CN105131894B - 一种高速铁路用聚氨酯嵌缝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路用聚氨酯嵌缝胶及其制备方法。该产品具有比目前使用的聚氨酯嵌缝胶更优异的耐候性和耐低温性能，其正常使用寿命可达15年以上，可广泛应用于高速铁路路基混凝土道床板和其他混凝土道路及结构。本发明的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，包括组分A和组分B，其所述的组分A各组成的质量比为：低不饱和度高分子量多元醇60～70份、芳香族异氰酸酯30～40份；所述的组分B各组成的质量比为：低不饱和度高分子量多元醇100份、含氟多羟基聚合物3～5份、填料50～150份、扩链剂3～5份、催化剂0.5～1.0份；其中使用时A、B两组分的质量配比为组分A：组分B＝1:1.0～1:4.0。

Description

一种高速铁路用聚氨酯嵌缝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种嵌缝胶及其制备方法，更具体地说涉及一种高速铁路用聚氨酯嵌缝胶及其制备方法。

背景技术

目前国内高速铁路无砟轨道设计一般采用双块式无砟轨道，路基及单孔箱形桥段落，在道床板单元内及单元之间设计有假缝和伸缩缝，以便混凝土道床板在受外界温度变化、载荷不均、相邻部分变形差别较大、地基承载力存在差别等情况下能够避免结构破坏。为了防止水分从缝隙流入造成路基变形及腐蚀，伸缩缝中往往填有嵌缝材料。

传统的嵌缝材料是石油沥青，但由于存在粘接效果差、易老化、使用周期短等缺点，目前已很少使用。现有的嵌缝材料主要有聚硫、硅酮和聚氨酯三种，其中聚硫类材料耐开裂、硬化性能差，不能长期使用，硅酮类材料粘接性能差，且成本较高，也不能大规模使用。聚氨酯对混凝土材料粘接强度大，自身回弹性较好，且价格适中，比较适合用作嵌缝材料。普通的聚氨酯嵌缝胶使用期限只有3～5年，难以满足嵌缝材料长使用周期的要求。由于高速铁路及公路运行负荷大，为不影响其正常运行，应尽量减少维护频率，因此，开发一种耐候性突出、同时低温性能良好的新型聚氨酯嵌缝胶，使用周期能达到15年以上，将会产生巨大的经济和社会效益。

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聚氨酯嵌缝胶及其制备方法。该产品具有比目前使用的聚氨酯嵌缝胶更优异的耐候性和耐低温性能，其正常使用寿命可达15年以上，可广泛应用于高速铁路路基混凝土道床板和其他混凝土道路及结构。

本发明的技术方案如下：

本发明的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，包括组分A和组分B，其所述的组分A各组成的质量比为：

低不饱和度高分子量多元醇 90～100份

芳香族异氰酸酯 20～50份；

所述的组分B各组成的质量比为：

其中使用时A、B两组分的质量配比为组分A：组分B＝1:1.0～1:4.0。

本发明的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，其进一步的技术方案是所述的低不饱和度高分子量多元醇选自聚醚多元醇、聚已内酯二醇、聚碳酸酯二醇或其混合物；所述低不饱和度高分子量多元醇的分子量为3000-12000，不饱和度低于0.01mmol/g。

本发明的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，其进一步的技术方案还可以是组分A中所述的芳香族异氰酸酯为二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、经碳化二亚胺改性的上述多异氰酸酯中的一种或一种以上。

本发明的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，其进一步的技术方案还可以是所述的填料为色浆、轻钙、高岭土、膨润土、云母粉、抗氧剂、紫外线吸收剂、消泡剂、偶联剂或其组合物。再进一步的技术方案是所述的消泡剂优选为二甲基硅油，所述的偶联剂型号优选为KH-550、KH-560。

本发明的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，其进一步的技术方案还可以是所述的扩链剂为1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、二甲硫基甲苯二胺、3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷、二乙醇胺、三乙醇胺、三羟甲基丙烷或其组合物，所述的催化剂为有机锡催化剂、有机铋催化剂、有机锌催化剂或其组合物。

本发明的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，其进一步的技术方案还可以是所述的含氟多羟基聚合物其M_n＝8000～15000，其中单体原料为含羟基丙烯酸酯、含氟丙烯酸酯类和丙烯酸酯，具体如下：

所述的含羟基丙烯酸酯为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯中的一种或几种；

所述的含氟丙烯酸酯类为甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸四氟丙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸八氟戊酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种或几种；

所述的丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸正丁酯中的一种或几种。

本发明上述的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶的制备方法，其包括以下步骤：

组分A的制备：将低不饱和度高分子量多元醇加入反应釜内，搅拌，升温至110～120℃，真空脱水1.5～2h，降温至60℃以下，加入芳香族异氰酸酯，升温至75～80℃，反应2～3h；测定体系的NCO含量达到预定值时，停止反应；反应完成后，降温并真空脱泡30min，出料，得聚氨酯预聚体，即为组分A；

含氟多羟基聚合物的制备：反应釜中加入含羟基丙烯酸酯、含氟丙烯酸酯、丙烯酸酯以及引发剂，搅拌，升温至70～80℃，反应1h，真空条件脱除溶剂，即得到含氟多羟基聚合物；

组分B的制备：在反应釜内按配比加入低不饱和度高分子量多元醇、含氟多羟基聚合物、扩链剂、填料，搅拌分散均匀，加热到110～120℃，真空脱水1h；然后降温，加入催化剂，混合分散，待降至室温后出料，得固化剂组分，即组分B；

高速铁路用聚氨酯嵌缝胶的制备：使用时将按质量配比的A、B两组分调配均匀后即可。

通过在B组分中加入自制的含氟多羟基聚合物，将氟元素引入到聚氨酯嵌缝胶，从而赋予产品更优异的耐老化性能、耐低温性能以及耐水、耐腐蚀性。含氟多羟基聚合物采用丙烯酸酯类及其衍生物单体聚合而成，分子量较低，有利于提高其可分散性。同时分子中存在的大量羟基有利于其与聚醚多元醇相容，并能够参与到聚氨酯预聚体的固化过程，最终将氟原子通过化学键的方式连接到聚氨酯分子中。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在聚氨酯嵌缝胶体系中引入了含氟聚合物，该聚合物制备方法简单，用量较少，整体成本较低。由于含氟聚合物中C-F键的强极性导致其稳定性极佳，耐热、耐老化、耐低温、耐腐蚀、耐水等性能突出，可有效避免聚氨酯材料存在的吸水开裂以及低温脆化现象，从而赋予聚氨酯嵌缝胶更长的使用期限。

(2)本发明采用芳香族异氰酸酯作为原料，由于其分子中含有苯环结构，分子结构对称性较好，所得制品强度较大。同时由于苯环的空间位阻效应明显，可赋予制品良好的柔韧性和伸长率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明所述的新型高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，由A、B两组分构成。组分A由低不饱和度高分子量多元醇和芳香族异氰酸酯在一定时间和温度下反应制得。组分B包含低不饱和度高分子量聚醚多元醇、含氟多羟基聚合物、扩链剂、色浆、轻质碳酸钙、抗氧剂、紫外线吸收剂、消泡剂和偶联剂。其中含氟多羟基聚合物由含羟基丙烯酸酯、含氟丙烯酸酯和丙烯酸酯三者自由基共聚后脱除溶剂制得。将A、B按质量比混合均匀，固化后即得到聚氨酯嵌缝胶。该嵌缝胶耐老化性和低温性能突出，使用期限可达15年以上。

实施例1

本发明所述的聚氨酯嵌缝胶，由A、B两组分构成。

组分A的制备：将100份的低不饱和度高分子量聚醚多元醇加入反应釜内，搅拌，升温至110℃，真空脱水2h，降温至60℃以下，加入25份的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，升温至75℃，反应2-3h。测定体系的NCO含量达到预定值时，停止反应。反应完成后，降温并真空脱泡30min，出料，得聚氨酯预聚体，即为A组分。

组分B的制备：反应釜内按配比加入低不饱和度高分子量聚醚多元醇100份、含氟多羟基聚合物3份、扩链剂3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷12份、填料，搅拌分散均匀，加热到110℃，真空脱水1h。然后降温，加入0.5份有机锡催化剂、1份偶联剂KH-560和适量消泡剂二甲基硅油，混合分散，待降至室温后出料，得固化剂组分，简称B组分。

其中，含氟多羟基聚合物的制备如下：将甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸正丁酯三者按照1:1:1的摩尔比加入到反应釜，加入1％引发剂，搅拌，升温至75℃，反应1h，真空条件脱除溶剂，即得到含氟多羟基聚合物，其M_n＝9000。

其中低不饱和度高分子量聚醚多元醇分子量为10000，不饱和度为0.008mmol/g。

其中填料包含色浆5份、轻钙85份、抗氧剂3份、紫外线吸收剂7份。

将A、B按1:3(质量比)的比例混合均匀，固化后即得到聚氨酯嵌缝胶。

实施例2

本发明所述的聚氨酯嵌缝胶，由A、B两组分构成。

组分A的制备：将20份的聚已内酯二醇和80份低不饱和度高分子量聚醚多元醇加入反应釜内，搅拌，升温至110℃，真空脱水2h，降温至60℃以下，加入30份的甲苯二异氰酸酯(TDI)，升温至80℃，反应2-3h。测定体系的NCO含量达到预定值时，停止反应。反应完成后，降温并真空脱泡30min，出料，得聚氨酯预聚体，即为A组分。

组分B的制备：反应釜内按配比加入低不饱和度高分子量聚醚多元醇100份、含氟多羟基聚合物5份、扩链剂3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷8份、填料，搅拌分散均匀，加热到110℃，真空脱水1h。然后降温，加入0.5份有机锡催化剂、1份偶联剂KH-550和适量消泡剂二甲基硅油，混合分散，待降至室温后出料，得固化剂组分，简称B组分。

其中，含氟多羟基聚合物的制备如下：将甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸乙酯三者按照1:1:1的摩尔比加入到反应釜，加入1％引发剂，搅拌，升温至75℃，反应1h，真空条件脱除溶剂，即得到含氟多羟基聚合物，其Mn＝9000。

其中低不饱和度高分子量聚醚多元醇分子量分子量为7000，不饱和度为0.006mmol/g。

其中填料包含色浆5份、云母粉65份、抗氧剂3份、紫外线吸收剂7份。

将A、B按1:3(质量比)的比例混合均匀，固化后即得到聚氨酯嵌缝胶。

实施例3

本发明所述的聚氨酯嵌缝胶，由A、B两组分构成。

组分A的制备：将12份的聚碳酸酯二醇和88份低不饱和度高分子量聚醚多元醇加入反应釜内，搅拌，升温至110℃，真空脱水2h，降温至60℃以下，加入30份的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，升温至75℃，反应2-3h。测定体系的NCO含量达到预定值时，停止反应。反应完成后，降温并真空脱泡30min，出料，得聚氨酯预聚体，即为A组分。

组分B的制备：反应釜内按配比加入低不饱和度高分子量聚醚多元醇100份、含氟多羟基聚合物4份、扩链剂二甲硫基甲苯二胺5份、填料，搅拌分散均匀，加热到110℃，真空脱水1h。然后降温，加入0.5份有机锡催化剂、1份偶联剂KH-560和适量消泡剂二甲基硅油，混合分散，待降至室温后出料，得固化剂组分，简称B组分。

其中，含氟多羟基聚合物的制备如下：将甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸八氟戊酯、丙烯酸甲酯三者按照1:1:1的摩尔比加入到反应釜，加入1％引发剂，搅拌，升温至75℃，反应1h，真空条件脱除溶剂，即得到含氟多羟基聚合物，其Mn＝9000。

其中低不饱和度高分子量聚醚多元醇分子量为7000，不饱和度为0.006mmol/g。

其中填料包含色浆5份、高岭土105份、抗氧剂3份、紫外线吸收剂7份。

将A、B按1:2.8(质量比)的比例混合均匀，固化后即得到聚氨酯嵌缝胶。

本发明制备的聚氨酯嵌缝胶，经检测，其主要性能符合《高速铁路无砟轨道嵌缝材料暂行技术条件》TJ/GW119-2013的技术要求。见下表：

Claims (4)

1.一种高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，包括组分A和组分B，其特征在于所述的组分A各组成的质量比为：

低不饱和度高分子量多元醇 90～100份

芳香族异氰酸酯 20～50份；

所述的芳香族异氰酸酯为二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、经碳化二亚胺改性的上述多异氰酸酯中的一种或一种以上；

所述的组分B各组成的质量比为：

其中使用时A、B两组分的质量配比为组分A：组分B＝1:1.0～1:4.0；所述的含氟多羟基聚合物其M_n＝8000～15000，其中单体原料为含羟基丙烯酸酯、含氟丙烯酸酯类和丙烯酸酯，具体如下：

所述的含羟基丙烯酸酯为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯中的一种或几种；

所述的含氟丙烯酸酯类为甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸四氟丙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸八氟戊酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种或几种；

所述的丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸正丁酯中的一种或几种；

所述低不饱和度高分子量多元醇的分子量为3000-12000，不饱和度低于0.005mmol/g。

2.根据权利要求1所述的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，其特征在于所述的低不饱和度高分子量多元醇选自聚醚多元醇、聚己 内酯二醇、聚碳酸酯二醇或其混合物。

3.根据权利要求1所述的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶，其特征在于所述的扩链剂为1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、二甲硫基甲苯二胺、3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷、二乙醇胺、三乙醇胺、三羟甲基丙烷或其组合物，所述的催化剂为有机锡催化剂、有机铋催化剂、有机锌催化剂或其组合物。

4.一种如权利要求1-3任一所述的高速铁路用聚氨酯嵌缝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

组分A的制备：将低不饱和度高分子量多元醇加入反应釜内，搅拌，升温至110～120℃，真空脱水1.5～2h，降温至60℃以下，加入芳香族异氰酸酯，升温至75～80℃，反应2～3h；测定体系的NCO含量达到预定值时，停止反应；反应完成后，降温并真空脱泡30min，出料，得聚氨酯预聚体，即为组分A；

含氟多羟基聚合物的制备：反应釜中加入含羟基丙烯酸酯、含氟丙烯酸酯、丙烯酸酯以及引发剂，搅拌，升温至70～80℃，反应1h，真空条件脱除溶剂，即得到含氟多羟基聚合物；

组分B的制备：在反应釜内按配比加入低不饱和度高分子量多元醇、含氟多羟基聚合物、扩链剂、填料，搅拌分散均匀，加热到110～120℃，真空脱水1h；然后降温，加入催化剂，混合分散，待降至室温后出料，得固化剂组分，即组分B；

高速铁路用聚氨酯嵌缝胶的制备：使用时将A、B两组分按质量配比调配均匀后即可。