响，所以底涂的α值设计在1.2～1.5之间，会减少空气湿度对底涂性能的影响，另外由于体系B组分是氨基扩链剂参加的异氰酸根与氨基的反应，反应方程式如反应式1所示，反应速度较异氰酸根与水反应的速度快很多也会减少环境水份对底涂性能的影响。

反应式2异氰酸酯与水反应

本发明的聚氨酯底涂，其中制备所述A组分所用原料的重量份组成为：

制备所述B组分所用原料的重量份组成为：

本发明的异氰酸酯选定但不限制为多亚甲基多苯基异氰酸酯(Polymethylenepolyphemylene isocyanate简称PAPI)，是由50％MDI与50％官能度大于2以上的多异氰酸酯组成的混合物，符合中华人民共和国国家标准GB13658-92规定。

本发明的催化剂可以选自叔胺类催化剂和有机金属化合物，优先使用辛酸亚锡，还可以使用二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺、油酸等。

本发明的有机溶剂A优选使用乙酸丁酯；有机溶剂B1优先使用丙酮；有机溶剂B2优先使用乙酸乙酯，但上述溶剂的选择并不仅限于此。

本发明的聚醚多元醇选定但不限制为聚氧化丙烯二醇又称聚丙二醇(polyoxypropyleneglycol，简称PPG)，优选使用N220(聚醚多元醇2000)，是一种分子量为2000，官能度为2的聚醚多元醇。

消泡剂(Defoamer)，可以选自但不限定于为非硅型消泡剂和含硅型消泡剂、聚醚类消泡剂等。

本发明的氨基扩链剂优选二邻氯二苯胺甲烷(4，4’-methylenebis(2-chloroaniline)，简称MOCA)，也可以选择其他本领域公知的氨基扩链剂。

异氰酸酯选用官能度较高的PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)，聚醚选用N220(聚醚多元醇2000)，这样一个设计使得A组分整个体系相互交联在一起形成一个网状体系，但由于是在溶剂中聚合且加入催化剂，并在相对较低的65℃～75℃下反应使整个体系不会由于交联度高而凝胶，A组分预聚的反应机理如反应式3.

反应式3异氰酸酯与羟基的反应

B组分选用氨基扩链剂MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)和溶剂及其他助剂组成，这样一个体系使两个组分混合后是氨基和异氰酸酯的反应形成脲键(见反应式1)，这个反应的速度比较快反应过程中不需要加入催化剂且形成的脲键化学能比较高使整个体系的强度大大提高。

优选的本发明的聚氨酯底涂，制备所述A组分所用原料的重量份组成为：

制备所述B组分所用原料的重量份组成为：

更优选的本发明的聚氨酯底涂，其中制备所述A组分所用原料的重量份组成为：

制备所述B组分所用原料的重量份组成为：

本发明的聚氨酯底涂，较好的使用方法是，底涂的A、B两种组分的重量比为2∶1。

本发明还提供了的上述聚氨酯底涂的制备方法，包括如下步骤：

A组分制备：取聚醚多元醇，加入有机溶剂A和催化剂，于温度为65℃-75℃条件下与异氰酸酯进行聚合反应制成；

B组分制备：取氨基扩链剂溶解于有机溶剂B1和B2，加入消泡剂混匀制成。

一般预聚体合成(A组分)是异氰酸酯和羟基的反应温度需要在90℃左右，本发明中加入催化剂后是在65℃-75℃进行预聚反应，降低了反应温度并缩短了反应时间。反应温度太高时，溶剂挥发快且反应支化度高而容易固化。

优选的本发明的聚氨酯底涂的制备方法，包括如下步骤：

A组分制备：先将聚醚多元醇2000加入到反应釜后进行升温，在釜内温度120℃-130℃、压力-0.001MPa--0.09MPa的条件下，进行真空脱水1-3小时；待降温至50℃-60℃后加入乙酸丁酯搅拌均匀，然后缓慢加入PAPI和辛酸亚锡缓慢升温至65℃-75℃反应1-3小时，检测合格后出料包装；

B组分制备：取MOCA、丙酮和乙酸乙酯在300-900转/分钟的转速下搅拌均匀，待MOCA全部溶解后加入消泡剂继续搅拌均匀，最后出料包装。

更优选的本发明的制备方法，包括如下步骤：

A组分制备：先将聚醚多元醇2000加入到反应釜后进行升温，在釜内温度125℃、压力-0.01MPa--0.05MPa的条件下，进行真空脱水2小时；待降温至55℃后加入乙酸丁酯搅拌均匀，然后缓慢加入PAPI和辛酸亚锡缓慢升温至70℃反应2小时，检测合格后出料包装；

B组分制备：取MOCA、丙酮和乙酸乙酯在600转/分钟的转速下搅拌均匀，待MOCA全部溶解后加入消泡剂继续搅拌均匀，最后出料包装。

本发明的聚氨酯底涂制备的腻子，是将A组分和B组分按二者重量比例混合均匀后，得到母液(即底涂)；腻子是由母液和干燥的425#水泥按1∶0.8-1∶1.2的重量比混合搅匀而成。

本发明优选选用425#水泥，也可以选择其他本领域现有技术中同类水泥。

本发明的有益效果为：

1、本发明与现有聚氨酯底涂及腻子技术相比

传统的聚氨酯底涂分单组分和双组分，单组分聚氨酯底涂是依靠吸收空气中的水份固化，所以对潮湿环境的适应性比较强，但单组分聚氨酯底涂固化速度慢，固化后性能较本发明有很大差距，传统的双组分聚氨酯底涂采用异氰酸酯和聚醚(反应式3)固化的机理，反应速度较本发明的异氰酸酯和氨基(反应式1)的固化速度慢很多，所以在低温和潮湿环境下固化性能和本实验相比差很多。本发明和传统单组分聚氨酯底涂、双组分聚氨酯底涂对聚脲和混凝土进行粘接后性能的对比下表1。

表1.本发明与传统单双组分聚氨酯底涂性能对比

2、本发明与现有环氧底涂及腻子技术相比

传统环氧底涂及腻子和本发明相比主要在低温固化速度和腻子堵孔效果上有很大差距，环氧树脂在5℃下很难固化，在15℃下固化速度非常慢一般需要4个小时以上才能表干，严重影响其使用。而本发明采用的体系在5℃下半小时即可表干，24小时后强度即可达到最高值。

下面通过具体实施例进一步说明本发明。

具体实施方式

实施例1：

称取如下重量的A组分原料：PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)30g；聚醚多元醇200080g；辛酸亚锡0.1g；乙酸丁酯89.9g。

A组分制备工艺：首先将聚醚多元醇2000加入到反应釜中，然后加热到120℃、并在釜内压力-0.01MPa--0.09MPa条件下，进行真空脱水2小时，然后降温至50℃后加入乙酸丁酯搅拌均匀，最后缓慢加入PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)和辛酸亚锡缓慢升温至65℃之间反应2小时，检测合格后出料包装。

称取如下重量的B组分原料：MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)15g；丙酮35g；乙酸乙酯49；消泡剂1g。

B组分制备工艺：取MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)、丙酮和乙酸乙酯在转速为r＝600转/分钟下搅拌均匀，待MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)全部溶解后加入消泡剂继续搅拌均匀，最后出料包装。

将A组分和B组分混合均匀后即得到母液(即底涂)；将母液和干燥的425#水泥按1∶0.8的重量比混合搅匀而得到腻子。

实施例2：

称取如下重量的A组分原料：PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)35g；聚醚多元醇200078.8g；辛酸亚锡0.2g；乙酸丁酯86g。

A组分制备工艺：首先将聚醚多元醇2000加入到反应釜中，然后加热到130℃、并在釜内压力-0.01MPa--0.05MPa条件下，进行真空脱水1小时，然后降温至60℃后加入乙酸丁酯搅拌均匀，最后缓慢加入PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)和辛酸亚锡缓慢升温至75℃之间反应1小时，检测合格后出料包装。

称取如下重量的B组分原料：MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)16g；丙酮40g；乙酸乙酯42g；消泡剂2g。

B组分制备工艺：取MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)、丙酮和乙酸乙酯在转速为r＝300转/分钟下搅拌均匀，待MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)全部溶解后加入消泡剂继续搅拌均匀，最后出料包装。

将A组分和B组分混合均匀后即得到母液(即底涂)；将母液和干燥的425#水泥按1∶1的重量比混合搅匀而得到腻子。

实施例3：

称取如下重量的A组分原料：PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)40g；聚醚多元醇200074.8g；辛酸亚锡0.2g；乙酸丁酯85g。

A组分制备工艺：首先将聚醚多元醇2000加入到反应釜中，然后加热到125℃、并在釜内压力-0.01MPa--0.05MPa条件下，进行真空脱水3小时，然后降温至55℃后加入乙酸丁酯搅拌均匀，最后缓慢加入PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)和辛酸亚锡缓慢升温至60℃之间反应3小时，检测合格后出料包装。

称取如下重量的B组分原料：MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)20g；丙酮38g；乙酸乙酯40；消泡剂2g。

B组分制备工艺：取MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)、丙酮和乙酸乙酯在转速为r＝900转/分钟下搅拌均匀，待MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)全部溶解后加入消泡剂继续搅拌均匀，最后出料包装。

将A组分和B组分混合均匀后即得到母液(即底涂)；将母液和干燥的425#水泥按1∶1.2的重量比混合搅匀而得到腻子。

实施例4：

称取如下重量的A组分原料：PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)45g；聚醚多元醇200069.8g；辛酸亚锡0.2g；乙酸丁酯85g。

A组分制备工艺：首先将聚醚多元醇2000加入到反应釜中，然后加热到120℃、并在釜内压力-0.01MPa--0.05MPa条件下，进行真空脱水1.5小时，然后降温至60℃后加入乙酸丁酯搅拌均匀，最后缓慢加入PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)和辛酸亚锡缓慢升温至75℃之间反应1.5小时，检测合格后出料包装。

称取如下重量的B组分原料：MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)25g；丙酮48g；乙酸乙酯25；消泡剂2g。

B组分制备工艺：同实施例1B组分制备工艺.

将A组分和B组分混合均匀后即得到母液(即底涂)；将母液和干燥的425#水泥按1∶1的重量比混合搅匀而得到腻子。

实施例5：

称取如下重量的A组分原料：PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)50g；聚醚多元醇200064.8g；辛酸亚锡0.2g；乙酸丁酯85g。

A组分制备工艺：首先将聚醚多元醇2000加入到反应釜中，然后加热到125℃、并在釜内压力-0.001MPa--0.09MPa条件下，进行真空脱水2小时，然后降温至60℃后加入乙酸丁酯搅拌均匀，最后缓慢加入PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)和辛酸亚锡缓慢升温至65℃之间反应2小时，检测合格后出料包装。

称取如下重量的B组分原料：MOCA(二邻氯二苯胺甲烷)30g；丙酮48g；乙酸乙酯20；消泡剂2g。

B组分制备工艺：同实施例1B组分制备工艺.

将A组分和B组分混合均匀后即得到母液(即底涂)；将母液和干燥的425#水泥按1∶1的重量比混合搅匀而得到腻子。

以上实施例的性能检测结果见下表2：

表2实施例的性能检测结果

以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种喷涂聚脲混凝土基面专用聚氨酯底涂，所述底涂是双组分聚氨酯体系，其特征在于，所述底涂的A、B两种组分的重量比为1∶1-3∶1，所述A组分主要为异氰酸酯组分，所述B组分主要为氨基扩链剂组分，所述A组分中异氰酸根-NCO与所述B组分中氨基-NH₂的摩尔比为1.2-1.5，，所述A、B两种组分固化反应机理如下反应式：

2.如权利要求1所述的聚氨酯底涂，其特征在于，制备所述A组分所用原料的重量份组成为：

制备所述B组分所用原料的重量份组成为：

3.如权利要求2所述的聚氨酯底涂，其特征在于：所述异氰酸酯为PAPI，所述催化剂为辛酸亚锡，所述有机溶剂A是指乙酸丁酯；所述聚醚多元醇为聚醚多元醇2000，所述氨基扩链剂为MOCA，所述有机溶剂B1为丙酮，所述有机溶剂B2为乙酸乙酯。

4.如权利要求3所述的聚氨酯底涂，其特征在于，制备所述A组分所用原料的重量份组成为：

制备所述B组分所用原料的重量份组成为：

5.如权利要求4所述的聚氨酯底涂，其特征在于，制备所述A组分所用原料的重量份组成为：

制备所述B组分所用原料的重量份组成为：

6.如权利要求5所述的聚氨酯底涂，其特征在于：所述底涂的A、B两种组分的重量比为2∶1。

7.如权利要求2-6所述的任一聚氨酯底涂的制备方法，包括如下步骤：

A组分制备：取聚醚多元醇，加入有机溶剂A和催化剂，于温度为65℃-75℃条件下与异氰酸酯进行聚合反应制成；

B组分制备：取氨基扩链剂溶解于有机溶剂B1和B2，加入消泡剂混匀制成。

8.如权利要求7所述的聚氨酯底涂的制备方法，包括如下步骤：所述异氰酸酯为PAPI，所述催化剂为辛酸亚锡，所述有机溶剂A是指乙酸丁酯；所述聚醚多元醇为聚醚多元醇2000，所述氨基扩链剂为MOCA，所述有机溶剂B1为丙酮，所述有机溶剂B2为乙酸乙酯：

A组分制备：先将聚醚多元醇2000加入到反应釜后进行升温，在釜内温度120℃-130℃、压力-0.001MPa--0.09MPa的条件下，进行真空脱水1-3小时；待降温至50℃-60℃后加入乙酸丁酯搅拌均匀，然后缓慢加入PAPI和辛酸亚锡缓慢升温至65℃-75℃反应1-3小时，检测合格后出料包装；

B组分制备：取MOCA、丙酮和乙酸乙酯在300-900转/分钟的转速下搅拌均匀，待MOCA全部溶解后加入消泡剂继续搅拌均匀，最后出料包装。

将A组分和B组分按二者重量比例混合均匀后即得到所述聚氨酯底涂。

9.如权利要求8所述的制备方法，包括如下步骤：

A组分制备：先将聚醚多元醇2000加入到反应釜后进行升温，在釜内温度125℃、压力-0.01MPa--0.05MPa的条件下，进行真空脱水2小时；待降温至55℃后加入乙酸丁酯搅拌均匀，然后缓慢加入PAPI和辛酸亚锡缓慢升温至70℃反应2小时，检测合格后出料包装；

B组分制备：取MOCA、丙酮和乙酸乙酯在600转/分钟的转速下搅拌均匀，待MOCA全部溶解后加入消泡剂继续搅拌均匀，最后出料包装。

将A组分和B组分按二者重量比例混合均匀后即得到底涂。

10.应用权利要求1-6所述的聚氨酯底涂制备的腻子，其特征在于，所述A组分和B组分按二者重量比例混合均匀后，得到母液；所述腻子是由所述母液和干燥的425#水泥按1∶0.8-1∶1.2的重量比混合搅匀而成。