CN109504256A - 一种环保型桥梁路面专用重防腐防水材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，包括主剂I组分和辅剂P组分，I组分与P组分质量比为1:1；I组分由包括如下原料制成：二苯基甲烷二异氰酸酯，4,4‑二环己基甲烷二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯，2，2，4‑三甲基己二异氰酸酯，聚醚多元醇，环氧树脂；P组分由包括如下原料制成：胺类交联扩链剂，聚碳酸酯多元醇，聚己内酯多元醇，聚四氢呋喃多元醇，增塑剂，氧化锌，绢云母粉，沉淀硫酸钡，颜填料，活性纳米复合合金因子，催化剂，助剂。本发明所述的防腐防水材料应用在桥面之后大幅度提高桥面的综合路用性能、延长道路的使用寿命、防止了因外界环境造成的腐蚀及其渗漏。

Description

一种环保型桥梁路面专用重防腐防水材料及其制备方法
技术领域
本发明属于防腐材料技术领域，尤其是涉及一种环保型桥梁路面专用重防腐防水材料及其制备方法。
背景技术
现今桥梁工程不仅投资大、设计使用年限长，而且都处在交通要害部位，因此桥梁的安全性和耐久性非常重要。过去我们一直不重视桥梁工程的基面防腐防水工作，致使大部分桥梁基面及其附属配套设施在投入使用期间出现严重的腐蚀以及渗漏问题。随着经济的快速发展，八十年代后建设了相当规模的钢筋混凝土桥梁，特别是随着高速公路的建设，桥梁标准得到快速提高。桥面防水和桥防水防腐的严重性和重要性逐渐被重视，但由于受对腐蚀环境认识不够、材料性能掌握不准、防水机理认识不清、设计方案不合理、施工工艺不科学等因素的影响，防治效果差异较大，一些工程的防水质量没有达到预期的效果。再有针对目前我国特殊的气候环境，经常会出现连续的大雨天气，且雨水存在一定的酸性。
目前用于桥梁路面的防腐防水材料大多会在制备过程中引入含有VOCS以及重金属离子的原料，使整个生产过程中会产生对环境有危害的物质，不够环保；而且现有的防腐防水材料的防腐防水性能还有待提高。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种能够耐腐蚀、耐酸性盐雾且抗渗透的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，包括主剂I组分和辅剂P组分，I组分与P组分质量比为1:1；
其中，I组分由包括如下重量份数的原料制成：
P组分由包括如下重量份数的原料制成：
优选地，所述聚醚多元醇为聚醚多元醇-1和聚醚多元醇-2中的一种或两种；其中，聚醚多元醇-1的官能度为2，分子量为1000-6000，重量份数为30-70；聚醚多元醇-2的官能度为2-3，分子量为1000-3000，重量份数为0-20。
优选地，所述环氧树脂的环氧值为0.18-0.54。
优选地，所述胺类交联扩链剂为6200、4200和Versalink 1000的一种或者两种以上的混合物；
其中，6200可以为烟台万华的产品；4200可以为张家港雅瑞化工的产品；Versalink1000可以为亨斯迈产品；
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂和邻苯二甲酸二异辛酯中的一种或两种的混合物；
所述颜填料为钛白粉、铁红、酞菁绿、酞菁蓝或耐晒黄中的一种。
优选地，所述活性纳米复合合金因子由包括如下步骤的方法制备得到：
(1)取钙基纳米级粉和硅基纳米级粉中的一种或两种；
(2)将所述步骤(1)中的纳米级粉加入含有偶联剂的酯类或酮类溶剂中混合；
(3)将纳米Ag和纳米Zr中的一种或两种加入到所述步骤(2)得到的溶液中混合均匀，然后通过纳米研磨机研磨后得到活性纳米复合合金因子。
优选地，所述偶联剂为有机硅偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的一种或两种；
所述酯类溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯；
所述酮类溶剂为丙酮、丁酮或甲基异丁基酮中的一种。
更优选地，所述有机硅偶联剂为KH-570或KH550；
所述钛酸酯偶联剂为钛酸正丁酯。
优选地，所述催化剂为有机Bi、异辛酸锌和有机锡中的一种或两种以上的混合物。
更优选地，所述催化剂由有机Bi、异辛酸锌和有机锡以3:6:1的重量比混合得到。
优选地，所述助剂为BYK-065、BYK-163、BYK-331和苯磺酰氯中的一种或两种以上的混合物。
更优选地，所述助剂由BYK-065、BYK-163、BYK-331和苯磺酰氯以1:1:1:2的重量比混合得到。
优选地，所述聚碳酸酯多元醇的官能度f＝2，分子量M＝1000-3000；所述聚己内酯多元醇的官能度f＝2，分子量M＝2000；所述聚四氢呋喃多元醇的官能度f＝2，分子量M＝1000-3000。
本发明还提供了一种上述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A、制备I组分：
(1)将聚醚多元醇脱水；
(2)向脱水后的聚醚多元醇中加入二苯基甲烷二异氰酸酯并搅拌；
(3)向所述步骤(2)得到的生成物中加入4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯和/或异佛尔酮二异氰酸酯并搅拌；
(4)向所述步骤(3)得到的生成物中加入环氧树脂并搅拌；
(5)向所述步骤(4)得到的生成物中加入2，2，4-三甲基己二异氰酸酯并搅拌；反应后得到的浅黄色至无色透明粘稠状液体脱气、降温、密封保存；
B、制备P组分：
(1)将胺类交联扩链剂、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇混合；
(2)向所述步骤(1)中得到的反应物中继续加入聚己内酯多元醇、增塑剂混合均匀；
(3)边搅拌边向所述步骤(2)中得到的反应物中继续加入氧化锌、绢云母粉、沉淀硫酸钡和颜填料；
(4)向所述步骤(3)中得到的反应物中加入活性纳米复合合金因子混合后搅拌分散；
(5)将所述步骤(4)分散后得到的反应物经砂磨机砂磨，使细度≤100μm；
(6)将所述步骤(5)砂磨好的产物泵入反应釜脱气、脱水；
(7)向所述步骤(6)得到的粘稠状液体中加入催化剂、助剂混合均匀，出料密封保存；
C、按配方比例混合I组分和P组分即可得到所述防腐防水材料。
优选地，所述I组分制备方法中，所述步骤(1)脱水条件为-0.1Mpa、真空、110℃脱水3-4h；
所述步骤(2)的反应条件为80±5℃反应2h；
所述步骤(3)的反应条件为80±5℃反应1h；
所述步骤(4)的反应条件为95±5℃，反应2h。
优选地，所述P组分制备方法中，所述步骤(1)的反应条件为混合后加热至60-80℃溶至透明；
所述步骤(4)中搅拌转速为1200-2000r/min，搅拌时间为30-60min；
所述步骤(6)中脱气脱水的条件为-0.1Mpa、110±5℃、真空脱气脱水120min。
相对于现有技术，本发明所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料及其制备方法具有以下优势：
1、本发明所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料在传统的刚性防腐材料的基础上，引入大分子量物质以增加材料整体的柔顺性，并通过添加纳米复合合金因子对其进行化学改性，以此增加材料的综合机械性能以及重防腐性能。而且，由于考虑到现今社会对环保性的特殊要求，本材料的制备全过程均采用高固体分原材料进行合成，制备过程中不会引入任何含有VOCS以及重金属离子的原料，整个生产过程没有对环境有危害的物质排出，完全打破传统防水防腐材料的不环保性。同时，本发明所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料应用在桥面之后大幅度提高桥面的综合路用性能、延长道路的使用寿命、防止了因外界环境造成的腐蚀及其渗漏，降低道路建设及养护成本，节约社会资源。
2、本发明所采用的MDI本身耐候以及耐黄变性能不佳，但是添加后力学性能会增加(如拉伸强度增加，硬度增加，断裂延伸率下降，随着添加量的增加，I组分与P组分混合后的反应时间会缩短)；TMDI耐黄变耐候性能都很不错，整体防腐性能也会提高，但成本相对较高；H12MDI和IPDI均能够增加产品的耐候性能。
3、本发明所采用的聚碳酸酯多元醇能够大幅度增加材料的防腐性能，但添加量过大却会降低材料的柔顺性，断裂延伸率会大幅下降；聚己内酯多元醇也能够相应增加防腐性能，且添加后柔顺性不会下降，硬度会降低；聚四氢呋喃多元醇性能和以上两种材料差不多，但综合性价比比较好。
4、本发明所采用的活性纳米复合合金因子中添加纳米Ag和纳米Zr，纳米Ag具有极强抗菌杀菌性能，经特殊的接枝纳米研磨，并利用特殊的偶联剂将防腐性能很高的纳米级金属与纳米级氧化物“嫁接”成合金态高聚物，以此达到极强的抗腐蚀性能。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，包括主剂I组分和辅剂P组分，I组分与P组分质量比为1:1；
其中，I组分由包括如下重量份数的原料制成：
制得的I组分的异氰酸集团含量为5.20％
P组分由包括如下重量份数的原料制成：
其中，所述活性纳米复合合金因子由包括如下步骤的方法制备得到：
(1)取1份钙基纳米级粉纳米碳酸钙；
(2)将所述步骤(1)中的纳米级粉加入含有有机硅偶联剂和钛酸酯类偶联剂的混合物的酯类溶剂乙酸乙酯中混合，纳米级粉、偶联剂、溶剂质量比为1：(0.003-0.005)：5，有机硅偶联剂：钛酸酯偶联剂＝1:1(质量比)；有机硅偶联剂为KH550，钛酸酯类偶联剂为钛酸正丁酯；
(3)将1份纳米Ag加入到所述步骤(2)得到的溶液中混合均匀，然后通过纳米研磨机研磨4-5h后得到粒径60nm活性纳米复合合金因子。
实施例2
一种环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，包括主剂I组分和辅剂P组分，I组分与P组分质量比为1:1；
其中，I组分由包括如下重量份数的原料制成：
制得的I组分的异氰酸集团含量为4.90％
P组分由包括如下重量份数的原料制成：
其中，所述活性纳米复合合金因子由包括如下步骤的方法制备得到：
(1)取0.7份钙基纳米级粉纳米碳酸钙和硅基纳米级粉纳米SiO2，并混合，钙基纳米级粉：硅基纳米级粉＝9:1(质量比)；
(2)将所述步骤(1)中的纳米级粉加入含有有机硅偶联剂和钛酸酯类偶联剂的混合物的酯类溶剂乙酸丁酯中混合，其中，纳米级粉、偶联剂、溶剂质量比为1：(0.003-0.005)：5，有机硅偶联剂：钛酸酯偶联剂＝1:1(质量比)；有机硅偶联剂为KH-570，钛酸酯类偶联剂为钛酸正丁酯；
(3)将0.8份纳米Zr加入到所述步骤(2)得到的溶液中混合均匀，然后通过纳米研磨机研磨4-5h后得到粒径55nm活性纳米复合合金因子。
实施例3
一种环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，包括主剂I组分和辅剂P组分，I组分与P组分质量比为1:1；
其中，I组分由包括如下重量份数的原料制成：
制得的I组分的异氰酸集团含量为5.40％
P组分由包括如下重量份数的原料制成：
其中，所述活性纳米复合合金因子由包括如下步骤的方法制备得到：
(1)取1.8份硅基纳米级粉纳米SiO2；
(2)将所述步骤(1)中的纳米级粉加入含有有机硅偶联剂的酮类溶剂丙酮中混合，其中，纳米级粉、偶联剂、溶剂质量比为1：(0.003-0.005)：5，有机硅偶联剂为KH550；
(3)将2.2份纳米Ag和纳米Zr按质量比2:8加入到所述步骤(2)得到的溶液中混合均匀，然后纳米研磨机研磨4-5h后得到粒径47nm活性纳米复合合金因子。
实施例1-3所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
A、制备I组分：
(1)将聚醚多元醇在-0.1MPa，真空下110℃脱水3-4h；
(2)待聚醚多元醇脱水后温度降至50±5℃时，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)并搅拌，反应20min后将温度升至80±5℃反应2h；
(3)向所述步骤(2)得到的生成物中加入4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯和/或异佛尔酮二异氰酸酯并搅拌，在80±5℃反应1h；
(4)向所述步骤(3)得到的生成物中加入环氧树脂并搅拌，95±5℃反应2h；
(5)向所述步骤(4)得到的生成物中加入2，2，4-三甲基己二异氰酸酯并搅拌0.5h；最后得到浅黄色至无色透明粘稠状液体。
对反应后的A组分取样分析异氰酸集团NCO含量达到理论值后，脱气、降温、密封保存；
B、制备P组分：
(1)将胺类交联扩链剂、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇混合后加热至60-80℃溶至透明；
(2)向所述步骤(1)中得到的反应物中继续依次加入聚己内酯多元醇、增塑剂(如配方内有，则加入)混合均匀；
(3)边搅拌边向所述步骤(2)中得到的反应物中继续依次加入氧化锌、绢云母粉、沉淀硫酸钡和颜填料；
(4)向所述步骤(3)中得到的反应物中加入活性纳米复合合金因子混合后1200-2000r/min搅拌分散30-60min；
(5)将所述步骤(4)分散后得到的反应物经砂磨机砂磨，使细度≤100μm；
(6)将所述步骤(5)砂磨好的产物泵入反应釜-0.1MPa、110±5℃、真空脱气、脱水120min；
(7)待所述步骤(6)得到的产物降温至50±5℃时，加入催化剂、助剂混合均匀，出料密封。最终的物料为各色粘稠状液体；
C、按配方比例混合I组分和P组分即可得到所述防腐防水材料。
将实施例1-3得到的3种材料在标准环境下涂膜，涂膜厚度为1.3mm，制得的涂层在标准环境下养护168h后测性能如下表1-3。
表1实施例1得到的防腐防水材料的测试性能
表2实施例2得到的防腐防水材料的测试性能
表3实施例3得到的防腐防水材料的测试性能
对比例1：
将实施例1中的纳米Ag替换成纳米Zn，并对最终得到的材料进行性能测试，如下表。
表4对比例得到的防腐防水材料的测试性能
对比例2：
将实施例1中的纳米Ag替换成纳米Cu，并对最终得到的材料进行性能测试，如下表。
表4对比例得到的防腐防水材料的测试性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，其特征在于：包括主剂I组分和辅剂P组分，I组分与P组分质量比为1:1；
其中，I组分由包括如下重量份数的原料制成：
P组分由包括如下重量份数的原料制成：
2.根据权利要求1所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，其特征在于：所述聚醚多元醇为聚醚多元醇-1和聚醚多元醇-2中的一种或两种；其中，聚醚多元醇-1的官能度为2，分子量为1000-6000，重量份数为30-70；聚醚多元醇-2的官能度为2-3，分子量为1000-3000，重量份数为0-20。
3.根据权利要求1所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，其特征在于：所述胺类交联扩链剂为6200、4200和Versalink 1000中的一种或者两种以上的混合物；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂和邻苯二甲酸二异辛酯中的一种或两种的混合物；所述颜填料为钛白粉、铁红、酞菁绿、酞菁蓝或耐晒黄中的一种。
4.根据权利要求1所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，其特征在于：所述活性纳米复合合金因子由包括如下步骤的方法制备得到：
(1)选取钙基纳米级粉和硅基纳米级粉中的一种或两种；
(2)将所述步骤(1)中的纳米级粉加入含有偶联剂的酯类或酮类溶剂中混合；
(3)将纳米Ag和纳米Zr中的一种或两种加入到所述步骤(2)得到的溶液中混合均匀，然后通过纳米研磨机研磨后得到活性纳米复合合金因子。
5.根据权利要求4所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，其特征在于：所述偶联剂为有机硅偶联剂和钛酸酯类偶联剂中的一种或两种；所述酯类溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯；所述酮类溶剂为丙酮、丁酮或甲基异丁基酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，其特征在于：所述催化剂为有机Bi、异辛酸锌和有机锡中的一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料，其特征在于：所述助剂为BYK-065、BYK-163、BYK-331和苯磺酰氯中的一种或两种以上的混合物。
8.一种权利要求1-7任一项所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A、制备I组分：
(1)将聚醚多元醇脱水；
(2)向脱水后的聚醚多元醇中加入二苯基甲烷二异氰酸酯并搅拌；
(3)向所述步骤(2)得到的生成物中加入4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯和/或异佛尔酮二异氰酸酯并搅拌；
(4)向所述步骤(3)得到的生成物中加入环氧树脂并搅拌；
(5)向所述步骤(4)得到的生成物中加入2，2，4-三甲基己二异氰酸酯并搅拌；反应后得到的浅黄色至无色透明粘稠状液体脱气、降温、密封保存；
B、制备P组分：
(1)将胺类交联扩链剂、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇混合；
(2)向所述步骤(1)中得到的反应物中继续加入聚己内酯多元醇、增塑剂混合均匀；
(3)边搅拌边向所述步骤(2)中得到的反应物中继续加入氧化锌、绢云母粉、沉淀硫酸钡和颜填料；
(4)向所述步骤(3)中得到的反应物中加入活性纳米复合合金因子混合后搅拌分散；
(5)将所述步骤(4)分散后得到的反应物经砂磨机砂磨，使细度≤100μm；
(6)将所述步骤(5)砂磨好的产物泵入反应釜脱气、脱水；
(7)向所述步骤(6)得到的粘稠状液体中加入催化剂、助剂混合均匀，出料密封保存；
C、按配方比例混合I组分和P组分即可得到所述防腐防水材料。
9.根据权利要求8所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料的制备方法，其特征在于：所述I组分制备方法中，所述步骤(1)脱水条件为-0.1Mpa、真空、110℃脱水3-4h；所述步骤(2)的反应条件为80±5℃反应2h；所述步骤(3)的反应条件为80±5℃反应1h；所述步骤(4)的反应条件为95±5℃，反应2h。
10.根据权利要求8所述的环保型桥梁路面专用重防腐防水材料的制备方法，其特征在于：所述P组分制备方法中，所述步骤(1)的反应条件为混合后加热至60-80℃溶至透明；所述步骤(4)中搅拌转速为1200-2000r/min，搅拌时间为30-60min；所述步骤(6)中脱气脱水的条件为-0.1Mpa、110±5℃、真空脱气脱水120min。
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