CN110294926A - 一种硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅烷改性聚氨酯材料，属于道路修补领域，旨在提供一种对水不敏感，遇水不发泡，粘度低，渗透性好，粘接性强，拉伸强度及拉伸伸长率高，固化速率快，耐候性强的硅烷改性聚氨酯材料，其技术方案要点如下，包括A组分和B组分；按照质量份数计算，A组分包括：聚醚多元醇70‑90份、高分子扩链剂0.1‑20份、匀泡剂0.1‑2份、催化剂0.5‑6份、氨基硅烷0‑5份、硅烷偶联剂0.1‑2份、吸水剂0.5‑3份，物理发泡剂0.1‑3份；B组分包括：异氰酸酯0.1‑90份；硅烷封端聚氨酯0.1‑100份；增塑剂0.1‑20份；所述A组分与B组分的重量份数比为1:1~5。本发明提供的双组份硅烷改性聚氨酯材料应用于路面裂缝修复中，降低对水敏感度，有效提升对水宽容性，生成的材料性能稳定，有效提高施工和易性。

Description

一种硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法
技术领域
本发明涉及路面修补技术领域，特别涉及一种硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法。
背景技术
中国高速公路基层绝大多数为半刚性基层，随着使用年限的不断增加，会出现各种各样的病害，其中裂缝、基层松散作为典型病害已严重影响到路面的使用寿命。作为高速公路裂缝病害修复材料，需要具备固化速度快，粘接性能好，内聚力强，耐久性佳等特性。传统的水泥基及低聚物注浆材料存在着养生时间长，渗透效果差，后期干缩大等问题，不利于高速公路的快速养护。聚氨酯注浆材料，作为高聚物注浆材料，具备性能优良，反应快速，微创无损，操作简单等特点。但是由于聚氨酯原料异氰酸酯本身十分活泼，极易与裂缝内部的水汽发生反应，导致聚氨酯焊缝材料在灌注过程中出现发泡膨胀，性能损失严重等问题，同时注入量过大，发泡倍率过高，也会导致路面被顶起的问题，因此急需开发一种遇水不敏感，性能可控的路面裂缝修复材料，充分保证对裂缝的修复效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种硅烷改性聚氨酯材料，具有对水不敏感，遇水不发泡，粘度低，渗透性好，粘接性强，拉伸强度及拉伸伸长率高，固化速率快，耐候性强的优点，有效提升材料对水宽容性，生成的材料性能稳定，有效提升施工和易性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种双组份硅烷改性聚氨酯材料，包括A组分和B组分；按照质量份数计算，A组分包括：聚醚多元醇70-90份、高分子扩链剂0.1-20份、匀泡剂0.1-2份、催化剂0.5-6份、氨基硅烷0.1-5份、硅烷偶联剂0-2份、吸水剂0.5-3份，物理发泡剂0.1-3份；
B组分包括：异氰酸酯0.1-90份；硅烷封端聚氨酯0.1-100份；增塑剂0.1-20份；所述A组分与B组分的重量份数比为1:1～5。
进一步的，聚醚多元醇的起始剂为山梨醇或蔗糖。起始剂利用山梨醇或蔗糖官能度高的特点，使制备的聚醚多元醇亲油性更强，有利于与异氰酸酯的反应。
进一步的，聚醚多元醇是官能度在4以上，分子量在1000-7000g/mol之间的任意一种或几种的混合物。
进一步的，高分子扩链剂是分子量为200-800g/mol聚乙二醇中的任意一种或几种的混合物。
进一步的，催化剂是胺类或有机锡类催化剂中的任意一种或几种的混合物。
进一步的，匀泡剂是硅油匀泡剂。
进一步的，氨基硅烷为单氨基或三氨基硅烷中的任意一种或两种的混合物。
进一步的，硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基、卤素、氨基或环氧基硅烷偶联剂中的任意一种或几种的混合物。选择这几种硅烷偶联剂，能够有效提升有机聚氨酯材料与无机水泥稳定碎石层之间的粘接强度。
进一步的，吸水剂为氯化钙、硫酸镁、CMC或吸水树脂中的任意一种或几种的混合物。由于裂缝深处局部存在大量水汽易导致材料发泡，在A组份中添加吸水剂，可以在短时间内快速吸收并锁住水分，阻止其与异氰酸酯反应。
进一步的，物理发泡剂为正戊烷、HFC-245fa或HFC-365mfc中的任意一种或几种的混合物。物理发泡剂可以有效控制发泡倍率使得材料微膨胀，加强材料的渗透性，强化对细微裂缝的修复。
进一步的，异氰酸酯是芳香族异氰酸酯或脂肪族异氰酸酯中的任意一种或几种的混合物。
进一步的，芳香族异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯或二甲基甲烷二异氰酸酯中的任意一种或两种的混合物；所述脂肪族异氰酸酯是六甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的任意一种或两种的混合物。
进一步的，硅烷封端聚氨酯为3官能度高活性的硅烷封端聚氨酯。
进一步的，硅烷封端聚氨酯合成中，引发剂为甘油、甲苯二胺、乙二胺、山梨醇、蔗糖中的任意一种。
进一步的，异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二甲基甲烷二异氰酸酯、甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的任意一种。
进一步的，增塑剂为是邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯或中的任意一种或两种的混合物。
进一步的，硅烷改性聚氨酯材料的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.于室温下，将聚醚多元醇、高分子扩链剂、催化剂、匀泡剂、氨基硅烷、硅烷偶联剂及吸水剂依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h，测定水分含量，制得组份A混合料；
S2.于室温下，将异氰酸酯、硅烷封端聚氨酯及增塑剂依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h后，制得组份B混合料；
S3.于室温下，将组份A与组份B混合搅拌，固化得到硅烷改性聚氨酯材料。
进一步的，硅烷改性聚氨酯材料的应用方法是：将硅烷改性聚氨酯材料应用于路面裂缝修复中。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用的硅烷封端聚氨酯为3官能度高活性封端聚氨酯，具有很高的反应活性，与异氰酸酯形成竞争性反应，吸收裂缝中水汽，形成液体产物，不膨胀，降低材料发生膨胀的风险；
2.采用了官能度在4以上的高活性聚醚多元醇，官能度在4以上的高活性聚醚多元醇亲油性强，自身活性很强，无催化剂条件下亦可与异氰酸酯反应，亲油性使其能够优先于水汽与异氰酸酯反应，高活性使其与水分竞争中具有优势，可以有效抑制发泡；
3.相比于传统聚氨酯，硅烷封端聚氨酯具有极佳的内聚力与粘接强度，与无机混凝土材料具有更高的粘接性能，但需要通过填料才能充分发挥；将硅烷封端聚氨酯与传统聚氨酯复配使用，使材料微膨胀，在具备高韧性、粘接性、拉伸强度及拉伸伸长率的同时，具备更低的粘度，更佳的渗透效果，修复更细微的裂缝；
4.本发明提供的裂缝修复材料，有效对裂缝进行修复，提升了路面的使用寿命，避免了路面的铣刨重铺，降低了养护费用，提升了养护效率，同时材料在固化过程中不会有大量气体产生，无需稳压，降低了施工难度，提升了施工和易性，同时避免了路面因材料注入量过多，膨胀倍率过大而导致的路面被抬升的风险；
5.本发明提供的硅烷改性聚氨酯材料在30分钟内即可固化，开放交通；此时材料形态固定，不收缩，与裂缝边缘粘结性强，强度达到最终强度的90％，韧性好，耐压耐磨。
具体实施方式
实施例1：硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法
按照重量份数计算，硅烷改性聚氨酯材料包括如下组分：
A组分：官能度为5的聚醚多元醇80份、高分子扩链剂15份、胺类催化剂PC-153.5份、硅油匀泡剂1份、单氨基硅烷3份、甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂2份、氯化钙吸水剂1.5份和正戊烷0.3份，其中，聚醚多元醇的引发剂是山梨醇，高分子扩链剂是分子量为200-800g/mol的聚乙二醇。
B组分：甲苯二异氰酸酯10份、硅烷封端聚氨酯90份和邻苯二甲酸二辛酯10份，其中硅烷封端聚氨酯的引发剂是甘油。
硅烷改性聚氨酯材料的制备方法如下：
S1.于室温下，将官能度为5的聚醚多元醇80份、高分子扩链剂15份、胺类催化剂3.5份、硅烷匀泡剂1份、单氨基硅烷3份、甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂2份、氯化钙吸水剂1.5份和正戊烷0.3份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h，测定水分含量，制得组份A混合料；
S2.于室温下，将甲苯二异氰酸酯10份、硅烷封端聚氨酯90份和邻苯二甲酸二辛酯10份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h后，制得组份B混合料；
S3.于室温下，将组份A与组份B按照重量份数比1:5，混合搅拌，固化得到硅烷改性聚氨酯材料。
硅烷改性聚氨酯材料的应用方法如下：
将硅烷改性聚氨酯材料灌入水稳石裂缝中固化，测试性能，凝胶时间为3.5min，发泡倍率为0.2，10％抗压强度(浸碱水30天)为20MPa，水稳试件劈裂强度为3MPa，固有收缩率<0.1％。
实施例2：硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法
按照重量份数计算，硅烷改性聚氨酯材料包括如下组分：
A组分：官能度为6的聚醚多元醇90份、高分子扩链剂10份、胺类催化剂PC-154.5份、硅油匀泡剂1份、三氨基硅烷3份、甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂2份、硫酸镁吸水剂1.5份和HFC-245fa 0.1份，其中，聚醚多元醇的引发剂是蔗糖，高分子扩链剂是分子量为200-800g/mol的聚乙二醇；
B组分：二甲基甲烷二异氰酸30份、硅烷封端聚氨酯60份和对苯二甲酸二辛酯15份，其中硅烷封端聚氨酯的引发剂是甲苯二胺。
硅烷改性聚氨酯材料的制备方法如下：
S1.于室温下，将官能度为6的聚醚多元醇90份、高分子扩链剂10份、胺类催化剂PC-154.5份、硅油匀泡剂1份、三氨基硅烷3份、甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂2份、硫酸镁吸水剂1.5份和HFC-245fa 0.1份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h，测定水分含量，制得组份A混合料；
S2.于室温下，将二甲基甲烷二异氰酸30份、硅烷封端聚氨酯60份和对苯二甲酸二辛酯15份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h后，制得组份B混合料；
S3.于室温下，将组份A与组份B按照重量份数比1:3，混合搅拌，固化得到硅烷改性聚氨酯材料。
硅烷改性聚氨酯材料的应用方法如下：
将硅烷改性聚氨酯材料灌入水稳石裂缝中固化，测试性能，凝胶时间为4min，发泡倍率为0.2，10％抗压强度(浸碱水30天)为16MPa，水稳试件劈裂强度为2.8MPa，固有收缩率<0.1％。
实施例3：硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法
按照重量份数计算，硅烷改性聚氨酯材料包括如下组分：
A组分：官能度为5的聚醚多元醇70份、高分子扩链剂15份、有机锡类催化剂T-123.5份、硅油匀泡剂1份、三氨基硅烷3份、卤素硅烷偶联剂2份、CMC吸水剂1.5份和HFC-365mfc 0.8份，其中，聚醚多元醇的引发剂是蔗糖，高分子扩链剂是分子量为200-800g/mol的聚乙二醇；
B组分：六甲基二异氰酸酯70份、硅烷封端聚氨酯30份和邻苯二甲酸二辛酯10份，其中硅烷封端聚氨酯的引发剂是乙二胺。
硅烷改性聚氨酯材料的制备方法如下：
S1.于室温下，官能度为5的聚醚多元醇70份、高分子扩链剂15份、有机锡类催化剂T-12 3.5份、硅油匀泡剂1份、三氨基硅烷3份、卤素硅烷偶联剂2份、CMC吸水剂1.5份和HFC-365mfc 0.8份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h，测定水分含量，制得组份A混合料；
S2.于室温下，将六甲基二异氰酸酯70份、硅烷封端聚氨酯30份和邻苯二甲酸二辛酯10份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h后，制得组份B混合料；
S3.于室温下，将组份A与组份B按照重量份数比1:1，混合搅拌，固化得到硅烷改性聚氨酯材料。
硅烷改性聚氨酯材料的应用方法如下：
将硅烷改性聚氨酯材料灌入水稳石裂缝中固化，测试性能，凝胶时间为4min，发泡倍率为1，10％抗压强度(浸碱水30天)为8MPa，水稳试件劈裂强度为1.5MPa，固有收缩率<0.1％。
实施例4：硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法
按照重量份数计算，硅烷改性聚氨酯材料包括如下组分：
A组分：官能度为7的聚醚多元醇80份、高分子扩链剂10份、有机锡类催化剂T-12 5份、硅油匀泡剂1份、单氨基硅烷3份、氨基硅烷偶联剂2份、吸水树脂1.5份和正戊烷0.3份，其中，聚醚多元醇的引发剂是蔗糖，高分子扩链剂是分子量为200-800g/mol的聚乙二醇；
B组分：异氟尔酮二异氰酸酯60份、硅烷封端聚氨酯30份和邻苯二甲酸二辛酯10份，其中硅烷封端聚氨酯的引发剂是山梨醇。
硅烷改性聚氨酯材料的制备方法如下：
S1.于室温下，将官能度为7的聚醚多元醇80份、高分子扩链剂10份、有机锡类催化剂T-12 5份、硅油匀泡剂1份、单氨基硅烷3份、氨基硅烷偶联剂2份、吸水树脂1.5份和正戊烷0.3份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h，测定水分含量，制得组份A混合料；
S2.于室温下，将异氟尔酮二异氰酸酯60份、硅烷封端聚氨酯30份和邻苯二甲酸二辛酯10份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h后，制得组份B混合料；
S3.于室温下，将组份A与组份B按照重量份数比1:3，混合搅拌，固化得到硅烷改性聚氨酯材料。
硅烷改性聚氨酯材料的应用方法如下：
将硅烷改性聚氨酯材料灌入水稳石裂缝中固化，测试性能，凝胶时间为2min，发泡倍率为0.4，10％抗压强度(浸碱水30天)为17MPa，水稳试件劈裂强度为2.6MPa，固有收缩率<0.1％。
实施例5：硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法
按照重量份数计算，硅烷改性聚氨酯材料包括如下组分：
A组分：官能度为6聚醚多元醇90份、高分子扩链剂5份、有机锡类催化剂T-12 3.5份、硅烷匀泡剂1份、单氨基硅烷3份、环氧基硅烷偶联剂2份、氯化钙吸水剂1.5份和正戊烷0.3份，其中，聚醚多元醇的引发剂是山梨醇，高分子扩链剂是分子量为200-800g/mol的聚乙二醇；
B组分：甲苯二异氰酸酯异氰酸酯50份、硅烷封端聚氨酯50份和对苯二甲酸二辛酯10份，其中硅烷封端聚氨酯的引发剂是山梨醇。
硅烷改性聚氨酯材料的制备方法如下：
S1.于室温下，将官能度为6聚醚多元醇90份、高分子扩链剂5份、有机锡类催化剂3.5份、硅烷匀泡剂1份、单氨基硅烷3份、环氧基硅烷偶联剂2份、氯化钙吸水剂1.5份和正戊烷0.3份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h，测定水分含量，制得组份A混合料；
S2.于室温下，将甲苯二异氰酸酯异氰酸酯50份、硅烷封端聚氨酯50份和对苯二甲酸二辛酯10份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h后，制得组份B混合料；
S3.于室温下，将组份A与组份B按照重量份数比1:5，混合搅拌，固化得到硅烷改性聚氨酯材料。
硅烷改性聚氨酯材料的应用方法如下：
将硅烷改性聚氨酯材料灌入水稳石裂缝中固化，测试性能，凝胶时间为3.5min，发泡倍率为0.4，10％抗压强度(浸碱水30天)为13MPa，水稳试件劈裂强度为2.1MPa，固有收缩率<0.1％。
实施例6：硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法
按照重量份数计算，硅烷改性聚氨酯材料包括如下组分：
A组分：官能度为8的聚醚多元醇80份、高分子扩链剂15份、胺类催化剂PC-15 1.5份、硅油匀泡剂1份、三氨基硅烷3份、环氧基硅烷偶联剂2份、硫酸镁吸水剂1.5份和正戊烷0.5份，其中，聚醚多元醇的引发剂是山梨醇，高分子扩链剂是分子量为200-800g/mol的聚乙二醇；
B组分：二甲基甲烷二异氰酸酯40份、硅烷封端聚氨酯60份和邻苯二甲酸二辛酯10份，其中硅烷封端聚氨酯的引发剂是山梨醇。
硅烷改性聚氨酯材料的制备方法如下：
S1.于室温下，将官能度为8的聚醚多元醇80份、高分子扩链剂15份、胺类催化剂PC-15 1.5份、硅油匀泡剂1份、三氨基硅烷3份、环氧基硅烷偶联剂2份、硫酸镁吸水剂1.5份和正戊烷0.5份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h，测定水分含量，制得组份A混合料；
S2.于室温下，将二甲基甲烷二异氰酸酯40份、硅烷封端聚氨酯60份和邻苯二甲基二甲酸10份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h后，制得组份B混合料；
S3.于室温下，将组份A与组份B按照重量份数比1:2，混合搅拌，固化得到硅烷改性聚氨酯材料。
硅烷改性聚氨酯材料的应用方法如下：
将硅烷改性聚氨酯材料灌入水稳石裂缝中固化，测试性能，凝胶时间为5min，发泡倍率为0.7，10％抗压强度(浸碱水30天)为11MPa，水稳试件劈裂强度为1.6MPa，固有收缩率<0.1％。
实施例7：硅烷改性聚氨酯材料及其制备方法和应用方法
按照重量份数计算，硅烷改性聚氨酯材料包括如下组分：
A组分：官能度为7的聚醚多元醇70份、高分子扩链剂15份、有机锡类催化剂T-123.5份、硅油匀泡剂1份、三氨基硅烷3份、甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂2份、硫酸镁吸水剂1.5份和正戊烷0.6份，其中，聚醚多元醇的引发剂是山梨醇，高分子扩链剂是分子量为200-800g/mol的聚乙二醇；
B组分：异佛尔酮二异氰酸酯70份、硅烷封端聚氨酯30份和对苯二甲酸二辛酯10份，其中硅烷封端聚氨酯的引发剂是山梨醇。
硅烷改性聚氨酯材料的制备方法如下：
S1.于室温下，将官能度为7的聚醚多元醇70份、高分子扩链剂15份、有机锡类催化剂T-12 3.5份、硅油匀泡剂1份、三氨基硅烷3份、甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂2份、硫酸镁吸水剂1.5份和正戊烷0.6份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h，测定水分含量，制得组份A混合料；
S2.于室温下，将异佛尔酮二异氰酸酯70份、硅烷封端聚氨酯30份和对苯二甲酸二辛酯10份依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h后，制得组份B混合料；
S3.于室温下，将组份A与组份B按照重量份数比1:5，混合搅拌，固化得到硅烷改性聚氨酯材料。
硅烷改性聚氨酯材料的应用方法如下：
将硅烷改性聚氨酯材料灌入水稳石裂缝中固化，测试性能，凝胶时间为4min，发泡倍率为0.8，10％抗压强度(浸碱水30天)为9.6MPa，水稳试件劈裂强度为1.56MPa，固有收缩率<0.1％。性能测试，将实施例1—7的将硅烷改性聚氨酯材料灌入水稳石裂缝中固化，测试性能，结果如下：
表1.性能测试结果
通过上述测试结果可以看出，本发明提供的硅烷改性聚氨酯材料与现有技术相比，在保持固有收缩率和凝胶时间的基础上，有效缩小了发泡倍率，提高了抗压强度和水稳试件劈裂强度，具有产业价值。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种硅烷改性聚氨酯材料，其特征在于，包括A组分和B组分；按照质量份数计算，所述A组分包括：聚醚多元醇70-90份、高分子扩链剂0.1-20份、匀泡剂0.1-2份、催化剂0.5-6份、氨基硅烷0.1-5份、硅烷偶联剂0.1-2份、吸水剂0.5-3份，物理发泡剂0-3份；
所述B组分包括：异氰酸酯0.1-90份；硅烷封端聚氨酯0.1-100份；增塑剂0.1-20份；所述A组分与B组分的重量份数比为1:1~5。
2.根据权利要求1所述的硅烷改性聚氨酯材料，其特征在于，所述聚醚多元醇的起始剂为山梨醇或蔗糖。
3.根据权利要求2所述的硅烷改性聚氨酯材料，其特征在于，所述聚醚多元醇是官能度在4以上，分子量在1000-7000g/mol之间的任意一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的硅烷改性聚氨酯材料，其特征在于，所述催化剂是胺类或有机锡类催化剂中的任意一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的硅烷改性聚氨酯材料，其特征在于，所述氨基硅烷为单氨基或三氨基硅烷中的任意一种或两种的混合物。
6.根据权利要求1所述的硅烷改性聚氨酯材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基、卤素、氨基或环氧基硅烷偶联剂中的任意一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的双组份硅烷改性聚氨酯材料，其特征在于，所述硅烷封端聚氨酯为3官能度的硅烷封端聚氨酯。
8.根据权利要求1所述的硅烷改性聚氨酯材料，其特征在于，在所述硅烷封端聚氨酯合成中，引发剂为甘油、甲苯二胺、乙二胺、山梨醇、蔗糖中的任意一种，异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二甲基甲烷二异氰酸酯、甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的任意一种。
9.硅烷改性聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1.于室温下，将高活性聚醚多元醇、高分子扩链剂、催化剂、匀泡剂、氨基硅烷、硅烷偶联剂及吸水剂依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h，测定水分含量，制得组份A混合料；
S2.于室温下，将异氰酸酯、硅烷封端聚氨酯及增塑剂依次加入混合釜内，机械搅拌1-2h后，制得组份B混合料；
S3.于室温下，将组份A与组份B混合搅拌，固化得到所述硅烷改性聚氨酯材料。
10.硅烷改性聚氨酯材料的应用方法，其特征在于，将所述的双组份硅烷改性聚氨酯材料应用于路面裂缝修复中。
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