CN104609781A - 一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆，包括以下重量份的组分：含有有机硅类活性物质的水硬化砂浆骨料体系60～90份，复合多元醇乳液体系5～25份，异氰酸酯固化剂5～25份；所述水硬化砂浆骨料体系包括质量比为(1～7)∶(93～99)的有机硅类活性物质和水泥砂浆；所述复合多元醇乳液体系包括质量比为(4～30)∶(8～50)∶(0.05～0.3)∶(10～40)的多元醇树脂、蓖麻油多元醇树脂、乳化剂、水。该发明还提供了上述微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆的制备方法。该防水砂浆制备工艺简单、施工方便，固化成型后具有微膨胀性能好、自修复性能佳，同时还具有自密实性、抗冲击、耐磨、疏水防水性能。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆及其制备方法。
背景技术
以水泥、砂子、矿粉等材料组成的普通砂浆干缩变形大，抗渗性、抗裂性、耐腐蚀性差，在实际应用中受到极大的限制；中国专利CN 103553483 A水泥基渗透结晶防水涂料及其制备方法、CN 101891432 B一种渗透结晶型防水涂料分别公开了一种添加沉淀剂、络合剂的物质，在混凝土内部进行渗透，结晶，起到密实防水抗渗的作用，在一定深度上起到提升制品抗渗、防水、防腐性能的目的。然而，混凝土砂浆具有的干缩变形大、抗裂性差的应用瓶颈仍然存在。
采用丙烯酸系列乳液、环氧树脂、聚氨酯等材料改性的聚合物砂浆应运而生，也在实际工程应用中展示了卓越的性能。丙烯酸系列乳液改性的聚合物砂浆具有优异的防水性能，然而，由于丙烯酸乳液本身强度低，得到的试件强度较低；以环氧树脂或者水性环氧制备的聚合物砂浆，可以满足加固砂浆的技术指标，然而由于在高温环境中环氧易爆聚，低温固化困难等原因，其应用也得到了限制。聚氨酯砂浆以其优异的耐磨性、耐化学腐蚀、高强度、性能可调节性、韧性和优异的施工性能，在将来的工程应用中将具有广阔的应用空间。
中国专利申请CN 103420657 A公开了一种聚氨酯砂浆及其制备方法，采用先制备出油性单组分聚氨酯材料，然后再与水泥基材混合制备而成。虽然此种制备方法得到的聚氨酯砂浆与普通砂浆相比具有一定的优势，但同时由于油性聚氨酯材料与水泥等无机骨料的包裹性差、油性聚氨酯材料的分散性差，易造成在最终制品中的团聚，最终形成应力集中，反而对整体构件的受用寿命起到负面影响。同时制备工艺相对来说较复杂，可操作性差。
中国专利申请CN 104177030 A公开了一种聚氨酯环氧水泥砂浆及其制备方法，采用分步加入双组分聚氨酯两个组分的办法，来提升聚氨酯两个组分在砂浆中的分散效果。虽然取得一定的进步，但是油性的聚氨酯材料与无机材料的包裹性仍然不能得到很好的改善。同时，宏观上聚氨酯在基体中得到一定程度的分散，但是从微观上看，聚氨酯仍 然是以较小的团聚体存在成型构件中。
爱克工业株式会社在中国的专利申请CN 1746128 B公开了采用聚酯多元醇、异氰酸酯和含有水硬性砂浆的骨材形成的水系聚氨酯砂浆组合物。采用该组合物得到的制品由于固化收缩而引起的翘曲、裂纹的现象得到抑制或消除，具有很大的进步。然而，从长期应用来看，酯键在水泥的碱性环境中容易发生讲解，从而失去其优异的性能，具有一定的局限性。
日本专利特开2000-72507号，提出含有水硬性砂浆、水、骨材、蓖麻油类多醇等疏水性多醇以及二异氰酸酯化合物的反应得到的含有异氰酸酯基末端预聚物的异氰酸酯成分的水系聚氨酯砂浆组合物。此水系聚氨酯砂浆组合物采用的油性蓖麻油仍然存在与骨料材料的相容性差等弊端。
有机物改性防水砂浆在一定程度上提高了制品的韧性，极大程度提高其防水、抗渗、防腐性能，有效抑制干燥收缩和开裂问题出现，但是其还属于刚性防水涂层，在基层裂缝变形过大时，仍然具有一定的开裂风险。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆及其制备方法。
技术方案：本发明提供的一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆，包括以下重量份的组分：含有有机硅类活性物质的水硬化砂浆骨料体系60～90份，复合多元醇乳液体系5～25份，异氰酸酯固化剂5～25份；所述水硬化砂浆骨料体系包括质量比为(1～7)：(93～99)的有机硅类活性物质和水泥砂浆；所述复合多元醇乳液体系包括质量比为(4～30)：(8～50)：(0.05～0.3)：(10～40)的多元醇树脂、蓖麻油多元醇树脂、乳化剂、水。
作为优选，所述水硬化砂浆骨料体系为本领域熟知的水泥砂浆体系，其包括水泥、砂子、石英粉、硅灰、矿粉、粉煤灰以及减水剂、早强剂等常规助剂。
作为另一种优选，所述有机硅类活性物质选自甲基三乙氧基硅烷、纳米硅酸钠、甲基硅酸钠、渗透结晶母料中的一种或几种的混合。
作为另一种优选，所述多元醇树脂为含有EO和/或PO的聚醚或聚酯多元醇；其官能度为2～4，分子量为200～5000。
作为另一种优选，所述蓖麻油多元醇树脂为蓖麻油多元醇或改性蓖麻油多元醇；其官能度为2～4，分子量为387～3450。
作为另一种优选，所述乳化剂选自非离子乳化剂、阴离子乳化剂中的一种或两种；其中，非离子乳化剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、烷基酚聚氧乙烯醚(TX-10，OP-10等)、脂肪酸聚氧乙烯(10)酯(SE-10)、烷基醇酰胺聚氧乙烷醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚(PO-EO共聚物)、烷基醇酰胺；阴离子乳化剂包括硫酸酯盐型乳化剂(十二烷基硫酸钠)、磺酸盐型乳化剂(双十二烷基苯基醚二磺酸钠、苯磺酸钠等)、羧酸盐型乳化剂(硬质酸钠、油酸钠等)。
作为另一种优选，所述异氰酸酯固化剂选自聚亚苯基多甲基多异氰酸酯(PAPI)、液态二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中的一种或两种。
本发明还提供了上述微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将多元醇树脂、蓖麻油多元醇树脂、乳化剂搅拌混合，搅拌同时加入水中使溶解或乳化，即得复合多元醇乳液体系；
(2)将有机硅活性物质加入水泥砂浆中，混合均匀，即得含有有机硅活性物质的水硬性砂浆骨料体系；
(3)将异氰酸酯固化剂加入到乳液体系里面常规搅拌混合均匀，再加入水硬性砂浆骨料体系，搅拌均匀，即得。
优选地，复合多元醇乳液体系搅拌温度30～80℃，搅拌速度1000～4000r/min；转速过慢乳化颗粒较大，且得到的乳液不稳定，转速过快增加设备损耗，同时易造成体系温升过大。
有益效果：本发明提供的微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆制备工艺简单、施工方便，固化成型后具有微膨胀性能好、自修复性能佳，同时还具有自密实性、抗冲击、耐磨、疏水防水性能。
本发明结合聚合物改性提升制品柔韧性和渗透结晶材料的自修复作用的协同作用，实现制品的防水、抗渗、防腐和柔韧性的提升，同时，在出现微裂纹时活性物质被激活与游离的Ca2+等无机离子络合沉淀，实现自修复功能。本发明利用多元醇预乳化的创新制备方法实现有机聚合物在无机骨料中的均匀分散，利用水泥的水化固化以及多元醇、异氰酸酯的交联固化使产物强度好，利用异氰酸酯与水反应生成二氧化碳使体系实现微膨胀，达到密实、填充和防收缩的作用；同时，当成品受外界影响发生破坏时，体系内部的有机硅活性物质或残存的异氰酸酯官能团在有水渗透时将被激活发生化学反应，进一步的交联或者通过络合作用，形成不溶于水的结晶物，堵塞孔洞或裂缝达到自修复密 实防水的作用。
具体而言，本发明相比现有技术具有以下优点：
①本发明乳液制备过程无化学反应，简单、便捷、环保、可操作性强；水预乳化，乳液体系稳定，与无机骨料相容性好；
②本发明利用乳化体系中的水(不需额外加水)实现水泥水化，利用乳化体系中的多元醇与固化剂交联固化，两种途径提升制品强度；
③本发明利用异氰酸酯与水反应生成二氧化碳使体系实现微膨胀，达到密实填充和防收缩的作用，提升防水、防腐效果；
④本发明利用有机硅活性物质或残留的异氰酸酯官能团在有水渗漏通过时被激活，发生络合沉淀或化学反应，实现自修复功能；
⑤本发明得到的砂浆具有微膨胀性、疏水性、防水防腐和耐磨性优异，抗冲击抗变形能力强的特点，尤其是出现微裂纹时可以实现自修复功能，适合在加固、防水、防腐、锚固等领域应用。
附图说明
图1为实施例1得到的砂浆制品微观结构图(SEM放大200倍)。
图2为实施例1得到的砂浆制品微观结构图(SEM放大8000倍)。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
复合多元醇乳液体系的制备：
实施例1
将聚醚多元醇树脂N220(官能度2，分子量2000，天津石化)4份，蓖麻油多元醇树脂H-306(官能度2，分子量660，伊藤制油株式会社)50份，0.05份乳化剂OP-10，60℃反应釜内搅拌混合，1200r/min高速剪切分散，陆续加入15份水，乳化30min，得到复合多元醇乳液体系A1。
实施例2
将聚醚多元醇树脂N220(官能度2，分子量2000，天津石化)4份，N330(官能度3，分子量3000，天津石化)5份，蓖麻油多元醇树脂HF-1300(官能度2，分子量1068～1496 伊藤制油株式会社)45份，0.05份乳化剂OP-10，0.03份乳化剂AEO，60℃反应釜内搅拌混合，2000r/min高速剪切分散，陆续加入25份水，乳化30min，得到复合多元醇乳液体系A2。
实施例3
将聚醚多元醇树脂N220(官能度2，分子量2000，天津石化)20份，聚酯多元醇NIPPOLLAN 121E(厦门爱可玛化工原料有限公司)3份，聚醚多元醇N403(官能度4，分子量300，江苏钟山化工)，蓖麻油多元醇树脂Polycin GR-50(官能度2.2，分子量2610，美国Vertellus公司)25份，0.12份乳化剂烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚(牌号海石化)，0.03份乳化剂SDS，60℃反应釜内搅拌混合，1000r/min高速剪切分散，陆续加入30份水，乳化30min，得到复合多元醇乳液体系A3。
实施例4
将聚醚多元醇树脂EP330N(天津石化，官能度3，分子量5000)20份，聚醚多元醇PPG200(市售，官能度2，分子量200)8份，蓖麻油多元醇树脂Polycin D-290(美国Vertellus公司，官能度2，分子量387)10份，0.22份乳化剂AEO，0.03份乳化剂SDBS，30℃反应釜内搅拌混合，4000r/min高速剪切分散乳化，陆续加入40份水，乳化30min，得到复合多元醇乳液体系A4。
实施例5
将聚醚多元醇树脂N220(天津石化)30份，蓖麻油多元醇树脂H-306(伊藤制油株式会社)5份，改性蓖麻油多元醇树脂GR35(官能度2，分子量3450，美国Vertellus公司)3份，0.30份乳化剂硬质酸钠，80℃反应釜内搅拌混合，1000r/min高速剪切分散，陆续加入10份水，乳化30min，得到复合多元醇乳液体系A5。
含有有机硅活性物质的水硬性砂浆骨料体系的制备：
实施例6
将甲基三乙氧基硅烷(市售)3份，加入到97份的常规砂浆体系(42.5硅酸盐水泥500份，60～100目石英砂360，0.25～～0.5mm 42.5快硬硫铝酸盐水泥80份，纤维素醚MKXI5000pp20 2份，400目重钙45份，600目滑石粉20份，奈系减水剂JMA2份)里面，混合均匀，得到含有有机硅活性物质的水硬性砂浆骨料体系B1。
实施例7
将纳米硅酸钠(市售)5份、甲基硅酸钠(市售)2份，加入到93份的常规砂浆体系(42.5硅酸盐水泥500份，60～100目石英砂360，0.25～～0.5mm 42.5快硬硫铝酸盐水泥80份，纤维素醚MKXI5000pp20 2份，400目重钙45份，600目滑石粉20份，奈系减水剂JMA2份)里面，混合均匀，得到含有有机硅活性物质的水硬性砂浆骨料体系B2。
实施例8
将甲基三乙氧基硅烷(武汉市盛宝祥科技发展有限公司)1份、纳米硅酸钠1份(市售)、渗透结晶母料(沈阳建工)4份，加入到94份的常规砂浆体系(水泥、粉煤灰、砂子、石英粉及其它粉料和助剂组成)里面，混合均匀，得到含有有机硅活性物质的水硬性砂浆骨料体系B3。
实施例9
将甲基硅酸钠(市售)1份，加入到99份的常规砂浆体系(42.5硅酸盐水泥500份，60～100目石英砂360，0.25～～0.5mm 42.5快硬硫铝酸盐水泥80份，纤维素醚MKXI5000pp20 2份，400目重钙45份，600目滑石粉20份，奈系减水剂JMA2份)里面，混合均匀，得到含有有机硅活性物质的水硬性砂浆骨料体系B4。
对比例1
42.5硅酸盐水泥500份，60～100目石英砂360，0.25～～0.5mm，42.5快硬硫铝酸盐水泥80份，纤维素醚MKXI5000pp20 2份，400目重钙45份，600目滑石粉20份，水泥基渗透结晶母料(沈阳建工)40份，搅拌均匀，制的对比例1。
实施例10-20
各原料的配比如表1所示，制备方法为：复合多元醇乳液体系在100r/min搅拌下加入异氰酸酯固化剂，搅拌5min，陆续加入含有有机硅活性物质的水硬性砂浆骨料体系，继续搅拌10min。
表1 不同实施例原料配比
表2 产品品性能
Claims (8)
1.一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆，其特征在于：包括以下重量份的组分：含有有机硅类活性物质的水硬化砂浆骨料体系60～90份，复合多元醇乳液体系5～25份，异氰酸酯固化剂5～25份；所述水硬化砂浆骨料体系包括质量比为(1～7)：(93～99)的有机硅类活性物质和水泥砂浆；所述复合多元醇乳液体系包括质量比为(4～30)：(8～50)：(0.05～0.3)：(10～40)的多元醇树脂、蓖麻油多元醇树脂、乳化剂、水。
2.根据权利要求1所述的一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆，其特征在于：所述多元醇树脂为含有EO和/或PO的聚醚或聚酯多元醇；其官能度为2～4，分子量为200～5000。
3.根据权利要求1所述的一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆，其特征在于：所述蓖麻油多元醇树脂为蓖麻油多元醇或改性蓖麻油多元醇；其官能度为2～4，分子量为387～3450。
4.根据权利要求1所述的一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆，其特征在于：所述乳化剂选自非离子乳化剂、阴离子乳化剂中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆，其特征在于：所述有机硅类活性物质选自甲基三乙氧基硅烷、纳米硅酸钠、甲基硅酸钠、渗透结晶母料中的一种或几种的混合。
6.根据权利要求1所述的一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆，其特征在于：所述异氰酸酯固化剂选自聚亚苯基多甲基多异氰酸酯(PAPI)、液态二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中的一种或两种。
7.一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将多元醇树脂、蓖麻油多元醇树脂、乳化剂搅拌混合，搅拌同时加入水中使溶解或乳化，即得复合多元醇乳液体系；
(2)将有机硅活性物质加入水泥砂浆中，混合均匀，即得含有有机硅活性物质的水硬性砂浆骨料体系；
(3)将异氰酸酯固化剂加入到乳液体系里面搅拌均匀，再加入水硬性砂浆骨料体系，搅拌均匀，即得。
8.根据权利要求7所述的一种微膨胀自修复聚氨酯防水砂浆的制备方法，其特征在于：搅拌温度30～80℃，搅拌速度1000～4000r/min。
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