CN116082949A - 一种透水、吸水弹性体涂层及应用 - Google Patents

一种透水、吸水弹性体涂层及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及道路除雪除冰材料领域，具体涉及一种透水、吸水弹性体涂层及应用；透水、吸水弹性体涂层，其特征在于，由A、B两个组分混合而成；所述A组分为聚氧化丙烯多元醇N220、和二苯基甲烷二异氰酸酯反应制备得到的含‑NCO为15.0%的预聚体；所述B组分包括以下质量份配比的原料：聚氧化丙烯多元醇35份，3,3’‑二氯‑4,4’‑二氨基‑二苯基甲烷7份，亲水性聚氨酯微球4‑8份，匀泡剂2份，开孔剂0.5份，发泡剂3份，催化剂CUCAT‑HA 0.2份，抗氧化剂0.5份；本发明透水、吸水弹性体涂层具有优异的回弹变形能力，在保证涂层有3‑5mm厚度时，即可通过车辆行驶时造成的挤压而产生较大的形变，从而促进冰层的破裂；具有优异的透水性和吸水性，进一步促进涂层表面水分的减少。

Description

一种透水、吸水弹性体涂层及应用
技术领域
本发明涉及道路除雪除冰材料领域，具体涉及一种透水、吸水弹性体涂层及应用。
背景技术
在寒冷潮湿的冬季，许多高速公路和城市道路经常遭受雨雪冰冻的灾害，现阶段，我国主要还是采用被动除雪的方式，但是被动除雪后，残余或者新降的雨雪在行车载荷以及冷热温差的作用下，极易结成冰层覆盖在道路表面，路面摩擦系数的大幅度降低，导致抗滑性能下降，制动距离明显延长，是造成冬季交通事故的主要原因之一。
现阶段主要的除冰雪方式有两种：1、利用人力以及除雪车等工具进行被动除冰雪，该方式的主要缺点是：除冰雪效率低、费用高、劳动强度大；2、通过播撒融雪剂除冰雪，该方法的主要缺点是：融雪剂多为氯盐类物质，会导致钢桥构件以及钢筋混凝土桥面发生腐蚀，同时还会降低沥青混凝土的粘结强度、破坏路面的生态环境。现阶段也开发出一些以醋酸钾为主要成分的有机融雪剂，该类融雪剂较为环保，但该类融雪剂价格较高，一般适用于机场等主要场所，在高速和市政道路上推广使用成本太高。
目前一些新型的除冰雪技术已经应用到实际的路面施工中：1、在沥青道路中安装能够将电能、太阳能转化为热能的的除雪设备，该方法除冰雪效率高、且对环境没有危害，但是铺设费用高，施工难度大，后期维护也很困难，一般只能在新修道路铺设；2、将融雪剂等产品直接代替沥青集料中的矿粉，该方法成本低、制备过程也简易，主要缺点是遇到降低天气时，盐类析出不足，并且随着时间的推移，逐渐失去除冰雪的效果；3、将废旧轮胎的破碎颗粒代替一部分集料与沥青混合，制备成自应力弹性铺装。主要通过利用自身形变能力而使路面冰层破裂，从而达到除冰雪的目的。但是这些橡胶颗粒会随着车辆的反复行驶而脱落，造成路面斑驳松散。
我国绝大多数公路采用被动除雪的方式，但是不可避免的会遇到，除雪不彻底或者持续降雪等情况。一种辅助被动除雪，防止路面结冰的方法也急需设计和实施。
发明内容
本发明为解决现有的被动除雪的技术，在路面进行被动除雪后，残余雪水或者持续降雪在行车载荷以及冷热温差的作用下极易结冰的技术问题，致力于如何破坏路面的冰层以及减少道路表面的水分，进而防止路面结冰。提供一种透水、吸水弹性体涂层。
本发明透水、吸水的弹性体涂层，一是通过涂层的大的变形能力，在行车载荷的作用下加速冰层的破坏，二是通过透水和吸水功能，进一步降低涂层表面的水分，防止水分的结冰。涂层兼具粘结力强、导热系数低等特点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种透水、吸水弹性体涂层，由A、B两个组分混合而成；
所述A组分为聚氧化丙烯多元醇N220、和二苯基甲烷二异氰酸酯反应制备得到的含-NCO为15.0％的预聚体；
所述B组分包括以下质量份配比的原料：聚氧化丙烯多元醇35份，3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷7份，亲水性聚氨酯微球4-8份，匀泡剂2份，开孔剂0.5份，发泡剂3份，催化剂CUCAT-HA 0.2份，抗氧化剂0.5份。
进一步的，所述亲水性聚氨酯微球的制备方法包括以下步骤：
a、亲水性悬挂链段的制备：
将聚乙二醇单甲醚边搅拌边加热至100～110℃，在0.67kPa真空度下真空脱水2～3h至水质量分数小于0.05％，然后降温至40度以下，加入六亚甲基二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯、磷酸，边搅拌边升温至80℃，保温反应2-3h，分析-NCO含量至6.2％时，放料备用；
b、含多个悬挂链段的亲水性聚氨酯微球的制备：将聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、步骤a制备的亲水性悬挂链段以及三羟甲基丙烷，加热至30-40℃，混合均匀，然后以一定速度滴入含有1.5％吐温80和司盘80的60℃的液体石蜡中，滴料的同时，保持搅拌速率达到300r/min以上，保温反应2.5-3h,反应完毕后，抽滤，干燥得到亲水性聚氨酯微球。
进一步的，步骤a中当选择六亚甲基二异氰酸酯时，聚乙二醇单甲醚、六亚甲基二异氰酸酯及磷酸的质量比为100：33.6:0.0002。
进一步的，步骤a中当选择甲苯二异氰酸酯时，聚乙二醇单甲醚、甲苯二异氰酸酯及磷酸的质量比为100：34.8:0.0002。
进一步的，步骤b中聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、步骤a制备的亲水性悬挂链段以及三羟甲基丙烷的质量比为100：25-37：20-33：6-11。
另外，本发明还提供上述的一种透水、吸水弹性体涂层在辅助道路被动除雪防止路面结冰中的应用
进一步的，所述的应用，包括以下步骤：先将预定铺设的路面进行清扫，保证路面干净、干燥，无明显层土或积水等污染物；将A、B两组分按一定质量比混合，通过人工涂刷或者机械铺洒的方式，将透水、吸水弹性体涂层铺设在路面上，24h后即可通车，7天达到最终性能。
进一步的，上述步骤中，所述A组分与B组分的质量比为1:2.4-2.5。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
1、本发明透水、吸水弹性体涂层为半开孔聚氨酯微孔涂层，具有优异的回弹变形能力，在保证涂层有3-5mm厚度时，即可通过车辆行驶时造成的挤压而产生较大的形变，从而促进冰层的破裂；
2、半开孔聚氨酯微孔涂层表面具有良好的疏水性，而内部的聚氨酯微球具有优异的亲水性和吸水性，路面的残余或者新降雨雪在融化后，会通过涂层的半开孔结构渗入地面，而不会在表面滞留，在渗入过程中，含多个悬挂链段的亲水性聚氨酯微球会对水分有极强的吸附能力，进一步促进涂层表面水分的减少。
3、半开孔聚氨酯微孔涂层中含有一些密闭气孔，空气的导热系数低于地面的导热系数，一是保证聚氨酯微球吸附的水不会结冰，同时会延缓涂层表面的结冰时间。
4、吸附的水分会在汽车挤压以及温度上升的情况下，逐渐渗透出来，聚氨酯微球和半开孔聚氨酯微孔涂层可以重复使用。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
1、亲水性悬挂链段的制备：
将100份的聚乙二醇单甲醚(分子量＝500)边搅拌边热至110℃，在0.67kPa真空度下真空脱水2h至水质量分数小于0.05％，然后降温至40度以下，加入33.6份六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和0.0002份磷酸，边搅拌边升温至80℃，保温反应3h，分析-NCO％至6.2％时，放料备用；
2、含多个悬挂链段的亲水性聚氨酯微球的制备：
将100份聚醚多元醇(同时含有亲水的聚氧乙烯链段与疏水的聚氧丙烯链段：上海东大Donol6200)，37份二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50),33份上述制备的亲水性悬挂链段以及11份三羟甲基丙烷，加热至40℃，混合均匀，然后以0.1mL/s的速度滴入含有1.5％吐温80和司盘80(吐温80和司盘80的质量比为1：3)的60℃的500份液体石蜡中，滴料的同时，保持搅拌速率达到300r/min以上，保温反应2.5h,反应完毕后，抽滤，干燥备用。
3、半开孔聚氨酯微孔涂层的制备
该半开孔聚氨酯微孔涂层是由A、B两个组分构成，A组分为聚氧化丙烯多元醇N220、和MDI-50制备的-NCO％＝15.0的预聚体；
B组分为：35份聚氧化丙烯多元醇(330N)、7份3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)、5份上述制备的亲水性聚氨酯微球、2份匀泡剂(美思德M-8805)、0.5份开孔剂(美思德M-9905)、3份发泡剂(HCFC-141b)、0.2份催化剂(广州优润合成材料有限公司CUCAT-HA)以及0.5份抗氧化剂1010(四β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯)。
上述制备的涂层在辅助道路被动除雪防止路面结冰中的应用如下：
施工工艺：
先将预定铺设的路面进行清扫，保证路面干净、干燥，无明显层土或积水等污染物；
将A、B两组分按质量比为A:B＝1:2.4混合，通过人工涂刷的方式，将半开孔聚氨酯微孔涂层铺设在路面上，24h后即可通车，7天达到最终性能。
实施例2：
1、亲水性悬挂链段的制备：
将100份的聚乙二醇单甲醚(分子量＝500)边搅拌边热至110℃，在0.67kPa真空度下真空脱水2h至水质量分数小于0.05％，然后降温至40度以下，加入33.6份六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和0.0002份磷酸，边搅拌边升温至80℃，保温反应3h，分析-NCO％至6.2％时，放料备用；
2、含多个悬挂链段的亲水性聚氨酯微球的制备：
将100份聚醚多元醇(同时含有亲水的聚氧乙烯链段与疏水的聚氧丙烯链段：上海东大Donol6200)，25份二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50),20份上述制备的亲水性悬挂链段以及6份三羟甲基丙烷，加热至40℃，混合均匀，然后以0.1mL/s的速度滴入含有1.5％吐温80和司盘80(吐温80和司盘80的质量比为1：3)的60℃的500份液体石蜡中，滴料的同时，保持搅拌速率达到300r/min以上，保温反应2.5h,反应完毕后，抽滤，干燥备用。
3、半开孔聚氨酯微孔涂层的制备
该半开孔聚氨酯微孔涂层是由A、B两个组分构成，A组分为聚氧化丙烯多元醇N220、和MDI-50制备的-NCO％＝15.0的预聚体；
B组分为：35份聚氧化丙烯多元醇(330N)、7份3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)、8份上述制备的亲水性聚氨酯微球、2份匀泡剂(美思德M-8805)、0.5份开孔剂(美思德M-9905)、3份发泡剂(HCFC-141b)、0.2份催化剂(广州优润合成材料有限公司CUCAT-HA)以及0.5份抗氧化剂1010(四β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯)。
上述制备的涂层在辅助道路被动除雪防止路面结冰中的应用如下：
施工工艺：
先将预定铺设的路面进行清扫，保证路面干净、干燥，无明显层土或积水等污染物；
将A、B两组分按质量比为A:B＝1:2.5混合，通过机械铺洒的方式，将半开孔聚氨酯微孔涂层铺设在路面上，24h后即可通车，7天达到最终性能。
实施例3
1、亲水性悬挂链段的制备：
将100份的聚乙二醇单甲醚(分子量＝500)边搅拌边热至110℃，在0.67kPa真空度下真空脱水2h至水质量分数小于0.05％，然后降温至40度以下，加入34.8份甲苯二异氰酸酯(TDI)和0.0002份磷酸，边搅拌边升温至80℃，保温反应3h，分析-NCO％至6.2％时，放料备用；
2、含多个悬挂链段的亲水性聚氨酯微球的制备：
将100份聚醚多元醇(同时含有亲水的聚氧乙烯链段与疏水的聚氧丙烯链段：上海东大Donol6200)，37份二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50),33份上述制备的亲水性悬挂链段以及11份三羟甲基丙烷，加热至40℃，混合均匀，然后以0.1mL/s的速度滴入含有1.5％吐温80和司盘80(吐温80和司盘80的质量比为1：3)的60℃的液体石蜡中，滴料的同时，保持搅拌速率达到300r/min以上，保温反应2.5h,反应完毕后，抽滤，干燥备用。
3、半开孔聚氨酯微孔涂层的制备
该半开孔聚氨酯微孔涂层是由A、B两个组分构成，A组分为聚氧化丙烯多元醇N220、和MDI-50制备的-NCO％＝15.0的预聚体；
B组分为：35份聚氧化丙烯多元醇(330N)、7份3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)、4份上述制备的亲水性聚氨酯微球、2份匀泡剂(美思德M-8805)、0.5份开孔剂(美思德M-9905)、3份发泡剂(HCFC-141b)、0.2份催化剂(广州优润合成材料有限公司CUCAT-HA)以及0.5份抗氧化剂1010(四β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯)。
上述制备的涂层在辅助道路被动除雪防止路面结冰中的应用如下：
施工工艺：
先将预定铺设的路面进行清扫，保证路面干净、干燥，无明显层土或积水等污染物；
将A、B两组分按质量比A:B＝1:2.4混合，通过机械铺洒的方式，将半开孔聚氨酯微孔涂层铺设在路面上，24h后即可通车，7天达到最终性能。
对比例1：
1、亲水性聚氨酯微球的制备：
将100份聚醚多元醇(同时含有亲水的聚氧乙烯链段与疏水的聚氧丙烯链段：上海东大Donol6200)，38份二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50)以及9份三羟甲基丙烷，加热至40℃，混合均匀，然后以一定速度滴入含有1.5％吐温80和司盘80(吐温80和司盘80的质量比为1：3)的60℃的500份的液体石蜡中，滴料的同时，保持搅拌速率达到300r/min以上，保温反应2.5h,反应完毕后，抽滤，干燥备用。
2、半开孔聚氨酯微孔涂层的制备
该半开孔聚氨酯微孔涂层是由A、B两个组分构成，A组分为聚氧化丙烯多元醇N220、和MDI-50制备的-NCO％＝15.0的预聚体；
B组分为：35份聚氧化丙烯多元醇(330N)、7份3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)、5份上述制备的亲水性聚氨酯微球、2份匀泡剂(美思德M-8805)、0.5份开孔剂(美思德M-9905)、3份发泡剂(HCFC-141b)、0.2份催化剂(广州优润合成材料有限公司CUCAT-HA)以及0.5份抗氧化剂1010(四β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯)。
上述制备的涂层在辅助道路被动除雪防止路面结冰中的应用如下：
施工工艺：
先将预定铺设的路面进行清扫，保证路面干净、干燥，无明显层土或积水等污染物；
将A、B两组分按质量比A:B＝1:2.4混合，通过人工涂刷或者机械铺洒的方式，将半开孔聚氨酯微孔涂层铺设在路面上，24h后即可通车，7天达到最终性能。
对比例2：
1、半开孔聚氨酯微孔涂层的制备
该半开孔聚氨酯微孔涂层是由A、B两个组分构成，A组分为聚氧化丙烯多元醇N220、和MDI-50制备的-NCO％＝15.0的预聚体；
B组分为：35份聚氧化丙烯多元醇(330N)、7份3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)、2份匀泡剂(美思德M-8805)、0.5份开孔剂(美思德M-9905)、3份发泡剂(HCFC-141b)、0.2份催化剂(广州优润合成材料有限公司CUCAT-HA)以及0.5份抗氧化剂1010(四β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯)。
上述制备的涂层在辅助道路被动除雪防止路面结冰中的应用如下：
施工工艺：
先将预定铺设的路面进行清扫，保证路面干净、干燥，无明显层土或积水等污染物；
将A、B两组分按质量比A:B＝1:2.1混合，通过人工涂刷或者机械铺洒的方式，将半开孔聚氨酯微孔涂层铺设在路面上，24h后即可通车，7天达到最终性能。
表1性能测试结构
Figure BDA0004110655120000061
Figure BDA0004110655120000071
残余水量的测试方法：
取几个相同材质的10×10×10cm的沥青混凝土，分别在其一个表面涂刷不同种类的半开孔聚氨酯微孔涂层，保证涂层厚度为3.0±0.5mm，用防水材料对涂层四周进行封边，封边需高出涂层2-3mm,向涂层上均匀地倒入100g的蒸馏水，并置于10℃的环境中，4h后，收集涂层表面的蒸馏水，称取剩余的蒸馏水的质量为残余水量。残余水量越小，说明涂层透水、吸水的能力越强，具有更加优异的防冰效果。
保水率的测试方法：
取几个相同材质的10×10×10cm的沥青混凝土，分别在其一个表面涂刷不同种类的半开孔聚氨酯微孔涂层，保证涂层厚度为3.0±0.5mm，用防水材料对涂层四周进行封边，封边需高出涂层2-3mm，称其质量，记为m0，向涂层上均匀地倒入100g的蒸馏水，并置于10℃的环境中，4h后，去除涂层表面的残余水量，再称其质量，记为m1，将其置于20-25℃的环境中，持续时间为48h，并且每隔30min，用圆柱形工具对其涂层进行挤压处理，最后再称其质量记为m2。保水率＝(m2-m0)/(m1-m0)×100％。保水率越低，说明该涂层可以更好的重复使用。
由表1可知，本发明实施例1-3制备的透水、吸水弹性体涂层，残余水量明显低于对比例1和2，说明本发明涂层透水、吸水的能力越强，具有更加优异的防冰效果。

Claims (8)

1.一种透水、吸水弹性体涂层，其特征在于，由A、B两个组分混合而成；
所述A组分为聚氧化丙烯多元醇N220、和二苯基甲烷二异氰酸酯反应制备得到的含-NCO为15.0%的预聚体；
所述B组分包括以下质量份配比的原料：聚氧化丙烯多元醇 35份，3,3’-二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷 7份，亲水性聚氨酯微球 4-8份，匀泡剂 2份，开孔剂 0.5份，发泡剂 3份，催化剂CUCAT-HA 0.2份，抗氧化剂0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种透水、吸水弹性体涂层，其特征在于，所述亲水性聚氨酯微球的制备方法包括以下步骤：
a、亲水性悬挂链段的制备：
将聚乙二醇单甲醚边搅拌边加热至100～110℃，在0.67kPa真空度下真空脱水2～3h至水质量分数小于0.05%，然后降温至40度以下，加入六亚甲基二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯、磷酸，边搅拌边升温至80℃，保温反应2-3h，分析-NCO含量至6.2%时，放料备用；
b、含多个悬挂链段的亲水性聚氨酯微球的制备：将聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、步骤a制备的亲水性悬挂链段以及三羟甲基丙烷，加热至30-40℃，混合均匀，然后以0.1mL/s的速度滴入含有1.5%吐温80和司盘80的60℃的液体石蜡中，滴料的同时，保持搅拌速率达到300r/min以上，保温反应2.5-3h,反应完毕后，抽滤，干燥得到亲水性聚氨酯微球。
3.根据权利要求2所述的一种透水、吸水弹性体涂层，其特征在于，当选择六亚甲基二异氰酸酯时，步骤a中聚乙二醇单甲醚、六亚甲基二异氰酸酯及磷酸的质量比为100：33.6:0.0002。
4.根据权利要求2所述的一种透水、吸水弹性体涂层，其特征在于，当选择甲苯二异氰酸酯时，步骤a中聚乙二醇单甲醚、甲苯二异氰酸酯及磷酸的质量比为100：34.8:0.0002。
5.根据权利要求2所述的一种透水、吸水弹性体涂层，其特征在于，步骤b中聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、步骤a制备的亲水性悬挂链段以及三羟甲基丙烷的质量比为100：25-37：20-33：6-11。
6.权利要求1-5任一项所述的一种透水、吸水弹性体涂层在辅助道路被动除雪防止路面结冰中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：先将预定铺设的路面进行清扫，保证路面干净、干燥，无明显层土或积水等污染物；将A、B两组分按一定质量比混合，通过人工涂刷或者机械铺洒的方式，将透水、吸水弹性体涂层铺设在路面上，24h后即可通车，7天达到最终性能。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述A组分与B组分的质量比为1:2.4-2.5。
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