CN111592839A - 一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法，该界面剂由下列质量份数的原料组成：氯丁橡胶100份、改性氯丁橡胶10～20份、叔丁基酚醛树脂35～65份、高活性氧化镁3～9份、水3～6份，异氰酸酯预聚物2～6份、除水剂10～30份，催化剂0.1～0.3份，防老剂0.5～3.5份、溶剂200～600份。该界面剂与非交联丁基橡胶匹配性好，对混凝土浸润能力强，具有高的粘结强度和良好的柔韧性，耐低温、耐热、耐碱、耐水和耐紫外性能好，抗疲劳性能优异，在天窗时间修补后高速列车通过时及长期列车动荷载和温度力作用下，可确保非交联丁基橡胶防水密封胶带与混凝土粘结牢固，不被“揭起”，长期保持良好的防水密封功能。

Description

一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡 胶用界面剂及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法。
背景技术
预制自粘型非交联丁基橡胶防水胶带具有施工简单、气密性好、耐老化性能优、柔顺性佳等特点，已被逐渐引入至高速铁路无砟轨道混凝土裂缝、混凝土接缝及失效嵌缝材料的修补中。高速铁路无砟轨道混凝土多为连续长大结构，混凝土裂缝、混凝土接缝和伸缩缝的变形大，且长期受到高速列车动荷载作用。而且高速铁路无砟轨道混凝土病害修补均在夜间天窗时间内完成，天窗时间有限通常只有四个小时，天窗时间修补后，高速列车须立即通过。同时，我国高速铁路分布范围广，涉及严寒、高温、多雨、干旱等多种复杂气候环境。上述因素对预制自粘型非交联丁基橡胶防水密封胶带与混凝土的粘结提出了更高的要求，如只依靠材料的自身粘结无法满足实际需求，必须采用界面剂。
目前，非交联丁基橡胶防水胶带界面剂多为氯丁橡胶胶黏剂。氯丁橡胶与丁基橡胶同为橡胶类，且分子结构相近，两者的匹配性好，且氯丁胶橡胶胶黏剂具有如下优点：①初粘力大、粘结强度高、胶层柔韧；②耐水、耐油、耐碱、耐酸和耐溶剂性；③抗臭氧、耐老化、耐久性和阻燃性好。目前使用较多的氯丁橡胶胶粘剂是溶剂型冷粘胶粘剂。
氯丁橡胶胶黏剂的相关专利较多，如一种酚醛树脂-氯丁橡胶胶黏剂及其制备方法（申请号201210542178.X）、一种快速固化氯丁橡胶胶黏剂及其制备方法（申请号201210542257.0）、一种耐候耐低温氯丁橡胶胶粘剂（申请号201510623975.4）等。现有专利涉及的氯丁橡胶胶黏剂是针对某方面性能不足进行了改进、优化，如耐热性能低、耐低温性能差、固化速度慢等。高速铁路无砟轨道影响因素复杂，需对氯丁橡胶胶黏剂的工作性能、粘结性能、耐老化性能和耐疲劳性能进行全面提高，以满足复杂的工况环境。同时，现有优化后的氯丁橡胶胶黏剂的适用性较差，将其配合非交联丁基橡胶防水胶带使用时，常出现天窗时间修补后高速列车通过时将防水胶带“带起”、经历高温雨季或冷热循环后界面剂粘结失效、严寒地区防水胶带与混凝土易脱开等问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供了一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法。
技术方案：为了实现以上目的，本发明提供了一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法，该界面剂由下列质量份数的原料组成：氯丁橡胶100份、改性氯丁橡胶10～20份、叔丁基酚醛树脂35～65份、活性氧化镁3～9份、水3～6份，异氰酸酯预聚物2～6份、除水剂10～30份，催化剂0.1～0.3份，防老剂0.5～3.5份、溶剂200～600份。
上述的改性氯丁橡胶由氯丁橡胶与活性氧化镁和活性氧化锌按照质量比为100∶2～4∶0.5～1.5混炼制备而成；上述的活性氧化镁为吸唺值大于100的高活性氧化镁。
上述的异氰酸酯预聚物为二异氰酸酯与含活泼氢低聚物制备的NCO含量为26～29%的预聚物，其中异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种，含活泼氢低聚物为分子量为700～1000的四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二醇、分子量为500-700的端羟基聚丁二烯、分子量为200～400的氧化丙烯聚醚二醇中的一种或几种。
上述的催化剂为辛酸亚锡、二月硅酸二丁基锡中的一种或两种；上述的防老剂为防老剂DNP、防老剂MB、防老剂NBC中的一种或几种；上述的溶剂为环己烷、甲乙酮、丙酮、乙酸乙酯中的一种或几种。
上述的界面剂的制备方法包括如下三步：
（1）将氯丁橡胶在20℃～25℃塑炼40～60min，加入改性氯丁橡胶、部分活性氧化镁和防老剂保持温度不变混炼90～120min后，将其裁成小块薄片备用；
（2）在溶剂中加入叔丁基酚醛树脂和部分活性氧化镁，并搅拌均匀，加入水在20～30℃反应5～8h后，加入除水剂去除内部水，加入催化剂，逐滴加入异氰酸酯预聚物继续反应2～3h后，将预制液降温至室温备用；
（3）在釜中加入混炼胶薄片和溶剂，并搅拌至混凝胶完全溶解，加入预制液和剩余溶剂搅拌1h后，制得产品。
工作机理：本发明使用高活性氧化镁对氯丁橡胶进行硫化改性、引入了醚键，将其与氯丁橡胶混合，提高了材料的热稳定性。叔丁基酚醛树脂分别通过高活性氧化镁和异氰酸酯预聚物进行改性，一方面通过与高活性氧化镁形成螯合物，改善树脂与氯丁橡胶的相容性，提高材料的粘结强度、耐热性和储存稳定性；另一方面通过与合理设计的线形异氰酸酯预聚物适度交联，进一步提高树脂的低温柔韧性、粘结强度、耐老化性能及与氯丁橡胶的相容性。
有益效果：本发明提供的一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法，经过大量试验研究，该组份的各组份配比科学合理，该组合物具有以下优异的性能：
（1）早期粘结强度高：界面剂涂刷后10min即可粘贴非交联丁基橡胶防水密封胶带，2h后即有高的粘结强度，满足天窗时间修补后立即通车要求，粘结初期胶带不会被高速列车“揭起”
（2）粘结强度与柔韧性匹配；界面剂兼具高的粘结强度和良好的低温柔性，在保持防水胶带与混凝土牢固粘结的同时，具有较强的低温抗冲击破坏能力，能够长期抵抗高速列车的动荷载
（3）耐老化性能良好：耐紫外老化性能、耐热性能、耐碱性能和耐水解性能良好，经老化后粘结试件的破坏形式为100%胶体破坏。
具体实施方式
下面以实施例说明具体实施方式，这些实施例仅限于解释说明本发明，而不限定本发明的范围。
实施例1
一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法,包括以下步骤：
（1）将100份氯丁橡胶在20℃塑炼60min，加入10份改性氯丁橡胶、2份活性氧化镁和0.1份防老剂DNP、0.2份防老剂MB、0.2份防老剂NBC保持温度不变混炼120min后，将其裁成小块薄片备用；
（2）将20份环己烷、50份甲乙酮、10份丙酮、20份乙酸乙酯混合均匀，在混合溶剂中加入35份叔丁基酚醛树脂和1份活性氧化镁，并搅拌均匀，加入3份水在20℃反应8h后，加入5份分子筛干燥剂、3份噁唑烷除水剂、2份对甲苯磺酰异氰酸酯去除内部水，加入0.05份辛酸亚锡、0.05份二月硅酸二丁基锡，逐滴加入2份异氰酸酯预聚物继续反应3h后，将预制液降温至室温备用；
（3）在釜中加入混炼胶薄片和30份环己烷、30份甲乙酮、20份丙酮，并搅拌至混凝胶完全溶解，加入预制液和10份丙酮、10份乙酸乙酯搅拌1h后，制得产品。
实施例2
一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法,包括以下步骤：
（1）将100份氯丁橡胶在25℃塑炼40min，加入20份改性氯丁橡胶、4份活性氧化镁和1份防老剂DNP、1.5份防老剂MB、1份防老剂NBC保持温度不变混炼90min后，将其裁成小块薄片备用；
（2）将50份环己烷、70份甲乙酮、100份丙酮、90份乙酸乙酯混合均匀，在混合溶剂中加入65份叔丁基酚醛树脂和5份活性氧化镁，并搅拌均匀，加入6份水在30℃反应5h后，加入10份分子筛干燥剂、15份噁唑烷除水剂、5份对甲苯磺酰异氰酸酯去除内部水，加入0.1份辛酸亚锡、0.2份二月硅酸二丁基锡，逐滴加入6份异氰酸酯预聚物继续反应2h后，将预制液降温至室温备用；
（3）在釜中加入混炼胶薄片和130份环己烷、60份甲乙酮、10份乙酸乙酯，并搅拌至混凝胶完全溶解，加入预制液和40份环己烷、50份甲乙酮搅拌1h后，制得产品。
实施例3
一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法,包括以下步骤：
（1）将100份氯丁橡胶在22.5℃塑炼50min，加入15份改性氯丁橡胶、3份活性氧化镁和1.2份防老剂DNP、0.8份防老剂MB保持温度不变混炼105min后，将其裁成小块薄片备用；
（2）将20份环己烷、40份甲乙酮混合均匀，在混合溶剂中加入50份叔丁基酚醛树脂和3份活性氧化镁，并搅拌均匀，加入4.5份水在25℃反应6.5h后，加入10份分子筛干燥剂、10份噁唑烷除水剂去除内部水，加入0.1份辛酸亚锡、0.1份二月硅酸二丁基锡，逐滴加入4份异氰酸酯预聚物继续反应2.5h后，将预制液降温至室温备用；
（3）在釜中加入混炼胶薄片和100份环己烷、100份甲乙酮、40份丙酮，并搅拌至混凝胶完全溶解，加入预制液和30份甲乙酮、50份丙酮、20份乙酸乙酯搅拌1h后，制得产品。
实施例4
一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法,包括以下步骤：
（1）将100份氯丁橡胶在21℃塑炼55min，加入17.5份改性氯丁橡胶、3.5份活性氧化镁和2份防老剂DNP、1份防老剂MB保持温度不变混炼110min后，将其裁成小块薄片备用；
（2）将40份环己烷、60份丙酮、50份乙酸乙酯混合均匀，在混合溶剂中加入57.5份叔丁基酚醛树脂和3份活性氧化镁，并搅拌均匀，加入5份水在23℃反应7.5h后，加入15份噁唑烷除水剂、10份对甲苯磺酰异氰酸酯去除内部水，加入0.25份二月硅酸二丁基锡，逐滴加入5份异氰酸酯预聚物继续反应2.8h后，将预制液降温至室温备用；
（3）在釜中加入混炼胶薄片和160份甲乙酮、30份丙酮、10份乙酸乙酯，并搅拌至混凝胶完全溶解，加入预制液和50份环己烷、100份甲乙酮搅拌1h后，制得产品。
实施例5
一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法,包括以下步骤：
（1）将100份氯丁橡胶在23℃塑炼45min，加入12.5份改性氯丁橡胶、1.5份活性氧化镁和0.4份防老剂DNP、0.5份防老剂MB、0.3份防老剂NBC保持温度不变混炼100min后，将其裁成小块薄片备用；
（2）将20份环己烷、40份丙酮混合均匀，在混合溶剂中加入42份叔丁基酚醛树脂和3份活性氧化镁，并搅拌均匀，加入4份水在27℃反应6h后，加入15份噁唑烷除水剂去除内部水，加入0.15份辛酸亚锡，逐滴加入3份异氰酸酯预聚物继续反应2.3h后，将预制液降温至室温备用；
（3）在釜中加入混炼胶薄片和80份环己烷、100份乙酸乙酯，并搅拌至混凝胶完全溶解，加入预制液和60份甲乙酮搅拌1h后，制得产品。
实施例6
一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法,包括以下步骤：
（1）将100份氯丁橡胶在22℃塑炼52min，加入19份改性氯丁橡胶、3份活性氧化镁和3.3份防老剂NBC保持温度不变混炼102min后，将其裁成小块薄片备用；
（2）将30份甲乙酮、40份丙酮、20份乙酸乙酯混合均匀，在混合溶剂中加入62份叔丁基酚醛树脂和5份活性氧化镁，并搅拌均匀，加入5.5份水在24℃反应7.5h后，加入28份分子筛干燥剂去除内部水，加入0.1份辛酸亚锡、0.17份二月硅酸二丁基锡，逐滴加入5.5份异氰酸酯预聚物继续反应2.9h后，将预制液降温至室温备用；
（3）在釜中加入混炼胶薄片和200份环己烷、50份乙酸乙酯，并搅拌至混凝胶完全溶解，加入预制液和50份甲乙酮、60份丙酮搅拌1h后，制得产品。
实例1～6中非交联丁基橡胶防水密封胶带用界面剂的测试结果如下表所示：
项目 实例1 实例2 实例3 实例4 实例5 实例6
标准条件2h剥离强度（N/mm） 0.61(粘结破坏面积为10%) 0.43(粘结破坏面积为18%) 0.52 (粘结破坏面积为14%) 0.48(粘结破坏面积为17%) 0.59(粘结破坏面积为9%) 0.66(粘结破坏面积为6%)
标准条件7d剥离强度（N/mm） 0.85(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.87(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.82(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.79(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.84(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.87(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏)
5℃条件下2h剥离强度（N/mm） 0.54(粘结破坏面积为12%) 0.31(粘结破坏面积为21%) 0.46 (粘结破坏面积为16%) 0.42(粘结破坏面积为19%) 0.50(粘结破坏面积为11%) 0.58 (粘结破坏面积为8%)
5℃条件下7d剥离强度（N/mm） 0.87 (粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.91 (粘结破坏面积为1%，胶带内聚破坏) 0.86(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.84(粘结破坏面积为2%，胶带内聚破坏) 0.89(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.92(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏)
热老化后剥离强度（80℃，7d）（N/mm） 0.83(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.88(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.85(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.76(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.81(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.82(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏)
碱处理后剥离强度（饱和Ca（OH）<sub>2</sub>，7d）（N/mm） 0.81(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.86(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.83(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.79(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.84(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.85(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏)
紫外老化处理后剥离强度（7d）（N/mm） 0.76 (粘结破坏面积为2%，胶带内聚破坏) 0.81(粘结破坏面积为3%，胶带内聚破坏) 0.73(粘结破坏面积为1%，胶带内聚破坏) 0.71(粘结破坏面积为1%，胶带内聚破坏) 0.75(粘结破坏面积为2%，胶带内聚破坏) 0.78(粘结破坏面积为1%，胶带内聚破坏)
低温处理后剥离强度（-40℃）（N/mm） 0.86(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.85(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.84(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.81(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.85(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏) 0.89(粘结破坏面积为0，胶带内聚破坏)
胶带拉伸量为95%断裂伸长率的定伸粘结性（3d） 无破坏 无破坏 无破坏 无破坏 无破坏 无破坏

Claims (9)

1.一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂及其制备方法，该界面剂由下列质量份数的原料组成：氯丁橡胶100份、改性氯丁橡胶10～20份、叔丁基酚醛树脂35～65份、活性氧化镁3～9份、水3～6份，异氰酸酯预聚物2～6份、除水剂10～30份，催化剂0.1～0.3份，防老剂0.5～3.5份、溶剂200～600份。
2.根据权利要求1所述的一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂，其特征在于：所述改性氯丁橡胶由氯丁橡胶与活性氧化镁和活性氧化锌按照质量比为100∶2～4∶0.5～1.5混炼制备而成。
3.根据权利要求1所述的一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂，其特征在于：所述活性氧化镁为吸唺值大于100的高活性氧化镁。
4.根据权利要求1所述的一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂，其特征在于：所述异氰酸酯预聚物为二异氰酸酯与含活泼氢低聚物制备的NCO含量为26～29%的预聚物，其中异氰酸酯为MDI-100或IPDI中的一种或两种，含活泼氢低聚物为分子量为700～1000的四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二醇、分子量为500-700的端羟基聚丁二烯、分子量为200～400的氧化丙烯聚醚二醇中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂，其特征在于：所述除水剂为分子筛干燥剂、噁唑烷除水剂、对甲苯磺酰异氰酸酯中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂，其特征在于：所述催化剂为辛酸亚锡、二月硅酸二丁基锡中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂，其特征在于：所述防老剂为防老剂DNP、防老剂MB、防老剂NBC中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂，其特征在于：所述溶剂为环己烷、甲乙酮、丙酮、乙酸乙酯中的一种或几种。
9.根据权利要求1-8中所述的一种适用于无砟轨道混凝土变形缝快速修补的非硫化丁基橡胶用界面剂的制备方法，其特征在于：所述界面剂的制备方法包括如下三步：
（1）将氯丁橡胶在20℃～25℃塑炼40～60min，加入改性氯丁橡胶、部分活性氧化镁和防老剂保持温度不变混炼90～120min后，将其裁成小块薄片备用；
（2）在溶剂中加入叔丁基酚醛树脂和部分活性氧化镁，并搅拌均匀，加入水在20～30℃反应5～8h后，加入除水剂去除内部水，加入催化剂，逐滴加入异氰酸酯预聚物继续反应2～3h后，将预制液降温至室温备用；
（3）在釜中加入混炼胶薄片和溶剂，并搅拌至混凝胶完全溶解，加入预制液和剩余溶剂搅拌1h后，制得产品。
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