CN102702946A

CN102702946A - 一种专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料及其制备方法、使用方法

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Publication number: CN102702946A
Application number: CN2012100022302A
Authority: CN
Inventors: 刘子康; 李红英
Original assignee: Beijing Oriental Yuhong Waterproof Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Oriental Yuhong Waterproof Technology Co., Ltd.; Xuzhou Woniushan New Waterproof Material Co., Ltd.; Beijing Oriental Yuhong Waterproof Technology Co Ltd
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-01-05
Also published as: CN102702946B

Abstract

本发明公开了一种专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，为现场喷涂成型的A组分和B组分构成的双组分弹性涂料，其中A组分是由30～60重量份多异氰酸酯与30～50重量份聚醚多元醇反应而得的半预聚物和0～10份的稀释剂组成；B组分由35～65重量份端氨基聚醚、25～40重量份液态胺扩链剂、0～20重量份颜料以及0～8重量份助剂组成。本发明的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，双组分通过喷涂设备，经快速混合后喷至基层表面，快速反应固结成为富有弹性、坚韧的涂层。该涂层具有高抗渗性、高强度、高伸长率、防水、防腐和耐磨性、耐溶剂等功能的涂层。

Description

一种专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料及其制备方法、使用方法

技术领域

本发明涉及到一种专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，属于建筑材料领域。

背景技术

面对洪涝灾害等突发险时情确保水工建筑的安全可靠运行是非常重要的，水工泄水建筑是水利枢纽的重要组成部分，确保其正常运行、泄洪消能对于整个工程的安全是至关重要的。

冲蚀磨损、空蚀破坏是水工泄水建筑(如溢洪道、泄洪洞、泄洪道、溢流坝、泄水孔)运行中最常见的工程问题，尤其随着水利工程规模的不断增大，泄水建筑物过流速度普遍超过35m/s，有的高达50～60m/s的超高流速，冲磨蚀与空蚀问题更加突出，这一直是水利工程中密切关注、有待妥善解决的一个技术难题。在本领域虽然在水力学、材料力学等方面进行了大量的研究，提出了诸如掺气减蚀、采用高强抗冲磨混凝土等工程措施，起到了一定的减蚀抗蚀效果，但都没有能够从根本上解决这个问题，目前工程中冲蚀磨损、空蚀破坏仍很严重，只能定期进行修补，然后再破坏再修补，这不仅影响泄水建筑物的正常运行调度，反复修补需要很大的投入，而且破坏还可能进一步加剧，形成恶性循环，甚至影响到整个水利枢纽的安全。

随着水利水电建设的发展，高水头、大流量的水利工程日益增多，工程规模的扩大，不仅带来了一些新的技术问题，也使原本尚未得到妥善解决的难题更加突出。因此，水工建筑目前存在的抗渗、抗冲磨、抗空蚀等防护问题，已成为水工建筑施工中不可忽视的部分，并受到业内人人士的普遍关注。如何有效解决水工建筑抗渗、防腐、抗冲磨、抗空蚀等防护问题，提高水工建筑长效防护效果，延长水工建筑的耐久性，保证水工建筑的安全，一直是国内外水工建筑领域研究的重要课题，亟待解决。

已有的方案，如传统的环氧砂浆、无机砂浆等材料都存在着以下缺点：①硬度有余韧性不足，在泄洪时产生的空蚀作用和冲击作用下极易磨损、掉落，寿命很短，几乎每次续期来临前都要全面维修，导致修补及保养费用增加；②难以在垂直面或顶面施工；③体系含有机溶剂，对人体有害且污染环境；④必须采用多道施工，施工周期长，效率低。

发明内容

针对已有技术的缺陷，本发明提供一种专用于水工建筑喷涂聚脲弹性涂料，该涂料固化后表现出优异的性能，例如高硬度、高强度、高伸长率、防水、防腐和耐磨性、耐溶剂性等。

为实现上述发明目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，为现场喷涂成型的A组分和B组分构成的双组分弹性涂料，其中A组分是由多异氰酸酯与聚醚多元醇反应而得的半预聚物和聚合MDI、异氰酸酯预聚体组成；B组分由端氨基聚醚、液态胺扩链剂、颜填料以及助剂组成，其中各组分重量份数如下：

A组分是由20～40重量份多异氰酸酯与25～40重量份聚醚多元醇反应而得的半预聚物和0～10份的聚合MDI、20～40份的异氰酸酯预聚体组成；

B组分包括35～65重量份端氨基聚醚、25～40重量份液态胺扩链剂、0～20重量份颜料以及0～8重量份助剂组成。

在本发明中，所述的多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯，多次甲基多苯基多异氰酸酯的芳香族多异氰酸酯；或选自环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯的脂肪族多异氰酸酯；或其混合物。优选的是二苯基甲烷二异氰酸酯，所述二苯基甲烷二异氰酸酯选自4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，高2，4异构体含量的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种和/或一种以上的混合物。

在本发明中，所述的聚醚多元醇选自聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚中的一种和/或一种以上的混合物，优选的，所述聚醚多元醇的官能度为2～4，羟值当量至少为500，更优选1000～3000之间。

在本发明中，聚合MDI，如本领域技术人员所知，又称粗MDI或者聚氨酯黑料，是生产聚氨酯发泡保温材料、地坪材料、各种胶粘剂以及其他聚氨酯制品的主要原材料，在本发明中，所述的聚合MDI选自烟台万华公司的PM-200、亨斯曼公司的Suprasec 5005、巴斯夫公司的Lupranate M20S中的一种和/或一种以上的混合物。

在本发明中，所述的异氰酸酯预聚体选自拜耳公司的Modur 1453、亨斯曼公司的Suprasec 9009、烟台万华公司的Wannate 8312中的一种和/或一种以上的混合物。

在本发明中，所述胺类扩链剂选自二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、N，N’-二烷基甲基二苯胺、4，4’-二氨基二苯基甲烷、3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷，脂肪族类扩链剂中的一种和/或一种以上的混合物。

在本发明中，B组分所用的颜填料是一种根据需要选择加入的成分，所述颜填料选自碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、高岭土、沸石、硅藻土、珍珠岩、蛭石、气相二氧化硅、炭黑、钛白粉、酞青蓝、大红粉等，颜填料的用量可以在所述范围内根据实际使用进行合理调整。

进一步的，在本发明的涂料中，所述B组分还可包括助剂以改善涂料的多种性能，例如：

B组分中，根据需要可加入抗氧剂、紫外光吸收剂、流动改进剂等助剂，例如抗氧剂Irganox 1010和1076(CIBAGEIGY公司)，Yoshinox BHT、BB、GSY-930等(YOSHITOM SEIYAKU公司)，紫外光吸收剂TinuvinP327、328、B97(CIBAGEIGY公司)等，优选的，该类助剂的用量为B组分总量的0.2～2重量份。

进一步的，本发明公开了所述专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料的制备方法，包括

A组分的制备方法：将多异氰酸酯与聚醚多元醇反应是将聚醚多元醇和稀释剂加入有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100～120℃，恒温抽真空至釜内压力-0.095MPa以上脱水3小时，关真空降温至50～60℃加入相应量的多异氰酸酯，加热至70～90℃反应3小时，游离的异氰酸酯基含量在10％～20％之间时，降温至40～60℃，加入相应的预聚体搅拌均匀后出料而得。

B组分的制备方法：先把端胺基聚醚加入到反应釜中，然后搅拌下加入分散助剂慢速搅拌下待助剂分散均匀后，加入胺扩链剂，颜料后高速搅拌0.5～1小时后，加入其他助剂等混合均匀，用200目筛网过滤后出料。

进一步的，本发明公开了所述专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料的使用方法，将两组分按照体积比1∶1的比例进行喷涂施工，采用的设备为喷涂主机和喷枪进行施工，施工时喷涂设备可使用美国Graco公司的H-XP3主机或E-XP2主机和Fusion MP或Fusion AP喷枪等。

本发明的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，兼顾了体系的粘度、比例和力学性能等综合因素，主要体现在以下三个方面：

第一喷涂聚脲弹性体要求体系的粘度应尽量低，而体系中引入颜填料会导致粘度增加，若处理不当会导致混合不均；

第二喷涂聚脲弹性体设定两组份的比例为1∶1，而引入颜填料后可能会导致调整比例为1∶1变得比较困难，使配方设计难度加大；

第三颜填料的加入在一定程度上对材料的喷涂工艺有不利影响，因此本发明的专用于水工建筑喷涂聚脲弹性涂料充分考虑到混合性、喷涂工艺和力学性能的综合平衡，从而确定了上述最佳组成，达到了下述几个技术效果：添加量小而对涂料硬度提高有显著影响：与原料的混溶性好；对基料的粘度影响小、可操作性好；无毒或毒性小；在体系中后贮存稳定性好，具有较好的实用性和经济性。

本发明的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料应用最大的领域之一是大坝的坝面和泄洪洞、泄洪道的保护有效地解决了传统材料所导致的难题，具有寿命长、无污染、不流挂、施工快等特点，喷涂成型的聚脲弹性体柔韧性好，伸长率高达300％，可以将底材上的毛细裂纹连接在一起，防渗漏效果极佳。

本发明的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料海可用作大型水工建筑的坝面防护材料及大坝泄洪洞和泄洪道的防护材料，以替代传统的环氧砂浆涂料。

申请人进行了大量的试验测试，证实本发明专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料具有下述显著的性能优势：

一、固化速度快，一般在低于10～20秒的时间内迅速固化，层间施工间隔只需几分钟，如施工600m²/2.0mm厚的涂层，仅需4小时即可完成施工，1～2小时即可投入使用。

二、100％固含量，只要正确使用，无论是施工期间，还是材料投入使用后，涂层均不产生有害物质和刺激性气味。

三、固化后表现出优异的综合性能，例如高抗渗性、高强度、高伸长率、耐磨性、耐溶剂性、耐高温、耐老化等。

具体实施方式

结合具体的实施例可以更好的理解本发明的发明精神，在以下实施中，提供了本发明若干优选的实施方式和材料组成，然而本发明并不仅限于采用下述方式实施，本领域技术人员在理解本发明发明实质的基础上对本发明所进行的变更、替换、改进等依旧属于本发明的保护范围。

在下述实施例中，各原料均可从市场采购，例如：

MDI-MI 4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(德国BASF公司制造)

T-5000、D-2000端氨基聚醚(德国BASF公司制造)

DETDA二乙基甲苯二胺(美国Albemarle公司制造)

MDI-1004，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(烟台合成革厂制造)

Lupranate M20S聚合MDI(德国BASF公司制造)

Suprasec 5005聚合MDI(美国亨斯曼公司制造)

Modur 1453异氰酸酯预聚体(德国拜耳公司制造)、

Suprasec 9009异氰酸酯预聚体(美国亨斯曼公司制造)

实施例1

将当量为1000的聚醚二元醇30重量份加入充氮的反应釜中，加温至(105～115)℃，恒温抽真空至釜内压力-0.095MPa以上脱水3小时，关真空降温至(50～60)℃加入MDI-MI 25重量份、加热至(70～90)℃反应3小时，降温至(50～60)℃加入Lupranate M20S 10重量份，Modur 1453 35重量份，搅拌均匀出料即为A组分。B组分是由7重量份T-5000、33重量份D-2000、22重量份DETDA、18重量份DMTDA、15重量份滑石粉和5重量份碳酸钙在反应釜中搅拌混合均匀制成。

使用时，A、B组分通过美国Graco公司的H-XP3主机和Fusion MP喷枪按1∶1(体积比)喷涂形成聚脲弹性体。适合于大坝的泄洪洞和泄洪道防护工程。该聚脲弹性体的主要物理性能如下表1所述：

表1聚脲弹性体的主要物理性能

项目	指标
		凝胶时间	5秒

拉伸强度	16MPa
		断裂伸长率	300％
撕裂强度	60KN/m
		硬度，邵A	96
抗空蚀质量损失	0
		水沙法抗冲磨质量损失	0
钢球法抗冲磨质量损失	0

实施例2

将当量为1000的聚醚三元醇25重量份加入充氮的反应釜中，加温至(105～115)℃，恒温抽真空至釜内压力-0.095MPa以上脱水3小时，关真空降温至(50～60)℃加入MDI-100 40重量份，加热(70～90)℃反应3小时，降温至(50～60)℃加入Suprasec 5005 5重量份，Suprasec 9009 30重量份，搅拌均匀，即为A组分。B组分是由40重量份T-5000、20重量份D-2000、20重量份DETDA、10重量份的滑石粉和10总量份的碳酸钙在反应釜中搅拌混合均匀制成。

使用时，A、B组分通过美国Graco公司的H-XP3主机和Fusion MP喷枪按1∶1(体积比)喷涂形成聚脲弹性体。该体系通过调节喷枪角度，可获得外观均匀的颗粒表面，适合于大坝泄洪道和泄洪洞防护工程。该聚脲弹性体的主要物理性能见表2所述。

表2聚脲弹性体的主要物理性能

项目	指标
		凝胶时间	5秒
拉伸强度	16MPa
		断裂伸长率	300％
撕裂强度	55KN/m
		硬度，邵A	94
抗空蚀质量损失	0
		水沙法抗冲磨质量损失	0

钢球法抗冲磨质量损失

0

实施例3

将当量为1000的聚醚二元醇50重量份加入充氮的反应釜中，加温至(105～115)℃，恒温抽真空至釜内压力-0.095MPa以上脱水3小时，关真空降温至(50～60)℃加入MDI-100 30重量份，加热至(70～90)℃反应3小时，降温至(50～60)℃加入Suprasec 5005 5重量份，Modur 1453 15重量份，搅拌均匀，即为A组分。B组分是由23重量份T-5000、37重量份D-2000、18重量份DETDA、12重量份DMTDA、10重量份的碳酸钙在反应釜中搅拌混合均匀制成。

使用时，A、B组分通过美国Graco公司的H-XP3主机和Fusion MP喷枪按1∶1(体积比)喷涂形成聚脲弹性体。该体系通过调节喷枪角度，可获得外观均匀的颗粒表面，适合于大坝坝面的防护工程。该聚脲弹性体的主要物理性能见表3所述：

表3聚脲弹性体的主要物理性能

项目	指标
		凝胶时间	10秒
拉伸强度	17MPa
		断裂伸长率	300％
撕裂强度	50KN/m
		硬度，邵A	90
3MPa抗渗试验	无渗水

对比实施例1

将当量为1000的聚醚二元醇40重量份加入充氮的反应釜中，加温至(105～115)℃，恒温抽真空至釜内压力-0.095MPa以上脱水3小时，关真空降温至(50～60)℃加入MDI-MI 40重量份、MDI-100 20重量份，加热至(70～90)℃反应3小时，降温至(50～60)℃出料即为A组分。B组分是由38重量份T-5000、26重量份D-2000、36重量份DETDA在反应釜中搅拌混合均匀制成。

使用时，A、B组分通过美国Graco公司的H-XP3主机和Fusion MP喷枪按1∶1(体积比)喷涂形成聚脲弹性体。该聚脲弹性体的主要物理性能见表4所述

表4聚脲弹性体的主要物理性能

项目	指标
		凝胶时间	10秒
拉伸强度	14MPa
		断裂伸长率	370％
撕裂强度	48KN/m
		硬度，邵A	83
抗空蚀质量损失	2g
		水沙法抗冲磨质量损失	5g
钢球法抗冲磨质量损失	1g

由上述实验数据可以看出，本发明的涂料通过在所述的组成下各项性能均良好，满足应用需求。

Claims

1.一种专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，为现场喷涂成型的A组分和B组分构成的双组分弹性涂料，其特征在于所述A组分是由多异氰酸酯与聚醚多元醇反应而得的半预聚物和聚合MDI、异氰酸酯预聚体组成；所述B组分由端氨基聚醚、液态胺扩链剂、颜料以及助剂组成，其中各组分重量份数如下：

2.根据权利要求1所述的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于所述的多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯，多次甲基多苯基多异氰酸酯的芳香族多异氰酸酯；或选自环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯的脂肪族多异氰酸酯；或其混合物。

3.根据权利要求2所述的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于所述的多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，所述二苯基甲烷二异氰酸酯选自4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，碳化二亚胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，高2，4异构体含量的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种和/或一种以上的混合物。

4.据权利要求1所述的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于所述的聚醚多元醇选自聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚中的一种和/或一种以上的混合物，其中官能度为2～4，羟值当量至少为500。

5.据权利要求4所述的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于所述聚醚多元醇羟值当量在1000～3000之间。

6.据权利要求1所述的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于所述胺类扩链剂选自二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、N，N’-二烷基甲基二苯胺、4，4’-二氨基二苯基甲烷、3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷，脂肪族类扩链剂中的一种和/或一种以上的混合物。

7.据权利要求1所述的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于所述颜填料选自碳酸钙、滑石粉，高岭土、有机膨润土、气相二氧化硅、二氧化钛中的一种和/或一种以上的混合物。

8.根据权利要求1所述的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于所述助剂包括抗氧剂、紫外线吸收剂、流动改进剂和/或增强材料。

9.权利要求1所述的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料的制备方法，其特征在于：

所述A组分的制备方法：将聚醚多元醇和稀释剂加入有氮气保护的反应釜中，在搅拌下加热至100～120℃，恒温抽真空至釜内压力-0.095MPa以上脱水3小时，关真空降温至50～60℃加入相应量的多异氰酸酯，加热至70～90℃反应3小时，游离的异氰酸酯基含量在10％～20％之间时，降温至40～60℃，加入相应的预聚体搅拌均匀后出料而得；

所述B组分的制备方法：先把端胺基聚醚加入到反应釜中，然后搅拌下加入助剂慢速搅拌下待助剂分散均匀后，加入胺扩链剂，颜填料后高速搅拌0.5～1小时后，加入其他助剂助剂等混合均匀，用200目筛网过滤后出料。

10.权利要求1所述的专用于水工建筑防护的喷涂聚脲弹性涂料的使用方法，其特征在于：将两组分按照体积比1∶1的比例进行喷涂施工，采用主机和/或喷枪进行喷涂。