CN113583566A - 洞库用高模量快速修复加固材料 - Google Patents

Abstract

本发明属于无溶剂聚氨酯类喷涂材料技术领域，具体涉及洞库用高模量快速修复加固材料。该材料由A、B两种组分按体积比1:1.5混合制备而成：以质量计算，A组分的制备原料包括90～100％的异氰酸酯，0～10％的聚醚多元醇和蓖麻油中的一种或两种；A组分中的NCO含量为26.7‑32％；聚醚多元醇的分子量为1000‑2000、官能度为2；以质量计算，B组分的制备原料包括14.5～44.5％的官能度为3的多元醇或官能度为4的多元醇或两者的混合物，5～10％的扩链剂，35～50％的玻璃纤维粉或硅灰石粉中的一种或两种，0.3～0.6％的催化剂CUCAT‑HA01，0.3～0.5％的硅烷偶联剂，10～20％的潜伏固化剂，0.2～0.4％的水解促进剂。本发明的材料用于潮湿基材的快速修复，材料固化速度快，固化后即可投入应用。

Description

洞库用高模量快速修复加固材料

技术领域

本发明属于无溶剂聚氨酯类喷涂材料技术领域，具体涉及洞库用高模量快速修复加固材料。

背景技术

由于军用洞库开挖于山中，还有很多洞库同时与海洋紧相连，洞库内常年潮湿，现场的环境对材料的要求很高，既要防腐性好，还要防渗水。

洞库内的设备设施非常昂贵，因此洞库基材确保不能掉块、脱落，以免砸坏设备，尤其是地震、受冲击时，基材也要确保牢固，保护人身安全以及设备设施安全。

并且现场环境潮湿，基材几乎没有可能干燥，因此对于材料的选择更加苛刻，材料必须能在潮湿基面上施工而不会脱落、不会鼓包。

在洞库内施工时，环境比较封闭，对所用材料的环保要求很高，不能含有溶剂等限制性的有毒物质。同时对施工效率也有较高的要求，需要快速施工，快速投入应用，尤其是特殊时期，施工效率高更是急迫的需求。

但是现有的绝大多数材料不能同时满足这些要求，传统的防水材料不具有加固作用或加固作用微弱，防腐性也较弱；像聚脲防水涂料、聚氨酯喷涂防腐材料、环氧玻璃钢等大多数材料对基材要求高，基材必须干燥，含水率要求低于7％，否则不是没有结合力就是鼓包脱落，而洞库现场实际环境很难达到低含水率的要求；防腐涂料类含有溶剂不环保，现场不能施工，即使是水性材料，需要刷涂或喷涂几十遍以上才能达到足够的厚度，起到加固作用，很多防腐涂料刷厚了还会开裂，显然不适用；而高强度水泥砂浆类材料的韧性不足，其抗震作用不明显，尤其需要长时间养护，因此很多时候无法满足应用需求。

发明内容

根据现有技术上存在的缺陷，结合目前的研究前沿，本发明提供了洞库用高模量快速修复加固材料，解决了现有的潮湿基面对涂料性能要求更复杂的问题，用于洞库墙壁基材的高模量、快速修复。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

本发明提供了一种洞库用高模量快速修复加固材料，由A、B两种组分按体积比1:1.5混合制备而成：以质量计算，A组分的制备原料包括90～100％的异氰酸酯，0～10％的聚醚多元醇和蓖麻油中的一种或两种；A组分中的NCO含量为26.7-32％；聚醚多元醇的分子量为1000-2000、官能度为2；

以质量计算，B组分的制备原料包括14.5～44.5％的官能度为3的多元醇或官能度为4的多元醇或两者的混合物，5～10％的扩链剂，35～50％的玻璃纤维粉或硅灰石粉中的一种或两种，0.3～0.6％的催化剂CUCAT-HA01，0.3～0.5％的硅烷偶联剂，10～20％的潜伏固化剂，0.2～0.4％的水解促进剂；其中，玻璃纤维粉或硅灰石粉经过硅烷偶联剂改性，多元醇包括多元醇TAE-305、TAE-285、聚酯多元醇Desmophen1150、疏水性多元醇、蓖麻油改性的疏水性多元醇中的一种或两种以上。

进一步地，所述A组分中的异氰酸酯包括亚甲基多苯基多异氰酸酯、碳化二亚氨改性异氰酸酯、2,4’-二异氰酸酯二苯基甲烷、4,4’-二异氰酸酯二苯基甲烷中的一种或两种以上。

进一步地，所述A组分中的聚醚多元醇包括分子量为1000-2000的一种或两种以上。

进一步地，所述B组分中的扩链剂包括二乙基甲苯二胺、2,6-二乙氨基甲苯、二乙基甲苯二胺，二甲硫基甲苯二胺。

进一步地，所述B组分中的硅烷偶联剂包括SI69、KH560中的一种；玻璃纤维粉或硅灰石粉为针状，长径比为10:1～15:1。玻璃纤维粉或硅灰石粉的长径比，若长径比太小，补强作用弱；若长径比太大，会导致喷涂困难。

进一步地，所述B组分中的潜伏固化剂包括JH338、JH326、JH306中的一种，水解促进剂包括水杨酸。潜伏固化剂可以减少水对聚氨酯材料的性能影响，避免鼓包、发泡等。

作为本发明的优选技术方案，当所述A组分的制备原料包括聚醚多元醇和蓖麻油中的一种或两种时，制备过程具体包括以下步骤：按重量比取聚醚多元醇和蓖麻油中的一种或两种于反应釜中，100～120℃减压脱水，降温到60℃，再缓慢加入一种异氰酸酯，反应30min后缓慢升温到70℃保温2小时，直接或加入另外一种异氰酸酯后，取样测试游离NCO含量达到标准后，降温过滤出料。

作为本发明的优选技术方案，所述改性过程具体包括以下步骤：将玻璃纤维粉或硅灰石粉于110～120℃烘烤脱水，然后将硅烷偶联剂喷洒于玻璃纤维粉或硅灰石粉上，高速搅拌分散，搅拌均匀，然后120℃烘烤干燥。

作为本发明的优选技术方案，所述B组分的制备过程具体包括以下步骤：按重量比取原料，投入搅拌罐中，高速搅拌分散均匀，用80目滤网过滤出料。

进一步地，所述A、B组分使用前混合，保温50～65℃，A组分的混合温度65～70℃，B组分的混合温度70℃。

本发明的材料所能使用的潮湿基材是指基材含水率在7％以上，20％以下的场景，基材必须不能含有明水。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的材料具有极高的弯曲弹性模量，达到4500MPa以上，同时抗压强度及弯曲强度是水泥的数倍，更不易震动脱落。选用了疏水性的多元醇，使材料对基材的潮湿度的容忍性大大提高，又使用了潜伏固化剂，再次提高了对湿底材的适用性，所用催化剂是特殊的对水不敏感的催化剂，进一步减少水对材料性能的影响，其次材料的高硬度以及极高的模量也可确保和底材有良好的结合力，并且不鼓包、不脱落，因此具有很好的对洞库基材加固、加强以及结构支撑作用。本发明的材料无溶剂，环保无毒，材料固化速度快，几分钟即可固化，固化后即可投入应用。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，对本发明作进一步详细说明。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

1、试剂和材料

异氰酸酯：亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、碳化二亚氨改性异氰酸酯(LMDI)、MDI50(2,4’-二异氰酸酯二苯基甲烷和4,4’-二异氰酸酯二苯基甲烷的混合物，各占50％)、4,4’-二异氰酸酯二苯基甲烷(MDI100)。

多元醇：TAE-305和TAE-285，购自天津石油化工第三石油化工厂。

疏水性多元醇：

750(环氧化C18-不饱和脂肪酸甲酯与三羟基丙烷的聚合物)购自BASF。

聚酯多元醇：Desmophen1150购自德国拜耳。

聚醚多元醇：采用分子量为1000的多元醇TDIOL-1000和分子量为2000的多元醇TDIOL2000，购自天津石油化工第三石油化工厂。

蓖麻油改性的疏水性多元醇M365购自Vertellus。

蓖麻油：精制蓖麻油。

扩链剂：2,6-二乙氨基甲苯(E200)购自河南雷佰瑞新材料科技有限公司；二乙基甲苯二胺(DETDA)，二甲硫基甲苯二胺(E300)。

催化剂：CUCAT-HA01购自广州优润合成材料有限公司。

硅烷偶联剂：SI69、KH560。

潜伏固化剂：JH338、JH326、JH306购自骏和化工上海有限公司。

水解促进剂：水杨酸。

玻璃纤维粉和硅灰石粉为针状，长径比为10:1～15:1。

2、喷涂操作

A、B组分的存储桶外固定大桶加热带，将桶中A、B组分加热到50-65℃，对A、B组分保温。B组分使用前需进行搅拌。

喷涂设备采用北京东盛富田聚氨酯设备有限公司的变比设备DF-YB30/32喷涂。对喷涂设备的温度设定：设定A组分65℃，设定B组分70℃，设定管道温度70℃，设定喷涂压力2000-2500psi。

3、性能检测方法

拉伸强度(MPa)：《树脂浇注体性能试验方法》GB/T2567；

弯曲弹性模量(MPa)：《树脂浇注体性能试验方法》GB/T2567；

弯曲强度(MPa)：《树脂浇注体性能试验方法》GB/T2567；

邵氏硬度(D)：《建筑防水涂料试验方法》GB/T16777-2008；

抗压强度(MPa)：《建筑防水涂料试验方法》GB/T16777-2008；

耐酸性：置于50％质量浓度硫酸溶液中，浸泡168h；

耐碱性：置于40％质量浓度NaOH溶液中，浸泡168h；

不透水性：置于0.4MPa水压的水中，浸泡2h；

和潮湿基材结合力(MPa)：采用拉拔法附着力测试，参照标准《建筑防水涂料试验方法》GB/T16777-2008中的第7章A法试验。

实施例1

A组分的制备：

按重量份取10份精制蓖麻油，投入反应釜中，于100～120℃减压脱水1小时，然后降温到60℃，再缓慢加入90份PAPI，反应半小时后缓慢升温到70℃保温2小时，取样测试游离NCO含量达到26.7％时，降温过滤出料。

B组分的制备：

将长径比为10：1的玻璃纤维粉于110-120℃烘烤脱水2小时，然后将KH560喷洒于玻璃纤维粉上，高速搅拌分散，转速3000r/min，搅拌20-30分钟，然后120℃烘烤2小时，备用。

将重量份5％的扩链剂E300，25％的4官能度疏水多元醇Vertellus M365，14％的Desmophen1150，10％的潜伏固化JH338，0.2％的水解促进剂水杨酸，0.5％的催化剂CUCAT-HA01，45.3％的KH560改性的玻璃纤维粉，投入搅拌罐中，高速搅拌分散均匀，转速1500r/min以上，搅拌1小时，用80目滤网过滤出料。

原料参数见表1，性能参数见表2。

表1.实施例1原料参数

表2.实施例1性能参数性能

实施例2

A组分直接选用PAPI，NCO％≈31。

B组分的制备：

将长径比为15：1的硅灰石粉于110-120℃烘烤脱水2小时，然后将KH560喷洒于硅灰石粉上，高速搅拌分散，转速3000r/min，搅拌20-30分钟，然后120℃烘烤2小时，备用。

将重量份8％的扩链剂E200，8％的4官能度疏水多元醇Vertellus M365，21％的

750，4％的TAE285，10％的潜伏固化剂JH306，0.2％的水解促进剂水杨酸，0.5％的催化剂CUCAT-HA01，48.3％的KH560改性的硅灰石粉，投入搅拌罐中，高速搅拌分散均匀，转速1500r/min以上，搅拌1小时，用80目滤网过滤出料。

原料参数见表3，性能参数见表4。

表3.实施例2原料参数

表4.实施例2性能参数性能

实施例3

A组分的制备：

按重量份取3份分子量2000的聚醚多元醇TDIOL2000，投入反应釜中，于100～120℃减压脱水1小时，然后降温到60℃，再缓慢加入12份LMDI，反应半小时后缓慢升温到70℃保温2小时，再加入85份PAPI，取样测试游离NCO含量达到29.8％时，降温过滤出料。

B组分的制备：

将长径比为10：1的玻璃纤维粉于110-120℃烘烤脱水2小时，然后将SI69喷洒于玻璃纤维粉上，高速搅拌分散，转速3000r/min，搅拌20-30分钟，然后120℃烘烤2小时，备用。

将重量份5％的扩链剂E100，10.5％的4官能度疏水多元醇Vertellus M365，14.2％的TAE305，17.3％的Desmophen1150，12％的潜固化剂JH338，0.2％的水杨酸水解促进剂，0.5％的催化剂CUCAT-HA01，40.3％的SI69改性的玻璃纤维粉，投入搅拌罐中，高速搅拌分散均匀，转速1500r/min以上，搅拌1小时，用80目滤网过滤出料。

原料参数见表5，性能参数见表6。

表5.实施例3原料参数

表6.实施例3性能参数性能

实施例4

A组分的制备：

按重量份取2份分子量1000的聚醚多元醇TDIOL1000，投入反应釜中，于100～120℃减压脱水1小时，然后降温到60℃，再缓慢加入8份MDI50，反应半小时后缓慢升温到70℃保温2小时，再加入90份PAPI，取样测试游离NCO含量达到30.5％时，降温过滤出料。

B组分的制备：

分别将长径比为15：1的玻璃纤维粉和硅灰石粉于110-120℃烘烤脱水2小时，然后分别将KH560喷洒于玻璃纤维粉和硅灰石粉上，高速搅拌分散，转速3000r/min，搅拌20-30分钟，然后120℃烘烤2小时，备用。

将重量份2％的扩链剂E200，4％的扩链剂E300，26.9％的

750，5.9％的Desmophen1150，10％的潜固化剂JH326，0.3％的水杨酸水解促进剂，0.4％的催化剂CUCAT-HA01，50.5％的KH560改性的玻璃纤维粉和硅灰石粉，投入搅拌罐中，高速搅拌分散均匀，转速1500r/min以上，搅拌1小时，用80目滤网过滤出料。

原料参数见表7，性能参数见表8。

表7.实施例4原料参数

表8.实施例4性能参数性能

实施例5

A组分的制备：

按重量份取4份分子量2000的聚醚多元醇TDIOL2000，投入反应釜中，于100～120℃减压脱水1小时，然后降温到60℃，再缓慢加入6份MDI100，反应半小时后缓慢升温到70℃保温2小时，再加入90份PAPI，取样测试游离NCO含量达到29.8％时，降温过滤出料。

B组分的制备：

将长径比为10：1的硅灰石粉于110-120℃烘烤脱水2小时，然后将KH560喷洒于硅灰石粉上，高速搅拌分散，转速3000r/min，搅拌20-30分钟，然后120℃烘烤2小时，备用。

将重量份10％的扩链剂E300，20％的4官能度疏水多元醇Vertellus M365，5.5％的疏水多元醇Desmophen1150，15％的潜固化剂JH306，0.4％的水杨酸水解促进剂，0.6％的催化剂CUCAT-HA01，48.5％的KH560改性的硅灰石粉，投入搅拌罐中，高速搅拌分散均匀，转速1500r/min以上，搅拌1小时，用80目滤网过滤出料。

原料参数见表9，性能参数见表10。

表9.实施例5原料参数

表10.实施例5性能参数性能

本发明实施例1～5的材料和潮湿基材有良好的结合力，而市场常见的聚脲防水涂料、聚氨酯防腐涂料则要求基材必须干燥。以下对比例1、2是常见的聚脲防水涂料和聚氨酯防腐涂料的配方及结合力测试。

对比例1

采用本发明的混合和喷涂方法，喷涂聚脲防水涂料，并进行结合力测试，防水涂料的配方如表11所示。

表11.对比例1原料参数

和潮湿基材结合力(含水率9％)，≤0.7MPa，鼓包。

和潮湿基材结合力(含水率18％)，几乎没有结合力，鼓包，脱落。

对比例2

采用本发明的混合和喷涂方法，喷涂聚氨酯防腐涂料，并进行结合力测试，防水涂料的配方如表12所示。

表12.对比例2原料参数

和潮湿基材结合力(含水率9％)，≤0.7MPa，鼓包。

和潮湿基材结合力(含水率18％)，几乎没有结合力，鼓包，脱落。

当然，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，由A、B两种组分按体积比1:1.5混合制备而成：以质量百分比计算，A组分的制备原料包括90～100％的异氰酸酯，0～10％的聚醚多元醇和蓖麻油中的一种或两种；A组分中的NCO含量为26.7-32％；聚醚多元醇的分子量为1000-2000、官能度为2；

以质量百分比计算，B组分的制备原料包括14.5～44.5％的官能度为3的多元醇或官能度为4的多元醇或两者的混合物，5～10％的扩链剂，35～50％的玻璃纤维粉或硅灰石粉中的一种或两种，0.3～0.6％的催化剂CUCAT-HA01，0.3～0.5％的硅烷偶联剂，10～20％的潜伏固化剂，0.2～0.4％的水解促进剂；其中，玻璃纤维粉或硅灰石粉经过硅烷偶联剂改性，多元醇包括多元醇TAE-305、TAE-285、聚酯多元醇Desmophen1150、疏水性多元醇、蓖麻油改性的疏水性多元醇中的一种或两种以上。

2.根据权利要求1所述的洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，所述A组分中的异氰酸酯包括亚甲基多苯基多异氰酸酯、碳化二亚氨改性异氰酸酯、2,4’-二异氰酸酯二苯基甲烷、4,4’-二异氰酸酯二苯基甲烷中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，所述A组分中的聚醚多元醇包括分子量为1000-2000的一种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，所述B组分中的扩链剂包括2,6-二乙氨基甲苯、二乙基甲苯二胺，二甲硫基甲苯二胺。

5.根据权利要求1所述的洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，所述B组分中的硅烷偶联剂包括SI69、KH560中的一种；玻璃纤维粉或硅灰石粉为针状，长径比为10:1～15:1。

6.根据权利要求1所述的洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，所述B组分中的潜伏固化剂包括JH338、JH326、JH306中的一种，水解促进剂包括水杨酸。

7.根据权利要求2所述的洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，当所述A组分的制备原料包括聚醚多元醇和蓖麻油中的一种或两种时，制备过程具体包括以下步骤：按重量比取聚醚多元醇和蓖麻油中的一种或两种于反应釜中，100～120℃减压脱水，降温到60℃，再缓慢加入一种异氰酸酯，反应30min后缓慢升温到70℃保温2小时，直接或加入另外一种异氰酸酯后，取样测试游离NCO含量达到标准后，降温过滤出料。

8.根据权利要求1所述的洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，所述改性过程具体包括以下步骤：将玻璃纤维粉或硅灰石粉于110～120℃烘烤脱水，然后将硅烷偶联剂喷洒于玻璃纤维粉或硅灰石粉上，高速搅拌分散，搅拌均匀，然后120℃烘烤干燥。

9.根据权利要求8所述的洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，所述B组分的制备过程具体包括以下步骤：按重量比取原料，投入搅拌罐中，高速搅拌分散均匀，用80目滤网过滤出料。

10.根据权利要求1所述的洞库用高模量快速修复加固材料，其特征在于，所述A、B组分使用前混合，保温50～65℃，A组分的混合温度65～70℃，B组分的混合温度70℃。