CN116042079B - 一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防水材料技术领域，具体公开了一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，包括改性丙烯酸盐溶液，改性丙烯酸盐溶液的制备包括：将甘露醇和甲苯二异氰酸酯反应，然后加入丙烯酸羟乙酯和催化剂反应，得到聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体；将聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体降温至35~45℃，加入水、阻聚剂、氧化镁和氧化钙，滴加丙烯酸，控制反应温度为45~48℃，反应4‑5h，得到改性丙烯酸盐溶液。本发明的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，在丙烯酸盐分子结构中引入聚氨酯链段，喷涂成膜能够形成互穿网络结构，有效改善了酸碱分子对结构中活性基团的侵蚀；提高了丙烯酸盐喷膜的耐酸碱性，在酸性和碱性环境下，能够保持较高的拉伸强度。
Description
技术领域
本发明属于防水材料技术领域，特别涉及一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料及其制备方法。
背景技术
近些年丙烯酸盐喷膜防水在各种地下工程防水中得到了普遍应用。国内很多企业和高校也开展了大量的研究探索。但丙烯酸盐喷膜的耐化学品性能一直未得到有效解决，尤其是耐酸碱性能较差，只要表现为在酸性条件下喷膜会发生溶解，在碱性条件下喷膜会发生溶胀并失去弹性和强度，这就使得防水层失效并产生漏水，严重影响隧道安全。故喷膜的耐酸碱性不足限制了丙烯酸盐喷膜全面推广和应用。
浇筑二衬或者混凝土保护层后，混凝土析出的碱性溶液与喷膜防水层接触时间长了，很容易引起喷膜层产生溶胀，严重影响喷膜层与保护层的粘接效果。在某些水质环境比较复杂的工程中，也会因为喷膜防水层耐酸碱差，防水层寿命大大缩短甚至失去防水功能。
目前公开的大部分研究和诸多专利主要集中在改善喷膜的干裂问题，很少提及如何改善喷膜的耐腐蚀性。造成喷膜耐腐蚀性差的根本原因还是喷膜分子结构的交联度相对低，结构不致密以及喷膜分子结构中的活性基团受到了酸碱的侵蚀导致。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料及其制备方法，克服现有丙烯酸盐喷膜耐腐蚀性较差的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，包括改性丙烯酸盐溶液，所述改性丙烯酸盐溶液的制备方法包括以下步骤：
（1）原料按重量份计，将1份甘露醇和4份甲苯二异氰酸酯在80~85℃下反应2~3h，然后加入4~6份丙烯酸羟乙酯和0.005~0.015份催化剂在70~80℃下进行反应2~3h，得到交联剂聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体；
（2）将步骤（1）得到的8~22份交联剂聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体降温至35~45℃，加入水、阻聚剂、氧化镁和氧化钙，启动搅拌，然后缓慢滴加丙烯酸，控制反应温度为45~48℃，反应4~5h，得到改性丙烯酸盐溶液。
优选的，上述的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料中，所述步骤（2）中，按重量份计，水70份、阻聚剂0.1份、氧化镁15份、氧化钙5份、丙烯酸40份。
优选的，上述的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料中，包括以下原料：A组分、B组分、A组分引发剂、B组分引发剂，按重量份计，所述A组分包括以下原料：改性丙烯酸盐溶液80~130份、防沉剂0.5~3份、重质碳酸钙18~35份、分散剂1~4份、润湿剂2~5份、消泡剂3~6份、防腐剂0.5~3份；所述B组分包括以下原料：丙烯酸盐溶液80~120份、防沉剂0.5~3份、重质碳酸钙18~35份、分散剂1~4份、润湿剂2~5份、消泡剂3~6份、防腐剂0.5~3份。
优选的，上述的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料中，所述A组分引发剂为硫酸亚铁、硫酸盐铁铵、三乙醇胺或硫代硫酸钠，所述B组分引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾。
优选的，上述的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料中，所述B组分中的丙烯酸盐溶液为丙烯酸镁与丙烯酸钙混合水溶液，所述丙烯酸镁与丙烯酸钙的质量比为2~4:1，所述丙烯酸盐溶液的质量浓度为35~45%。
本发明还提供一种上述的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将改性丙烯酸盐溶液、分散剂、润湿剂、消泡剂、防腐剂和防沉剂投入分散缸，搅拌均匀，然后加入重质碳酸钙，高速分散，得到A组分；
S2.将丙烯酸盐溶液、分散剂、润湿剂、消泡剂、防腐剂和防沉剂投入分散缸，搅拌均匀，然后加入重质碳酸钙，高速分散，得到B组分。
优选的，上述聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料的制备方法中，所述高速分散的工艺参数为：搅拌速度为1500～2000r/min，搅拌时间为30～60min。
优选的，上述聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料的制备方法中，将1~4份A组分引发剂加入A组分中，1~4份B组分引发剂加入B组分中，各自搅拌均匀后，通过专用的高压无气喷涂设备将双组份喷涂出来，两组份中各成分在喷涂到空气中发生撞击混合，形成柔性防水膜。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1. 本发明的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，在丙烯酸盐分子结构中引入聚氨酯链段，与丙烯酸盐溶液混合后喷涂成膜能够形成互穿网络结构，有效改善了酸碱分子对结构中活性基团的侵蚀；提高了丙烯酸盐喷膜的耐酸碱性，在酸性和碱性环境下不产生溶解和溶胀，能够保持较高的拉伸强度。
2. 本发明的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，具有较好的力学性能，拉伸强度在2.0MPa以上，断裂伸长率在250％以上，耐腐蚀性优异，碱处理后拉伸强度保持率在90%以上，酸处理后拉伸强度保持率在80%以上。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例
一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，由以下原料组成：A组分、B组分、A组分引发剂、B组分引发剂，以重量份数计，A组分为：改性丙烯酸盐溶液100份、防沉剂1份、重质碳酸钙20份、分散剂2份、润湿剂3份、消泡剂4份、防腐剂1份；B组分为质量浓度为40％的丙烯酸镁/钙水溶液（丙烯酸镁:丙烯酸钙质量比为3:1）100份、防沉剂1份、重质碳酸钙20份、分散剂2份、润湿剂3份、消泡剂4份、防腐剂1份。防沉剂为气相二氧化硅，分散剂为聚丙烯酸钠，润湿剂为非离子型表面活性剂，消泡剂为有机硅消泡剂，防腐剂为苯并异噻唑啉酮类防腐剂。A组分引发剂为3份硫酸亚铁，B组分引发剂为3份过硫酸铵。改性丙烯酸盐溶液的制备方法包括以下步骤：
（1）原料按重量份计，将1份甘露醇和4份甲苯二异氰酸酯在80℃搅拌下反应3h，然后缓慢滴加4份丙烯酸羟乙酯和0.01份催化剂（二月桂酸二丁基锡），在75℃搅拌下反应3h，得到交联剂水溶性两端带不饱和双键的聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体；
（2）将步骤（1）得到的10份交联剂聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体降温至40℃，加入70份水、0.1份阻聚剂、15份氧化镁和5份氧化钙，阻聚剂为对苯二酚，启动搅拌，然后缓慢滴加40份丙烯酸，控制反应温度为45℃，反应5h，得到改性丙烯酸盐溶液。
一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将改性丙烯酸盐溶液、分散剂、润湿剂、消泡剂、防腐剂和防沉剂按相应重量份投入分散缸，搅拌均匀，然后加入碳酸钙，在搅拌速度为2000r/min下搅拌时间为30min高速分散，得到A组分；
S2.将丙烯酸镁/钙水溶液、分散剂、润湿剂、消泡剂、防腐剂和防沉剂投入分散缸，搅拌均匀，然后加入碳酸钙，在搅拌速度为2000r/min下搅拌时间为30min高速分散，得到B组分；
S3.将A组分引发剂加入A组分中，B组分引发剂加入B组分中，各自搅拌均匀后，然后通过专用的高压无气喷涂设备将双组份喷涂出来，两组份中各成分在喷涂到空气中发生撞击混合，形成结构致密的柔性防水膜。
实施例
一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，由以下原料组成：A组分、B组分、A组分引发剂、B组分引发剂，以重量份数计，A组分为：改性丙烯酸盐溶液100份、防沉剂1份、重质碳酸钙15份、分散剂1.5份、润湿剂2份、消泡剂3.2份、防腐剂1份；B组分为质量浓度为40％的丙烯酸镁/钙水溶液（丙烯酸镁:丙烯酸钙质量比为3:1）100份、防沉剂1份、重质碳酸钙15份、分散剂1.5份、润湿剂2份、消泡剂3.2份、防腐剂1份。防沉剂为气相二氧化硅，分散剂为聚丙烯酸钠，润湿剂为非离子型表面活性剂，消泡剂为有机硅消泡剂，防腐剂为苯并异噻唑啉酮类防腐剂。A组分引发剂为2份硫酸亚铁，B组分引发剂为2份过硫酸铵。改性丙烯酸盐溶液的制备方法包括以下步骤：
（1）原料按重量份计，将1份甘露醇和4份甲苯二异氰酸酯混合，控制反应温度在80℃，反应3h，然后缓慢加入4份丙烯酸羟乙酯和0.01份催化剂（二月桂酸二丁基锡），控制反应温度在75℃，反应3h，得到交联剂水溶性两端带不饱和双键的聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体；
（2）将步骤（1）得到的15份交联剂聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体降温至40℃，加入70份水、0.1份阻聚剂、15份氧化镁和5份氧化钙，阻聚剂为对苯二酚，启动搅拌，然后缓慢滴加40份丙烯酸，控制反应温度为45℃，反应5h，得到改性丙烯酸盐溶液。
本实施例的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料制备方法同实施例1。
实施例
一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，由以下原料组成：A组分、B组分、A组分引发剂、B组分引发剂，以重量份数计，A组分为：改性丙烯酸盐溶液100份、防沉剂2份、重质碳酸钙24份、分散剂3份、润湿剂3份、消泡剂4份、防腐剂1份；B组分为质量浓度为40％的丙烯酸镁/钙水溶液（丙烯酸镁:丙烯酸钙质量比为3:1）100份、防沉剂2份、重质碳酸钙24份、分散剂3份、润湿剂3份、消泡剂4份、防腐剂1份。防沉剂为气相二氧化硅，分散剂为聚丙烯酸钠，润湿剂为非离子型表面活性剂，消泡剂为有机硅消泡剂，防腐剂为苯并异噻唑啉酮类防腐剂。A组分引发剂为3份硫酸亚铁，B组分引发剂为3份过硫酸铵。改性丙烯酸盐溶液的制备方法包括以下步骤：
（1）原料按重量份计，将1份甘露醇和4份甲苯二异氰酸酯混合，控制反应温度在80℃，反应3h，然后缓慢加入4份丙烯酸羟乙酯和0.01份催化剂（二月桂酸二丁基锡），控制反应温度在75℃，反应3h，得到交联剂水溶性两端带不饱和双键的聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体；
（2）将步骤（1）得到的20份交联剂聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体降温至40℃，加入70份水、0.1份阻聚剂、15份氧化镁和5份氧化钙，阻聚剂为对苯二酚，启动搅拌，然后缓慢滴加40份丙烯酸，控制反应温度为45℃，反应5h，得到改性丙烯酸盐溶液。
本实施例的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例提供一种丙烯酸盐喷膜防水材料，由以下原料组成：A组分、B组分、A组分引发剂、B组分引发剂，以重量份数计，A组分为：质量浓度为40%的丙烯酸镁/钙（丙烯酸镁:丙烯酸钙质量比为3:1）水溶液100份、防沉剂1份、重质碳酸钙20份、分散剂2份、润湿剂3份、消泡剂4份、防腐剂1份，B组分为质量浓度为40％的丙烯酸镁/钙水溶液100份、防沉剂1份、重质碳酸钙20份、分散剂2份、润湿剂3份、消泡剂4份、防腐剂1份，防沉剂为气相二氧化硅，分散剂为聚丙烯酸钠，润湿剂为非离子型表面活性剂，消泡剂为有机硅消泡剂，防腐剂为苯并异噻唑啉酮类防腐剂。A组分引发剂为3份硫酸亚铁，B组分引发剂为3份过硫酸铵。
对比例2
丙烯酸盐喷膜防水材料，由以下原料组成：A组分、B组分、A组分引发剂、B组分引发剂，以重量份数计，A组分为：质量浓度为40％的丙烯酸镁/钙水溶液（丙烯酸镁:丙烯酸钙质量比为3:1）100份、1,4-丁二醇二丙烯酸酯8份、防沉剂1份、重质碳酸钙20份、分散剂2份、润湿剂3份、消泡剂4份、防腐剂1份；B组分为质量浓度为40％的丙烯酸镁/钙水溶液（丙烯酸镁:丙烯酸钙质量比为3:1）100份、防沉剂1份、重质碳酸钙20份、分散剂2份、润湿剂3份、消泡剂4份、防腐剂1份。防沉剂为气相二氧化硅，分散剂为聚丙烯酸钠，润湿剂为非离子型表面活性剂，消泡剂为有机硅消泡剂，防腐剂为苯并异噻唑啉酮类防腐剂。A组分引发剂为3份硫酸亚铁，B组分引发剂为3份过硫酸铵。制备方法同实施例1。
对实施例1~3和对比例1~2的制备的喷膜防水材料进行综合性能测试，按照GB/T16777-2008《建筑防水涂料试验方法》中的检测方法进行测试，测试结果见表1。
表1各喷膜防水材料性能比较
从表1中可知，本发明实施例的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料具有优异的耐腐蚀性，碱处理后拉伸强度保持率在90%以上，酸处理后拉伸强度保持率在80%以上，明显高于对比例，本发明的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料在酸处理或碱处理后还保持较好的机械强度；同时防水材料还有具有较好的力学性能，拉伸强度在2.0MPa以上。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (5)
1.一种聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，其特征在于，包括以下原料：A组分、B组分、A组分引发剂、B组分引发剂，按重量份计，所述A组分包括以下原料：改性丙烯酸盐溶液80~130份、防沉剂0.5~3份、重质碳酸钙18~35份、分散剂1~4份、润湿剂2~5份、消泡剂3~6份、防腐剂0.5~3份；所述B组分包括以下原料：丙烯酸盐溶液80~120份、防沉剂0.5~3份、重质碳酸钙18~35份、分散剂1~4份、润湿剂2~5份、消泡剂3~6份、防腐剂0.5~3份；所述改性丙烯酸盐溶液的制备方法包括以下步骤：
（1）原料按重量份计，将1份甘露醇和4份甲苯二异氰酸酯在75~85℃搅拌下反应2~3h，然后加入4~6份丙烯酸羟乙酯和0.005~0.015份催化剂，控制反应温度在70~80℃，反应2~3h，得到交联剂聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体；
（2）将步骤（1）得到的8~22份交联剂聚氨酯改性丙烯酸酯小分子预聚体降温至35~45℃，加入水、阻聚剂、氧化镁和氧化钙，启动搅拌，然后缓慢滴加丙烯酸，控制反应温度为45~48℃，反应4~5h，得到改性丙烯酸盐溶液；按重量份计，水70份、阻聚剂0.1份、氧化镁15份、氧化钙5份、丙烯酸40份。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，其特征在于，所述A组分引发剂为硫酸亚铁、三乙醇胺或硫代硫酸钠，所述B组分引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料，其特征在于，所述B组分中的丙烯酸盐溶液为丙烯酸镁与丙烯酸钙混合水溶液，所述丙烯酸镁与丙烯酸钙的质量比为2~4:1，所述丙烯酸盐溶液的质量浓度为35~45%。
4.一种如权利要求1~3任一项所述的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将改性丙烯酸盐溶液、分散剂、润湿剂、消泡剂、防腐剂和防沉剂投入分散缸，搅拌均匀，然后加入重质碳酸钙，高速分散，所述高速分散的工艺参数为：搅拌速度为1500～2000r/min，搅拌时间为30～60min，得到A组分；
S2.将丙烯酸盐溶液、分散剂、润湿剂、消泡剂、防腐剂和防沉剂投入分散缸，搅拌均匀，然后加入重质碳酸钙，高速分散，所述高速分散的工艺参数为：搅拌速度为1500～2000r/min，搅拌时间为30～60min，得到B组分。
5.根据权利要求4所述的聚氨酯改性丙烯酸盐喷膜防水材料的制备方法，其特征在于，将1~4份A组分引发剂加入A组分中，1~4份B组分引发剂加入B组分中，各自搅拌均匀后，通过专用的高压无气喷涂设备将双组份喷涂出来，两组份中各成分在喷涂到空气中发生撞击混合，形成柔性防水膜。
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