CN108586697B - 一种低压缩永久变形聚氨酯弹性体填缝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压缩永久变形聚氨酯弹性体填缝材料及其制备方法。该材料为无溶剂型双灌装聚氨酯弹性体,包括A组分和B组分。所述A组分为聚氨酯弹性体预聚物,成分为聚醚多元醇、异氰酸酯和增塑剂,聚醚多元醇、异氰酸酯和增塑剂的重量份数比为:40‑70:20‑40:10‑20,其中,A组分中的异氰酸根含量占A组分重量的6.3%‑12.3%;所述B组分为固化剂,成分为胺类扩链剂、聚醚多元醇、催化剂;胺类扩链剂、聚醚多元醇、催化剂的重量份数比为:8‑20:80‑92:0.1‑0.5。该材料为可用于隧道工程、堤坝、船舶、水下声学装置等领域的缝隙填充,此材料具有良好的防流挂特性,同时具有较低的压缩永久变形和较好的回弹性。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯弹性体填缝材料制作工艺,具体涉及一种低压缩永久变形聚氨酯弹性体填缝材料及其制备方法。
背景技术
密封腻子是用来填充孔洞、接头、接缝等空隙的材料。对于经常受到震动、压缩、拉伸或热胀冷缩等伸缩作用的空隙,通常选用弹性体密封材料。弹性体密封腻子目前已广泛应用在建筑、桥梁、汽车、船舶、道路交通等多个领域,并发挥着不可替代的作用。
弹性体密封腻子主要包括有机硅密封腻子、聚硫橡胶密封腻子和聚氨酯密封腻子等几大类。其中,有机硅密封腻子具有回弹性高、收缩性小、耐气候老化、耐低温和高温性能好、湿气渗透性低等优点,但它本身强度较低,对基材的粘结性差,价格也较高。聚硫橡胶密封腻子具有收缩性小、耐水性好、湿气渗透性低等优点,但它存在压缩永久变形大、易老化、价格偏高等问题。聚氨酯密封腻子因其本身具有高的强度、优异的耐磨性、良好的弹性和耐老化性而得到广泛应用。本专利涉及的聚氨酯弹性体填缝材料具有与密封腻子相同的作用,又与通常所说腻子在外观、稠度等方面不同,因此本专利中称其为填缝材料。
在隧道工程、堤坝、船舶、水下声学装置等很多应用领域由于需要填充的缝隙存在于有水的环境中,这就要求填缝材料还具有以下几个方面的性能:(1)具有优异的耐老化性、耐湿气渗透性。因为填缝材料在这些领域经常处于水环境中,水的存在一定程度上会提高填缝材料的老化速率,降低其物理机械性能,导致材料的破坏。(2)填缝材料具有较低的压缩永久变形和较高的回弹性。填缝材料在这些领域多处于压缩-回弹的环境中,如果填缝材料的压缩永久变形较高或回弹性较差,材料不能及时回复受压前的状态,填缝材料将会长期处于受拉凹陷状态,不仅影响到填缝体系的外观而且对其使用寿命有很大影响。(3)具有良好的抗流挂特性。填缝材料经常在立面或仰面条件下应用,如果其抗流挂能力不好,将会导致填缝材料表面平整度较差,影响其外观状态及实际应用效果。
为提高填缝材料的抗流挂性,通常做法是在某一组分中添加大量的填料得到稠度较高的腻子,进而达到立面仰面施工不流挂的效果。这种方式虽然能解决填缝材料的流挂问题,但却是以牺牲材料的施工工艺性能和物理性能为代价的。由于腻子的稠度较高,其流平性较差,施工过程中需要较大外力作用以将其灌至宽缝内部,并且在填充的缝隙中很容易产生缝隙内部无法填充的死角。由于腻子填料添加量较大,弹性体材料的交联密度相对降低,压缩永久变形、回弹性、强度等物理性能因此变差。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明提供了一种聚氨酯弹性体填缝材料的制备方法,所述材料为可用于隧道工程、堤坝、船舶、水下声学装置等领域孔洞、接头、接缝等空隙填充的填缝材料,此材料具有良好的防流挂特性,同时具有较低的压缩永久变形和较好的回弹性。
本发明提供一种低压缩永久变形聚氨酯弹性体填缝材料,为无溶剂型双灌装聚氨酯弹性体,其特征在于:包括A组分和B组分;
所述A组分为聚氨酯弹性体预聚物,成分为聚醚多元醇、异氰酸酯和增塑剂,聚醚多元醇、异氰酸酯和增塑剂的重量份数比为:40-70:20-40:10-20,
其中,A组分中的异氰酸根含量占A组分重量的6.3%-12.3%;
所述B组分为固化剂,成分为胺类扩链剂、聚醚多元醇、催化剂;胺类扩链剂、聚醚多元醇、催化剂的重量份数比为:8-20:80-92:0.1-0.5;
所述聚醚多元醇含水量按质量百分比不大于0.05%。
所述A组分中的异氰酸酯包括两种反应活性差别较大的异氰酸酯,一种为无位阻型芳香族二异氰酸酯,另一种为脂肪族二异氰酸酯或苯环上异氰酸根邻位碳原子含有甲基、亚甲基或其他官能团的位阻型芳香族二异氰酸酯,这两种异氰酸酯的重量比分别为:1-2:1-2。
所述A组分中的增塑剂为聚氨酯通用增塑剂。
所述B组分中的扩链剂包括三种反应速率差别较大的扩链剂,一种为脂肪族二元伯胺扩链剂,一种为苯环上氨基邻位碳原子连接有位阻较小的甲基、乙基基团的芳香族二元伯胺扩链剂,另一种为苯环上氨基邻位碳原子连接有位阻较大的甲硫基、丙基、异丙基基团或苯环上氨基邻位碳原子连接有氯原子等吸电子基团的芳香族二元伯胺扩链剂、芳香族二元仲胺扩链剂或脂肪族二元仲胺扩链剂,这三种扩链剂的重量比分别为0.5-4:4-10:4-10。
所述催化剂为催化活性较低的有机锌、有机铋类催化剂。
一种制作低压缩永久变形聚氨酯弹性体,包括以下步骤:
(1)合成A组分聚氨酯预聚物
将聚醚多元醇在连接有抽真空装置并装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中加热脱水,然后缓慢加入脂肪族二异氰酸酯或苯环上异氰酸根邻位碳原子含有甲基、亚甲基或其他官能团的位阻型芳香族二异氰酸酯,升温至75-85℃反应2-3h,同时隔1h取样分析NCO含量,直至NCO含量达到稳定,最后加入无位阻型芳香族二异氰酸酯和增塑剂;
(2)制备B组分
将胺类扩链剂、聚醚多元醇、催化剂混合,经常温高速搅拌混合均匀后出料,即成B组分。
(3)灌注及应用
将A、B组分按照计量的体积比混合,经静态混合管混合均匀后注射进入需要填充区域,即成低压缩永久变形聚氨酯弹性体填缝材料,并可进行弹性体的手工刮涂。
本发明的有益效果
(1)填缝材料的生产工艺性能优异。聚氨酯弹性体填缝材料A、B组分均为粘度较低的液体,生产工艺简单,无需复杂的混合过程。
(2)抗流挂作用优异。聚氨酯弹性体填缝材料A、B组分混合后短时间能经历由粘流态液体到膏状材料的转变过程,材料变为膏状后可实现立面、仰面厚涂的功能。
(3)可操作时间长。相比于传统聚脲材料,聚氨酯弹性体填缝材料操作时间更长。灌注后即使30min内,同样能够进行刮涂操作。
(4)固化时间短。相比于有机硅密封腻子、聚硫橡胶密封腻子,聚氨酯弹性体填缝材料固化时间更短,并且可在2h到24h内任意调节。
(5)压缩永久变形低,回弹性好,在经受长时间水压作用后能够及时恢复最初状态。
(6)机械强度高,物理性能好。相对于通用的有机硅密封腻子、聚硫橡胶密封腻子,聚氨酯弹性体填缝材料的强度更高,物理性能更好。即使长期处于水环境中,材料不出现脱落、开裂等问题。
具体实施方式
实施例1
将聚醚多元醇PTMG-1000 50份在连接有抽真空装置并装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中加热脱水2h,然后缓慢加入脂肪族二异氰酸酯异佛尔酮二异氰酸酯IPDI 20份反应2-3h,制备NCO%为4.81%的预聚体,后加入无位阻型芳香族二异氰酸酯二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50 10份和增塑剂邻苯二甲酸酯二异癸酯DIDP 20份,得到NCO%为6.73%的A组分。B组分由聚醚多元醇VoranolTM4000LM 87.90份,胺类扩链剂三甲基六亚甲基二胺(TMD)0.5份、二乙基甲苯二胺(E-100)4份、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺(MOCA)7.5份、催化剂异辛酸铋Bicat 8106 0.1份混合搅拌而成。A、B组分以1:1比例混合、搅拌后制备刮涂性聚氨酯弹性体材料。通过选用静态混合管灌注并刮涂,可获得外观均匀、表面平整的聚氨酯弹性体填缝材料材料。该材料可应用于隧道工程、堤坝、船舶、水下声学装置等缝隙的填充。其主要物理性能见表1
表1聚氨酯弹性体填缝材料的主要物理性能
项目 | 指标 |
拉伸强度 | 3.1MPa |
断裂伸长率 | 306% |
25%压缩永久变形(室温压缩24h后测试) | 12.44% |
抗流挂性能 | 立面施工10mm缝隙不流挂 |
实施例2
将聚醚多元醇Voranol TM 2000LM 60份在连接有抽真空装置并装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中加热脱水2h,然后缓慢加入芳香族二异氰酸酯甲苯二异氰酸酯TDI-80/2010.44份反应2-3h,制备NCO%为3.58%的预聚体,后加入无位阻型芳香族二异氰酸酯二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50 14.22份和增塑剂邻苯二甲酸酯二异癸酯DIDP 15.34份,得到NCO%为7.3%的A组分。B组分由聚醚多元醇VoranolTM 2000LM 86.1份、聚四氢呋喃二醇PTMG-250 4.6份、胺类扩链剂三甲基六亚甲基二胺(TMD)1份、二乙基甲苯二胺(E-100)2份、4,4’-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)6份、催化剂异辛酸铋Bicat 8 0.3份混合搅拌而成。A、B组分以1:1比例混合、搅拌后制备刮涂型聚氨酯弹性体材料。通过选用静态混合管灌注并刮涂,可获得外观均匀、表面平整的聚氨酯弹性体填缝材料材料。该材料可应用于隧道工程、堤坝、船舶、水下声学装置等缝隙的填充。其主要物理性能见表2
表2聚氨酯弹性体填缝材料的主要物理性能
项目 | 指标 |
拉伸强度 | 5.5MPa |
断裂伸长率 | 298% |
25%压缩永久变形(室温压缩24h后测试) | 13.15% |
抗流挂性能 | 立面施工10mm缝隙不流挂 |
实施例3
将聚醚多元醇Voranol 1000LM 50份在连接有抽真空装置并装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中加热脱水2h,然后缓慢加入脂肪族二异氰酸酯六亚甲基二异氰酸酯(HDI)16.8份反应2-3h,制备NCO%为6.29%的预聚体,后加入无位阻型芳香族二异氰酸酯二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50 17.26份和增塑剂邻苯二甲酸酯二异癸酯DIDP 15.94份,得到NCO%为10%的A组分。B组分由聚醚多元醇Voranol WT5000 48.7份,Voranol 1000LM 40份、胺类扩链剂异佛尔酮二胺(IPDA)1份、二乙基甲苯二胺(E-100)5份、二甲硫基甲苯二胺(E-300)5份、催化剂异辛酸铋Bicat 8 0.3份混合搅拌而成。A、B组分以1:1比例混合、搅拌后制备刮涂型聚氨酯弹性体材料。通过选用静态混合管灌注并刮涂,可获得外观均匀、表面平整的聚氨酯弹性体填缝材料材料。该材料可应用于隧道工程、堤坝、船舶、水下声学装置等缝隙的填充。其主要物理性能见表2
表3聚氨酯弹性体填缝材料的主要物理性能
Claims (2)
1.一种低压缩永久变形聚氨酯弹性体填缝材料,为无溶剂型双灌装聚氨酯弹性体,其特征在于:包括A组分和B组分;
所述A组分为聚氨酯弹性体预聚物,成分为聚醚多元醇、异氰酸酯和增塑剂,聚醚多元醇、异氰酸酯和增塑剂的重量份数比为:40-70:20-40:10-20,
其中,A组分中的异氰酸根含量占A组分重量的6.3%-12.3%;
所述B组分为固化剂,成分为胺类扩链剂、聚醚多元醇、催化剂;胺类扩链剂、聚醚多元醇、催化剂的重量份数比为:8-20:80-92:0.1-0.5;
所述聚醚多元醇含水量按质量百分比不大于0.05%;
所述A组分中的异氰酸酯包括两种反应活性差别较大的异氰酸酯,一种为无位阻型芳香族二异氰酸酯,另一种为脂肪族二异氰酸酯或苯环上异氰酸根邻位碳原子含有甲基、亚甲基的位阻型芳香族二异氰酸酯,这两种异氰酸酯的重量比分别为:1-2:1-2;
所述A组分中的增塑剂为聚氨酯通用增塑剂;
所述B组分中的扩链剂包括三种反应速率差别较大的扩链剂,一种为脂肪族二元伯胺扩链剂,一种为苯环上氨基邻位碳原子连接有位阻较小的甲基、乙基基团的芳香族二元伯胺扩链剂,另一种为苯环上氨基邻位碳原子连接有位阻较大的甲硫基、丙基、异丙基基团或苯环上氨基邻位碳原子连接有氯原子吸电子基团的芳香族二元伯胺扩链剂、芳香族二元仲胺扩链剂或脂肪族二元仲胺扩链剂,这三种扩链剂的重量比分别为0.5-4:4-10:4-10;
所述催化剂为催化活性较低的有机锌、有机铋类催化剂。
2.一种制作根据权利要求1所述的低压缩永久变形聚氨酯弹性体填缝材料的方法,包括以下步骤:
(1)合成A组分聚氨酯弹性体预聚物
将聚醚多元醇在连接有抽真空装置并装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中加热脱水,然后缓慢加入脂肪族二异氰酸酯或苯环上异氰酸根邻位碳原子含有甲基、亚甲基的位阻型芳香族二异氰酸酯,升温至75-85℃反应2-3h,同时隔1h取样分析NCO含量,直至NCO含量达到稳定,最后加入无位阻型芳香族二异氰酸酯和增塑剂;
(2)制备B组分
将胺类扩链剂、聚醚多元醇、催化剂混合,经常温高速搅拌混合均匀后出料,即成B组分;
(3)灌注及应用
将A、B组分按照计量的体积比混合,经静态混合管混合均匀后注射进入需要填充区域,并进行弹性体的手工刮涂。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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