CN106867300A - 一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂。它包括A组分材料和B组分材料，所述A组分材料由异氰酸酯、多元醇、偶联剂、溶剂组成；所述B组分材料由扩链剂、抗氧剂、溶剂组成；所述A组分材料由按重量份数计为70‑134份异氰酸酯、80‑150份多元醇、2‑20份偶联剂、50‑150份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为25‑75份扩链剂、1‑5份抗氧剂、50‑140份溶剂组成。克服了现有底涂在长期浸水或高湿状态下附着力大幅度降低或丧失，聚脲材料鼓泡、脱落的缺点；具有使用方便、性能优越的优点。

Description

一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂
技术领域
本发明涉及水工混凝土表面防护领域，更具体地说它是一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂。
背景技术
聚脲材料是一种固化成型快、便于施工的环保型材料；其以拉伸强度高、柔韧性好，以及防水、防腐蚀、耐磨、抗湿滑、抗热冲击、耐低温和装饰性好的优良性能，受到人们越来越多的青睐，在防水涂层、防腐涂层和耐磨涂层的大面积快速涂装方面独具特色；聚脲材料兼具优异的物理性能、防腐性能和施工性能，是防水、防腐工程中的首选材料；目前喷涂聚脲涂料在混凝土基材的防护中应用日益广泛。
喷涂聚脲弹性体技术以异氰酸酯类化合物为A组分、胺类化合物为B组分在无催化剂的情况下经聚脲喷涂设备(聚脲喷涂机)快速喷涂反应生成弹性体材料；喷涂聚脲弹性体技术运用了撞击混合原理，反应活性极高的A组分和B组分液体在高压驱动下相互撞击，经枪体混合室内湍流混合，通过喷枪后雾化，在极短适用期内喷涂在基面上，形成整体、强韧的弹性体涂层。
喷涂聚脲弹性体材料技术延续了RIM技术的撞击混合理论，同时突破了RIM使用模具的局限性，实现了涂层的高速反应、高速固化；高温高压撞击混合喷涂成型，凝胶速度快，10秒凝胶，数分钟表干；凝胶速度快，材料对基材的浸润性差，影响涂层与基材的粘接；同时混凝土基材为非均质的脆性材料，表面存在大量的缺陷，直接在混凝土表面喷涂聚脲涂层，涂层容易出现鼓泡、针孔和附着不良的弊病；涂层的粘接以及混凝土缺陷的修补显得尤其重要；因此在喷涂聚脲前必须对混凝土基材用底涂系统进行处理，一方面能够实现对混凝土基材中空隙、水汽的封闭，对轻微缺陷的修复；另一方面底涂做为胶黏剂成分，能够有效的促进聚脲材料与混凝土基材的粘接。
底涂系统的作用是修补混凝土表面缺陷，提高聚脲材料与混凝土表面的粘接力；底涂系统作为基材与聚脲层的连接层，起到承上启下的桥梁作用，因此底涂系统的好坏是决定聚脲工程成败的关键因素之一；目前聚脲使用的底涂主要为双组分体系，单组分底涂体系由于其受外界环境影响剧烈，且粘接效果有限，在聚脲的应用中不常见；双组分底涂一般是由树脂、固化剂、填料构成，因此底涂的制备关键是主体树脂及固化剂的选择与合成。
目前市面上常见的底涂有两个体系：环氧树脂体系和聚氨酯树脂体系；环氧树脂体系中树脂组分为平均每个分子含有两个或两个以上环氧基的热固性环氧树脂，一般为环氧氯丙烷的衍生物，同时添加小分子的环氧活性稀释剂来降低环氧树脂黏度；固化剂组分一般是胺类、酸酐类或含有活性基团的合成树脂；环氧树脂体系在使用过程中呈现刚性，同时分子结构中含有大量的羟基，能够实现对基材的良好附着；聚氨酯树脂体系中的树脂组分为平均每个分子中含有两个或两个以上异氰酸酯基团的热固型聚氨酯预聚体；固化剂组分为胺类化合物、多元醇；聚氨酯树脂体系在使用过程中呈现刚柔并济，分子结构中含有大量的异氰酸酯基团和氨基甲酸酯基团、脲键，能够与混凝土基材实现良好的附着。
目前的底涂体系基本上都能够满足在干燥环境中对聚脲涂层的粘接，但对于潮湿环境效果不佳。
水工混凝土长期处于浸泡或高湿状态，由于混凝土内部的多孔结构，水很容易由背水面渗透至混凝土与底涂的粘接面，浸泡底涂系统，从而破坏底涂的粘接效果；水对底涂的作用有两个：其一是水的增塑作用，水分子进入大分子链中，与底涂分子中的极性基团形成氢键，使底涂分子间的作用力减弱，从而降低了底涂的整体极性；这一过程是随环境变化而变化的，其对粘接效果的影响有限；其二是水的降解作用，常温中水对底涂分子的降解作用并不明显，随着温度的升高及环境中PH值的变化，聚合物分子中一些基团发生水解反应，造成大分子链断裂，极性基团丧失，从而对底涂体系的分子结构造成破坏，导致的粘接破坏，造成聚脲的鼓泡、脱落；因此在长期浸泡或高湿工况的水利工程中，必须使用耐水解的混凝土底涂。
发明内容
本发明的目的是提供一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，使用方便、性能优越。
为了实现上述本发明的目的，本发明的技术方案为：一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，包括A组分材料和B组分材料，其特征在于：所述A组分材料由异氰酸酯、多元醇、偶联剂、溶剂组成；所述B组分材料由扩链剂、抗氧剂、溶剂组成；所述A组分材料由按重量份数计为70-134份异氰酸酯、80-150份多元醇、2-20份偶联剂、50-150份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为25-75份扩链剂、1-5份抗氧剂、50-140份溶剂组成。
在上述技术方案中，所述A组分材料由按重量份数计为80-105份异氰酸酯、90-130份多元醇、5-15份偶联剂、75-110份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为40-65份扩链剂、1-4份抗氧剂、80-120份溶剂组成。
在上述技术方案中，所述A组分材料由按重量份数计为85-87份异氰酸酯、113-115份多元醇、13-15份偶联剂、85-87份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为57-59份扩链剂、1-3份抗氧剂、91-93份溶剂组成。
在上述技术方案中，所述A组分材料由按重量份数计为43份二苯基甲烷二异氰酸酯(含50％的2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，50％的4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯)(MDI-50)、43份4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-100)、76份分子量为2000的聚氧化丙烯二醇(PPG-2000)、38份分子量为2000的聚碳酸酯二醇(PCDL-2000)、14份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、86份乙酸丁酯组成；所述B组分材料由按重量份数计为35.5份3,3'二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺(MOCA)、20.5份4,4'-双仲丁基二苯基甲烷(Unilink 4200)、2份3,5-二叔丁基-4羟基苯基丙酸十八碳酸酯(抗氧剂1076)、92份乙酸丁酯组成。
在上述技术方案中，异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4’二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)及低聚物；多元醇选自聚氧化丙烯醚多元醇、聚酯多元醇；聚氧化丙烯醚多元醇选自分子量分别为1000、2000、3000的聚氧化丙烯醚二醇(PPG)、聚氧化丙烯醚三元醇(POLY)；聚酯多元醇选自分子量分别为1000、2000的聚己内酯二元醇(PCL)、聚碳酸酯二醇(PCDL)；偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-552)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(A-1120)、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(A-1170)；溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲苯、二甲苯；所述溶剂通过分子筛处理脱水；扩链剂选自3,3'二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺(MOCA)、聚天门冬氨酸酯树脂(Desmophen NH 1420)、聚天门冬氨酸酯树脂(Desmophen NH 1520)、聚天门冬氨酸酯树脂(Desmophen NH 1220)、4,4'-双仲丁基二苯基甲烷(Unilink 4200)、N,N'-二烷基苯二胺(Unilink 4100)、4,4'-双仲丁基二环己基甲烷(Clearlink 1000)、3,3'-二甲基-4,4'-双仲丁氨基二环己基甲烷(Clearlink 3000)；抗氧剂选自三甘醇双-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯](抗氧剂245)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸十八碳醇酯(抗氧剂1076)。
使用时，A组分材料与B组分材料的质量比为2:1-1:1。
NCO％设计值是通过配方设计计算出理论NCO值，通过实测NCO值与理论NCO进行比较，判断产品是否合格；二者的差距不超过2％即为合格。
本发明具有如下优点：
(1)本发明为双组分体系，A、B组分准确称量后搅拌均匀即可使用，本底涂系统对水工混凝土的粘接效果：粘接强度大于或等于3.0MPa(或基材破坏)，浸水一周粘接强度保持率大于80％；剥离强度大于10N/mm，热老化后强度保持率大于或等于95％，冻融循环后强度保持率大于70％，满足JC/T 2252-2014《喷涂聚脲用底涂和腻子》的要求；使用方便、性能优越；
(2)在复杂工况，或对底涂可操作时间有要求的场所，可通过调节B组分的组成及用量，合理的调节底涂系统的表干时间和可操作时间；
(3)本发明制备方法简单、易行，能实现大批量的生产；
(4)本发明在混凝土的裂缝修补中可配置成腻子使用，添加一定量的普通硅酸盐425水泥搅拌均匀即可，即A组分：B组分：425水泥为2:1:3，腻子具备与底涂相同的粘接效果，同时可修补0.2mm以下的裂缝及表面缺陷。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，包括A组分材料和B组分材料，其特征在于：所述A组分材料由异氰酸酯、多元醇、偶联剂、溶剂组成；所述B组分材料由扩链剂、抗氧剂、溶剂组成；所述A组分材料由按重量份数计为70-134份异氰酸酯、80-150份多元醇、2-20份偶联剂、50-150份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为25-75份扩链剂、1-5份抗氧剂、50-140份溶剂组成。
进一步地，所述A组分材料由按重量份数计为80-105份异氰酸酯、90-130份多元醇、5-15份偶联剂、75-110份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为40-65份扩链剂、1-4份抗氧剂、80-120份溶剂组成。
进一步地，所述A组分材料由按重量份数计为85-87份异氰酸酯、113-115份多元醇、13-15份偶联剂、85-87份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为57-59份扩链剂、1-3份抗氧剂、91-93份溶剂组成。
更进一步地，所述A组分材料由按重量份数计为43份二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50、43份MDI-100、76份PPG-2000、38份PCDL-2000、14份KH-560、86份乙酸丁酯组成；所述B组分材料由按重量份数计为35.5份MOCA、20.5份Unilink 4200、2份抗氧剂1076、92份乙酸丁酯组成。
在上述技术方案中，异氰酸酯选自TDI、MDI、IPDI、HMDI、PPDI、HDI及低聚物；多元醇选自聚氧化丙烯醚多元醇、聚酯多元醇；聚氧化丙烯醚多元醇选自分子量分别为1000、2000、3000的PPG、POLY；聚酯多元醇选自分子量分别为1000、2000的PCL、PCDL；偶联剂选自KH-550、KH-560、KH-552、A-1120、A-1170；溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲苯、二甲苯；所述溶剂通过分子筛处理脱水；扩链剂选自MOCA、Desmophen NH 1420、Desmophen NH1520、Desmophen NH 1220、Unilink 4200、Unilink 4100、Clearlink 1000、Clearlink3000；抗氧剂选自抗氧剂245、抗氧剂1010和抗氧剂1076。
使用时，A组分材料与B组分材料的质量比为2:1-1:1。
实施例1
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为43份MDI-50、43份MDI-100、76份PPG-2000、38份PCDL-2000、14份KH-560、86份乙酸丁酯；所述B组分材料由按重量份数计为26.7份MOCA、31份Unilink 4200、2份抗氧剂1076、90.3份乙酸丁酯组成。
制备所述的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，其特征在于：它包括如下工艺步骤：
步骤1：制备A组分材料：称取上述所述重量分数的多元醇，将多元醇加入容器中，开启搅拌器；加热至110～120℃，真空泵抽真空，在真空度为-0.1～-0.08MPa时脱水去除原料水，直至原料含水率下降到小于或等于万分之三；将液料温度冷却至20-30℃；称取上述所述重量分数的溶剂、异氰酸酯，溶剂通过分子筛处理脱水，将脱水后的溶剂、异氰酸酯加入到容器中，升温至50℃，搅拌反应0.5-1小时后，缓慢升温，反应3-4小时，检测NCO％；当NCO％达到设计值98-102％后，将料液降温至50℃；称取上述所述重量分数的偶联剂，将偶联剂加入料液中，搅拌0.5小时，出料，即得A组分材料；
步骤2：制备B组分材料：称取上述所述重量分数的扩链剂、抗氧剂、溶剂，溶剂通过分子筛处理脱水；将扩链剂、抗氧剂、溶剂加入容器中，开启搅拌器，将料液温度加热至50-80℃，搅拌2小时；将料液温度降至30℃，出料，即得B组分材料；
步骤3：使用时，A组分材料与B组分材料的质量比为2:1-1:1，利用机械搅拌或手动搅拌3-5分钟至混合均匀，通过喷涂、滚涂、刷涂的方式涂布于基材表面。
实施例2
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为43份MDI-50、43份MDI-100、76份PPG-2000、38份PCDL-2000、14份KH-560、86份乙酸丁酯；所述B组分材料由按重量份数计为35.5份MOCA、20.5份Unilink 4200、2份抗氧剂1076、92份乙酸丁酯组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为70份TDI、130份PPG-1000、20份KH-550、110份乙酸丁酯；所述B组分材料由按重量份数计为40份Desmophen NH 1420、4份抗氧剂245、80份乙酸乙酯组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为134份IPDI、80份PCDL-2000、2份A-1170、75份乙酸乙酯；所述B组分材料由按重量份数计为65份Desmophen NH 1520、3份抗氧剂1010、120份乙酸乙酯组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为105份HDI、90份PPG-2000、5份KH-552、50份丙酮；所述B组分材料由按重量份数计为75份Clearlink 1000、2份抗氧剂245、140份丙酮组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例6
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为80份PPDI、150份PCDL-1000、15份A-1120、150份甲苯；所述B组分材料由按重量份数计为25份MOCA、1份抗氧剂1076、50份甲苯组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例7
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为45份TDI、40份MDI-50、115份PCDL-1000、15份KH-560、87份二甲苯；所述B组分材料由按重量份数计为57份Unilink 4100、5份抗氧剂245、91份乙酸丁酯。
其制备方法与实施例1相同。
实施例8
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为40份HMDI、47份MDI-100、113份PCDL-2000、13份KH-560、85份乙酸丁酯；所述B组分材料由按重量份数计为29份Unilink 4200、30份Unilink 4100、2份抗氧剂1076、93份乙酸丁酯组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例9
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为45份MDI-50、45份MDI-100、78份PPG-2000、40份PCDL-2000、18份KH-560、90份乙酸丁酯；所述B组分材料由按重量份数计为37.5份MOCA、22.5份Unilink 4200、6份抗氧剂1076、96份乙酸丁酯组成。
其制备方法与实施例1相同。
实施例10
一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，所述A组分材料由按重量份数计为86份MDI-100、114份PPG-2000、14份KH-560、86份乙酸丁酯；所述B组分材料由按重量份数计为26.7份MOCA、2份抗氧剂1076、92份乙酸丁酯组成。
其制备方法与实施例1相同。
对上述实施例制备的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂在温度为25℃、湿度为65％环境下，按建筑防水材料的实验方法JC/T 2252-2014《喷涂聚脲用底涂和腻子》进行力学性能测试，检测结果如表1所示。
表1力学性能检测结果
而JC/T 2252-2014《喷涂聚脲用底涂和腻子》的要求如表2：
表2JC/T 2252-2014《喷涂聚脲用底涂和腻子》要求
可见本发明实施例制备的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂具有优异的粘接效果，能够满足JC/T 2252-2014《喷涂聚脲用底涂和腻子》的要求；且实施例2制备的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂的表干时间、实干时间相对较短，固体含量、粘结强度、剥离强度相对较大；而实施例6制备的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂的表干时间、实干时间相对较长，固体含量、粘结强度、剥离强度相对较小。
为了更好地说明本发明所述的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂与市面上的环氧树脂底涂、市面上的聚氨酯树脂底涂相比所具有的优点，工作人员将这三种底涂进行了对比，对比结果如表3所示：
表3对比结果表
由表3可以看出本发明所述的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂与市面上的环氧树脂底涂、市面上的聚氨酯树脂底涂相比较，表干时间明显小于市面上的环氧树脂底涂、市面上的聚氨酯树脂底涂，而粘结强度、剥离强度明显大于市面上的环氧树脂底涂、市面上的聚氨酯树脂底涂；本发明实施例2制备的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂的表干时间小于实施例6制备的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，且粘结强度、剥离强度大于实施例6制备的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (5)

1.一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，包括A组分材料和B组分材料，其特征在于：所述A组分材料由异氰酸酯、多元醇、偶联剂、溶剂组成；所述B组分材料由扩链剂、抗氧剂、溶剂组成；所述A组分材料由按重量份数计为70-134份异氰酸酯、80-150份多元醇、2-20份偶联剂、50-150份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为25-75份扩链剂、1-5份抗氧剂、50-140份溶剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，其特征在于：所述A组分材料由按重量份数计为80-105份异氰酸酯、90-130份多元醇、5-15份偶联剂、75-110份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为40-65份扩链剂、1-4份抗氧剂、80-120份溶剂组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，其特征在于：所述A组分材料由按重量份数计为85-87份异氰酸酯、113-115份多元醇、13-15份偶联剂、85-87份溶剂组成；所述B组分材料由按重量份数计为57-59份扩链剂、1-3份抗氧剂、91-93份溶剂组成。
4.根据权利要求3所述的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，其特征在于：所述A组分材料由按重量份数计为43份二苯基甲烷二异氰酸酯、43份4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、76份分子量为2000的聚氧化丙烯二醇、38份分子量为2000的聚碳酸酯二元醇、14份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、86份乙酸丁酯组成；所述B组分材料由按重量份数计为35.5份3,3'二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺、20.5份4,4'-双仲丁基二苯基甲烷、2份3,5-二叔丁基-4羟基苯基丙酸十八碳酸酯、92份乙酸丁酯组成。
5.根据权利要求4所述的一种水工防护聚脲材料的混凝土底涂，其特征在于：异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4’二环己基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯及低聚物；多元醇选自聚氧化丙烯醚多元醇、聚酯多元醇；聚氧化丙烯醚多元醇选自分子量分别为1000、2000、3000的聚氧化丙烯醚二醇、聚氧化丙烯醚三元醇；聚酯多元醇选自分子量分别为1000、2000的聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇；偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺；溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲苯、二甲苯；所述溶剂通过分子筛处理脱水；扩链剂选自3,3'二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺、聚天门冬氨酸酯树脂、聚天门冬氨酸酯树脂、聚天门冬氨酸酯树脂、4,4'-双仲丁基二苯基甲烷、N,N'-二烷基苯二胺、4,4'-双仲丁基二环己基甲烷、3,3'-二甲基-4,4'-双仲丁氨基二环己基甲烷；抗氧剂选自三甘醇双-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸十八碳醇酯。
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