一种水下固化防水聚脲涂料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种水下固化防水聚脲涂料及其制备方法 (Underwater curing waterproof polyurea coating and preparation method thereof ) 是由 霍行 刘培礼 国晓军 付攀 冯岩华 张茂伟 于 2021-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种水下固化防水聚脲涂料,为包括下列A、B的成分混合而成的产物：A)聚氨酯预聚体；B)改性丙基三甲氧基硅烷35-40%、芳香族二胺化合物35-40%、短切纤维1-3%、磷铁粉5-15%、气相二氧化硅0.5-1%、醛-胺缩合化合物0-15%、酮-胺缩合化合物0-15%、流平剂0.3-0.5%、消泡剂0.2-0.5%。本发明的优点：涂层致密,伸长率高,附着力高,应用于混凝土表面,具有优异的防水及防护性能,可在水下环境及常规环境条件下正常固化,且不含溶剂,安全环保。(The invention relates to an underwater curing waterproof polyurea coating which is a product formed by mixing the following components of A, B: A) a polyurethane prepolymer; B) 35-40% of modified propyl trimethoxy silane, 35-40% of aromatic diamine compound, 1-3% of chopped fiber, 5-15% of ferrophosphorus powder, 0.5-1% of fumed silica, 0-15% of aldehyde-amine condensation compound, 0-15% of ketone-amine condensation compound, 0.3-0.5% of leveling agent and 0.2-0.5% of defoaming agent. The invention has the advantages that: the coating is compact, high in elongation and high in adhesive force, is applied to the surface of concrete, has excellent waterproof and protective properties, can be normally cured in an underwater environment and a conventional environment, does not contain a solvent, and is safe and environment-friendly.)
技术领域
本发明涉及高分子防水化工材料领域，具体是一种水下固化防水聚脲涂料及其制备方法。
背景技术
混凝土因原材料丰富、成本低、良好的可塑性、高强度、耐久性好而被广泛应用。而在使用过程中，混凝土结构由于地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水产生不均匀沉降，或缺箍筋、斜筋、温度筋产生应力集中，甚至施工养护问题，容易导致开裂。
在防水工程中，混凝土的开裂会造成水渗漏，导致一系列问题出现，诸如环境污染，水体流失浪费等。
聚脲材料因其优异的理化性能，极高的抗张抗冲击强度、柔韧性、耐磨性、防湿滑、耐老化、防腐蚀等特性而被广泛应用于防水工程，如管道、隧道、大坝防水等，但现有聚脲材料不适合水下环境施工，对已投入使用的混凝土结构出现的裂缝，无法直接修复。
发明内容
本发明的目的是提供一种水下固化防水聚脲涂料，具有高强度、高伸长、高附着等特点，对使用中的水下混凝土出现的裂缝可直接进行修复，能够解决上述问题。
本发明的技术方案是：
一种水下固化防水聚脲涂料，包括下列A、B两种组分混合而成的产物：
所述A组分包括聚氨酯预聚体；
所述B组分包括改性丙基三甲氧基硅烷35-40%、芳香族二胺化合物35-40%、短切纤维1-3%、磷铁粉5-15%、气相二氧化硅0.5-1%、醛-胺缩合化合物0-15%、酮-胺缩合化合物0-15%、流平剂0.3-0.5%、消泡剂0.2-0.5%。
所述A组份与B组份的重量比为6.5～7.5：1。
所述的聚氨酯预聚体由异氰酸酯、聚醚多元醇反应合成。所述的异氰酸酯选自下列的一种或多种：异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯；
所述的聚醚多元醇选自下列的一种或多种：聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯二醇、聚氧化丁烯二醇、聚四氢呋喃二醇。所述的聚氨酯预聚体数均分子量1050-2450。
聚氨酯是由多异氰酸酯和聚醚或聚酯多元醇在一定条件下反应所形成的高分子聚合物。本发明所述的聚氨酯预聚体，是多异氰酸酯和多元醇控制一定比例反应而得的可反应性半成品。由于多异氰酸酯和多元醇种类繁多，反应配比各异。根据实际需要的聚氨酯预聚体数均分子量，来调节异氰酸酯、聚醚多元醇的反应配比和条件。申请人在研究中发现，不同均分子量的聚氨酯预聚体，对水下固化防水聚脲涂料具有不同的效果，数均分子量在1050-2450之间时，涂料的效果最好。
所述改性丙基三甲氧基硅烷数均分子量为370-480。
所述芳香族二胺化合物数均分子量为170-220。
所述的醛-酮-胺缩合化合物数均分子量为180-240。
本发明提供了一种水下固化防水聚脲涂料的制备工艺，具体步骤如下：
1）聚氨酯预聚体的制备
将异氰酸酯与聚醚多元醇按-NCO：-OH=1.8~2.2：1混合，然后缓慢加热至60℃反应半小时，再升高温度至85℃继续反应2小时，得到预聚体；
2）按照A组分配方称取原材料，取上述聚氨酯预聚体100% 即得A组分。
3）按照B组分配方称取原材料，改性丙基三甲氧基硅烷35-40%、芳香族二胺化合物35-40%、短切纤维1-3%、磷铁粉5-15%、气相二氧化硅0.5-1%、醛-酮-胺缩合化合物15-25%、流平剂0.3-0.5%、消泡剂0.2-0.5%；
将流平剂、消泡剂、改性丙基三甲氧基硅烷，加入到芳香族二胺化合物中，在分散盘线速度150-450m/min转速下搅拌10min至均匀，然后依次慢慢加入短切纤维、磷铁粉、气相二氧化硅，提高分散盘转速至500-850m/min，分散20-40min至均匀，最后加入醛-酮-胺缩合化合物，继续搅拌10-15min至均匀，即得B组分；
4）将A组分与B组分按照配比6.5~7.5：1重量比混合，搅拌均匀，即可得到水下固化防水聚脲涂料。
上述原材料名称和特性如下所示，
（1）异佛尔酮二异氰酸酯：NCO含量为37.5-37.8%，25℃粘度（mPa·s）约10，闪点约150℃，20℃密度（g/cm3）约1.06，可由科思创聚合物（中国）有限公司提供。
（2）二环己基甲烷二异氰酸酯：
NCO含量为31.8-32.1%，25℃粘度约30mPa·s，闪点约201℃，20℃密度（g/cm3）约1.07，可由科思创聚合物（中国）有限公司提供。
（3）聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯二醇、聚氧化丁烯二醇：
官能度2，羟值/（mgKOH/g）112±4，平均分子量1000，25℃粘度（mpa·s）约160，含水量≤0.03%，可由陶氏化学公司提供。
（4）聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯二醇、聚氧化丁烯二醇：官能度2，羟值/（mgKOH/g）56±2，平均分子量2000，25℃粘度（mpa·s）约390，含水量≤0.03%，可由陶氏化学公司提供。
（5）聚四氢呋喃二醇：官能度2，羟值/（mgKOH/g）107-118，平均分子量1000±50，40℃粘度约300mpa·s，可由三菱化学株式会社提供。
（6）改性丙基三甲氧基硅烷：当量185-240，20℃密度（g/cm3）1.07，可由青岛海洋新材料科技有限公司提供。
（7）芳香族二胺化合物：当量85-110，20℃密度（g/cm3）1.02，可由德国莱茵化学莱脑有限公司提供。
（8）短切纤维：纤维长度1-3mm，可由甘肃邦维科技有限公司提供。
（9）磷铁粉：铁灰色粉末，密度（g/cm3）6.5，可由济南云佰汇生物科技有限公司提供。
（10）气相二氧化硅：白色粉末，目数8000，可由上海凯茵化工有限公司提供。
（11）醛-酮-胺缩合化合物：当量90-120，20℃密度（g/cm3）1.05，可由青岛海洋新材料科技有限公司提供。
（12）流平剂：活性成分（%）≥98，20℃比重（g/ml）0.96-0.99，可由AFCONA提供，牌号AFCONA-3277。
（13）消泡剂：活性成分（%）≥96，20℃比重（g/ml）0.82-0.86，可由AFCONA提供，牌号AFCONA-2270。
本发明的有益效果：
1）该涂料涂层具有高强度、高伸长的特点，拉伸强度不低于10MPa，断裂伸长率不低于500%；
2）该涂料对基底处理要求低，对水饱和和有水混凝土基底附着优异；
3）该涂料不含游离异氰酸酯，无健康危害；
4）该涂料不含溶剂，安全环保。
附图说明
图1是实施例1的实验结果图。
图2是实施例2的实验结果图。
图3是实施例3的实验结果图。
具体实施方式
实施例1
本发明所公开的具体实施例和方法，其描述是示例性的而非限制性的。
1）按照A组分配方称取原材料，其中所用异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯，所用聚醚多元醇为-OH当量1000聚醚多元醇，-NCO：-OH=2.2:1，缓慢加热至60℃反应半小时，再升高温度至85℃继续反应2小时，即得聚氨酯预聚体，聚氨酯预聚体为100%；
2）按照B组分配方称取原材料，改性丙基三甲氧基硅烷35%、芳香族二胺化合物35%、短切纤维1%、磷铁粉12.9 %、气相二氧化硅0.5%、醛-酮-胺缩合化合物15%、流平剂0.3%、消泡剂0.2%；
3）将流平剂、消泡剂、改性丙基三甲氧基硅烷，加入到芳香族二胺化合物中，在分散盘线速度150-450m/min转速下搅拌10min至均匀，然后依次慢慢加入短切纤维、磷铁粉、气相二氧化硅，提高分散盘转速至500-850m/min，分散20-40min至均匀，最后加入醛-酮-胺缩合化合物，继续搅拌10-15min至均匀，即得B组分；
4）将A组分与B组分按照配比6.5：1重量比混合，搅拌均匀，即可得到水下固化防水聚脲涂料。
所得水下固化防水聚脲涂料涂层拉伸强度14.4MPa，断裂伸长率550%，其他检测项目参照GB/T19250-2013聚氨酯防水材料部分指标进行，所得结果如图1所示。
实施例2
本发明所公开的具体实施例和方法，其描述是示例性的而非限制性的。
1）按照A组分配方称取原材料，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯，所用聚醚多元醇为-OH当量1000聚醚多元醇，-NCO：-OH=2:1，缓慢加热至60℃反应半小时，再升高温度至85℃继续反应2小时，即得聚氨酯预聚体，聚氨酯预聚体为100%；
2）按照B组分配方称取原材料，改性丙基三甲氧基硅烷35%、芳香族二胺化合物35%、短切纤维1%、磷铁粉7.9 %、气相二氧化硅0.5%、醛-酮-胺缩合化合物20%、流平剂0.3%、消泡剂0.2%；
3）将流平剂、消泡剂、改性丙基三甲氧基硅烷，加入到芳香族二胺化合物中，在分散盘线速度150-450m/min转速下搅拌10min至均匀，然后依次慢慢加入短切纤维、磷铁粉、气相二氧化硅，提高分散盘转速至500-850m/min，分散20-40min至均匀，最后加入醛-酮-胺缩合化合物，继续搅拌10-15min至均匀，即得B组分；
4）将A组分与B组分按照配比7.2：1重量比混合，搅拌均匀，即可得到水下固化防水聚脲涂料。
所得水下固化防水聚脲涂料涂层拉伸强度12.1MPa，断裂伸长率620%，其他检测项目参照GB/T19250-2013聚氨酯防水材料部分指标进行，所得结果如图2所示。
实施例3
本发明所公开的具体实施例和方法，其描述是示例性的而非限制性的。
1）按照A组分配方称取原材料，异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯，所用聚醚多元醇为-OH当量1000聚醚多元醇，-NCO：-OH=2.2:1，缓慢加热至60℃反应半小时，再升高温度至85℃继续反应2小时，即得聚氨酯预聚体，聚氨酯预聚体为100%；；
2）按照B组分配方称取原材料，改性丙基三甲氧基硅烷40%、芳香族二胺化合物35%、短切纤维1%、磷铁粉2.9 %、气相二氧化硅0.5%、醛-酮-胺缩合化合物20%、流平剂0.3%、消泡剂0.2%；
3）将流平剂、消泡剂、改性丙基三甲氧基硅烷，加入到芳香族二胺化合物中，在分散盘线速度150-450m/min转速下搅拌10min至均匀，然后依次慢慢加入短切纤维、磷铁粉、气相二氧化硅，提高分散盘转速至500-850m/min，分散20-40min至均匀，最后加入醛-酮-胺缩合化合物，继续搅拌10-15min至均匀，即得B组分；
4）将A组分与B组分按照配比6.7：1重量比混合，搅拌均匀，即可得到水下固化防水聚脲涂料。
所得水下固化防水聚脲涂料涂层拉伸强度13.6MPa，断裂伸长率580%，其他检测项目参照GB/T19250-2013聚氨酯防水材料部分指标进行，所得结果如图3所示。
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