CN107619640A - 一种用于高铁桥梁混凝土的聚氨酯封闭底漆 - Google Patents

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夏忠玉
孙国兵
陈嬝嬝
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Abstract

本发明公开了一种用于高铁桥梁混凝土的聚氨酯封闭底漆，该底漆是NCO/OH型双组份聚氨酯涂料；所述NCO/OH型双组份聚氨酯涂料，是以含羟基的高分子化合物的A组分与多异氰酸酯预聚物的B组分共同组合而成的涂料，其中扩链参数Rt（[NCO]/[OH]）为1.05～1.10；多异氰酸酯预聚物的含量为9.6%～9.8%;前期合成的羟基组分的含量为20%。本发明的用于高铁桥梁聚混凝土的聚氨酯封闭底漆，具有良好的拉伸力学性能、抗冲击性能、柔韧性能、附着力以及封闭性能，是混凝土理想的保护涂料。适用于高铁桥梁聚混凝土。

Description

一种用于高铁桥梁混凝土的聚氨酯封闭底漆
技术领域
本发明涉及基于聚氨酯的涂料组合物，尤其涉及用于高铁桥梁混凝土的聚氨酯封闭底漆。
背景技术
高铁桥梁应用厚体涂装技术，是实现其超长使用寿命的必由之路。因此对混凝土封闭底漆的要求很高，其中，底漆涂层的拉伸力学性能、附着力性能、抗冲击性能以及柔韧性能尤为重要。最大拉伸强度(在拉伸试验中，试样直至断裂为止单位面积所承受的最大拉伸应力)和断裂伸长率(试样断裂时标线距离的增加量与初始标距之比，以百分率表示)是聚氨酯弹性体最重要的技术指标，可按国标橡胶材料相关标准测定；附着力性能可按照《GB/T 9286-1998色漆和清漆漆膜的划格试验》测定；抗冲击性能可按照《GB/T 1732-1993漆膜耐冲击测定法》测定；柔韧性能按照《GB/T1731-1993漆膜柔韧性测定法》测定。
中国专利数据库中，涉及聚氨酯封闭底漆的申请件仅有200910041393X号《一种聚氨酯封闭底漆》1件，该聚氨酯封闭底漆的原料按重量份计包括：改性脂肪酸树脂30％－50％、吸收固定甲醛的材料5％－20％、醋酸纤维素1％－10％、助剂0.01－2％、溶剂20－50％。显然该聚氨酯封闭底漆不适用于高铁桥梁的混凝土。
发明内容
本发明旨在提供一种用于高铁桥梁聚混凝土的聚氨酯封闭底漆，从而满足高铁桥梁混凝土对底漆附着力与封闭性能的要求，为高铁建设服务。
针对混凝土封闭底漆的特殊要求，发明人提供的用于高铁桥梁混凝土的聚氨酯封闭底漆是NCO/OH型双组份聚氨酯涂料；所述NCO/OH型双组份聚氨酯涂料，是以含羟基的高分子化合物的A组分与多异氰酸酯预聚物的B组分共同组合而成的涂料，其中扩链参数Rt([NCO]/[OH])为1.05～1.10；多异氰酸酯预聚物的含量为9.6％～9.8％；前期合成的羟基组分的含量为20％。
上述含羟基的高分子化合物是含羟基聚丙烯酸树脂、含羟基聚酯树脂、含羟基聚醚树脂中的一种。
上述多异氰酸酯预聚物是以MDI作为多异氰酸酯单体，以三种聚醚EP330N、GE220、GE210作为连接单体，合成得到的聚氨酯预聚体。
上述用于高铁桥梁聚混凝土的聚氨酯封闭底漆在施工时，其中的两组分按一定的比例配合使用，这类涂料绝大部分为室温固化，亦可采用烘烤固化，其固化成膜过程是多种化学反应的结果。
为了研制本发明的聚氨酯封闭底漆，发明人先设计了两个阶段的试验配方，然后进行了一系列试验，得出最佳的配方范围。
第一阶段固定扩链参数Rt([NCO]/[OH])为1.05，确定羟基组分A8的质量分为20，分别与不同预聚物B1、B2、B3组成涂料的配方，配方组成如表1。分别编号C1、C2、C3。
第二阶段固定异氰酸酯组分B2，分别选择扩链参数Rt([NCO]/[OH])为1.0、1.05、1.1、1.15，观察AB组分不同配比对涂料力学性能的影响。分别编号为C2-1、C2-2、C2-3、C2-4，配方组成见表2。
表1第一阶段试验配方
表2第二阶段试验配方
试验方法是按照配方配置双组分弹性聚氨酯涂料，搅拌均匀，静置5min后喷涂，经过2～3次喷涂，将涂膜膜厚控制在200μm左右。制备成三类样品，一类样品以平整的玻璃为模板，固化后脱模，制成拉伸试验样条；一类样品喷涂在经过打磨处理的马口铁片上，固化后测试涂料附着力及柔韧性；另一类样品以混凝土为基材，观察涂层封闭性。所有样品在温度25℃、相对湿度50％条件下养护7天后进行性能检测。
(1)拉伸实验及附着力测试结果:对C1、C2、C3涂层进行拉伸力学性能测试与附着力性能测试，结果如表3：
表3第一阶段拉伸实验及附着力测试结果
从表3可以看出最大拉伸强度C1＞C3＞C2，断裂伸长率C2＞C3＞C1，在相同固化参数与羟基组分的前提下，三种涂料配方最大的区别便是异氰酸酯预聚体的不同，其中C1是由B1(以EP330N为连接单体合成)为异氰酸酯预聚体，C2是由B2(以GE220为连接单体合成)为异氰酸酯预聚体，C3是由B3(以GE210为连接单体合成)为异氰酸酯预聚体。羟基聚醚EP330N官能度大于2，因此在合成预聚体B1时会引起部分交联，从而在形成涂层时会形成比较完善的交联网状结构，这种网状结构将有利于提高涂层的最大拉伸强度，但同时也会限制高分子的运动，使涂层的断裂伸长率降低，因此C1配方的最大拉伸强度最大，断裂伸长率最小。GE220与GE210羟基官能度都为2，B2与B-3都不会产生交联结构，但是由第三章可知，B-3异氰酸酯值明显比B2小，在相同固化参数与羟基组分的前提下，C-3需要加入更多的异氰酸酯预聚体，配方中MDI的质量比较大，MDI本身含有刚性的苯环，且与羟基反应生成强极性的氨基甲酸酯键，它在常温下与聚醚软段发生微相分离，呈塑料的状态，相当于交联点，交联点的增加可以使涂层的强度增加，断裂伸长率降低从而引入更多的硬段，使最大拉伸强度更大，断裂伸长率更小。
C2在固化时需要加入的液化MDI较少，粘度也比较合适，综合成本及施工条件，选择C2进行第二阶段的实验，实验结果如表4。
表4第二阶段拉伸实验及附着力测试结果
从表4可以看出，随着固化参数的逐步变大，双组分聚氨酯涂料的拉伸强度在逐渐增大，而断裂伸长率在逐渐减小。这是由于随着固化参数的增大，配方中MDI的质量比在逐渐增大，MDI本身含有刚性的苯环，且与羟基反应生成强极性的氨基甲酸酯键，它在常温下与聚醚软段发生微相分离，呈塑料的状态，相当于交联点，交联点的增加可以使涂层的强度增加，断裂伸长率降低。
(2)冲击性能测试结果
对涂层进行抗冲击性能测试以及柔韧性能测试，结果如表5，
表5抗冲击性能结果
由表5可以看出
①相同固化参数的情况下，抗冲击力性能C1＞C2＞C3,柔韧性C2＞C3＞C1，这与涂层的拉伸力学性能变化原因是一样的，主要由涂层的交联情况以及引入的硬段含量情况共同决定的。
②相同异氰酸酯预聚体的情况下，随着固化参数的增大，涂层的抗冲击力略有变大，柔韧性略有减小，这是因为随着固化参数的增大，涂层引入的硬段更多，从而使涂层的抗冲击性与柔韧性改变。
(3)封闭性能
对涂层进行封闭性能测试，结果如表6，
表6封闭性能测试结果
从表6可以看出双组分聚氨酯的附着力与封闭性能都很好，是混凝土理想的保护涂料，符合设计的需要。
(4)结论
①在相同固化参数与羟基组分下，不同异氰酸酯预聚体涂层的拉伸力学性能、抗冲击力以及柔韧性能主要由其交联情况以及引入的硬段含量情况共同决定的。
②相同异氰酸酯预聚体的情况下，随着固化参数的增大，涂层的抗冲击力略有变大，柔韧性略有减小，
③附着力与封闭性能测试结果表明，设计的双组分聚氨酯涂料附着力与封闭性能都很好，是混凝土理想的保护涂料，符合要求。
④综合考虑成本，性能等因素，选择配方C2-2和C2-3作为本高铁桥梁混凝土室温固化聚氨酯封闭底漆的最佳配方，即Rt([NCO]/[OH])为1.05～1.10；多异氰酸酯预聚物的含量为9.6％～9.8％；前期合成的羟基组分的含量为20％。
本发明的用于高铁桥梁聚混凝土的聚氨酯封闭底漆，具有良好的拉伸力学性能、抗冲击性能、柔韧性能、附着力以及封闭性能，是混凝土理想的保护涂料。适用于高铁桥梁聚混凝土。
具体实施方式
实施例1
取采用溶液缩合聚合法合成的含羟基聚丙烯酸树脂为A组分，
取以液化MDI为异氰酸酯单体，以聚醚EP330N作为连接单体，合成得到的多异氰酸酯预聚物为B组分
将A组分与B组分组合而成的封闭底漆，控制其中扩链参数Rt([NCO]/[OH])为1.05～1.10；多异氰酸酯预聚物的含量为9.6％～9.8％；前期合成的羟基组分的含量为20％；即为本发明的用于高铁桥梁聚混凝土的聚氨酯封闭底漆。
实施例2
A组分同实施例1，B组分为以液化MDI为异氰酸酯单体，以聚醚GE220作为连接单体，合成得到的多异氰酸酯预聚物。
将A组分与B组分组合而成的封闭底漆，控制其中扩链参数Rt([NCO]/[OH])为1.05～1.10；多异氰酸酯预聚物的含量为9.6％～9.8％；前期合成的羟基组分的含量为20％；即为本发明的用于高铁桥梁聚混凝土的聚氨酯封闭底漆。
实施例3
A组分同实施例1，B组分为以液化MDI为异氰酸酯单体，以聚醚GE210作为连接单体，合成得到的多异氰酸酯预聚物。
将A组分与B组分组合而成的封闭底漆，控制其中扩链参数Rt([NCO]/[OH])为1.05～1.10；多异氰酸酯预聚物的含量为9.6％～9.8％；前期合成的羟基组分的含量为20％；即为本发明的用于高铁桥梁聚混凝土的聚氨酯封闭底漆。

Claims (4)

1.一种用于高铁桥梁混凝土的聚氨酯封闭底漆，其特征在于该底漆是NCO/OH型双组份聚氨酯涂料；所述NCO/OH型双组份聚氨酯涂料，是以含羟基的高分子化合物的A组分与多异氰酸酯预聚物的B组分共同组合而成的涂料，其中扩链参数Rt（[NCO]/[OH]）为1.05～1.10；多异氰酸酯预聚物的含量为9.6%～9.8%; 前期合成的羟基组分的含量为20%。
2.按照权利要求1所述的封闭底漆，其特征在于所述含羟基的高分子化合物是含羟基聚丙烯酸树脂、含羟基聚酯树脂、含羟基聚醚树脂中的一种。
3.按照权利要求1所述的封闭底漆，其特征在于所述多异氰酸酯预聚物是以MDI作为多异氰酸酯单体，以三种聚醚EP330N、GE220、GE210作为连接单体，合成得到的聚氨酯预聚体。
4.按照权利要求1所述的封闭底漆，其特征在于所述封闭底漆在施工时，其中的两组分按一定的比例配合使用，其固化成膜过程是化学反应的结果。
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