CN110922091B - 混凝土改性用双组分聚氨酯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种混凝土改性用双组分聚氨酯组合物及其制备方法。所述的混凝土改性用双组分聚氨酯组合物，由A组分和B组分组成；A组分由以下质量份数的原料聚合而成：5‑20份聚醚多元醇1，80‑100份异氰酸酯；B组分由以下质量份数的原料组成：40‑80份聚醚多元醇2，20‑60份降粘剂，0.5‑5份改性助剂，0.1‑0.5份催化剂；A组分和B组分的混合质量比为1:1‑4。本发明的混凝土改性用双组分聚氨酯组合物，具有粘度低、渗透性强、耐水解、操作时间可控、强度高、易施工操作的优点，对混凝土物料进行改性，提高了混凝土材料的力学与机械性能；本发明该提供其制备方法。

Description

混凝土改性用双组分聚氨酯组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯弹性体技术领域，具体涉及一种混凝土改性用双组分聚氨酯组合物及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国城市化及乡村的快速发展，混凝土物料的使用剧增，但使用过程中存在因磨损、化学腐蚀、钢筋锈蚀等原因产生的一些缺陷，修补不及时不仅容易造成更大面积的损毁，同时，还会面临巨大的经济与生命财产损失。
现有改性修补混凝土有聚合物浸渍类混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物胶结混凝土等，其中：浸渍类混凝土存在耐热性差的问题，完全以聚合物为胶结材料的混凝土存在韧性、上强度慢等问题，而聚合物水泥混凝土存在上强度快、冲击韧性好、耐磨性好、耐久性好及干缩性好的优点等优点而被广泛应用。
现有的聚合物改性水泥材料虽然具有韧性好、耐磨性好等优点，但同时存在力学强度差、气味大、粘度高、操作性能差、沙子水泥要求高、使用比例低等问题，限制了其使用范围。
专利CN106587727A中公开了一种桥面铺装用聚氨酯复合混凝土材料及使用方法，专利CN106587728A中公开了一种高耐磨聚氨酯复合混凝土材料及使用方法，其均通过在聚氨酯树脂中加入二硫化钨提高复合混凝土的耐磨性，并通过加入二羟烷基二羟基乙烯脲提高复合混凝土的韧性。但是，以上专利中均采用单组分聚氨酯，聚氨酯复合混凝土在使用时需要在现场将所有原料进行混合，操作较为麻烦；且其多元醇均在用常规二元醇，在固化过程中容易发泡，影响最终聚氨酯复合混凝土材料的力学性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种混凝土改性用双组分聚氨酯组合物，具有粘度低、渗透性强、耐水解、操作时间可控、强度高、易施工操作的优点，对混凝土物料进行改性，提高了混凝土材料的力学与机械性能。
本发明所述的混凝土改性用双组分聚氨酯组合物，由A组分和B组分组成；
A组分为异氰酸根质量含量25.0-30.0％的预聚体，由以下质量份数的原料聚合而成：
聚醚多元醇1 5-20份
异氰酸酯 80-100份；
B组分为固化剂，由以下质量份数的原料组成：
Figure BDA0002314990060000021
A组分和B组分的混合质量比为1:1-4。
聚醚多元醇1为聚丙二醇、改性大豆油多元醇中的一种或多种；其官能度为2-3、分子量为400-2000。优选为PPG400、PPG1000、PPG2000、PPG125、PPG305、改性大豆油多元醇中的一种或多种。
聚醚多元醇2为改性大豆油多元醇、改性蓖麻油多元醇、改性玉米油多元醇中的一种或多种；其官能度为2-3、分子量为400-2000。
异氰酸酯为MDI-50、MDI-100、PM-200、液化MDI、TDI-100中的一种或多种。
降粘剂为邻苯二甲酸丁基苄酯、邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、988SG中的一种或多种。
改性助剂为KH550、KH560、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。
催化剂为有机胺催化剂、有机锡催化剂或有机锌催化剂，优选为四甲基丁二胺、三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡或二乙基己酸锌。
在使用时，聚氨酯组合物与混凝土的混合质量比为1:2-15。
本发明的固化剂采用改性植物油类多元醇，其与降粘剂的相容性较好，在加入降粘剂后能够有效降低聚氨酯组合物的粘度，有利于后续聚氨酯改性混凝土复合材料的混合和施工；且改性植物油类多元醇属于油性聚醚多元醇，在与A组分进行固化反应时不容易发泡，避免了聚氨酯改性混凝土复合材料力学性能的下降；此外，改性植物油类多元醇还能显著增强聚氨酯改性混凝土复合材料的韧性。
本发明不添加常规的丙酮、二甲苯等有机溶剂，改用对施工人员无刺激的降粘剂，并且添加合适助剂来改善降粘剂与基础料的互溶性及与混凝土物料的粘接性。该组合配方对沙子水泥的要求较低，通过内部的高聚物交联反应来增加普通混凝土物料的粘接强度与抗压缩、弯折强度；且组合料的粘度低，操作时间充分，便于大规模应用及现场施工。
本发明所述的混凝土改性用双组分聚氨酯组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)A组分：将聚醚多元醇脱水后，与二异氰酸酯在75-80℃条件下聚合反应3-4h，即得；
(2)B组分：将聚醚多元醇、降粘剂、改性助剂和催化剂在常温下混合得到；
(3)使用：将A组分和B组分在25-30℃温度下混合，并掺入混凝土物料，得到聚氨酯改性混凝土复合材料，将该复合材料摊铺在混凝土基面的破损处压实。
步骤(3)中聚氨酯改性混凝土复合材料的可操作时间为25-120min，表干时间为0.5-3h，固化时间为8-24h。
步骤(3)中聚氨酯改性混凝土复合材料固化后硬度为60-80D。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过添加一定比例的聚氨酯组合物对混凝土物料进行耦合改性，其中改性助剂代替水可以起到增强渗透的作用，最终使混凝土物料内部获得具有立体网状的高分子结构，提高混凝土材料的力学与机械性能；
(2)本发明的聚氨酯双组份材料具有粘度低、渗透性强、耐水解的特点，其与混凝土混合比例高，操作时间可控，反应后期上强度快，易施工，且成本较低。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此，该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变，均应属于本发明的保护范围内。
所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
按以下方法制备和使用混凝土改性用双组分聚氨酯组合物：
(1)A组分：将10kg聚醚多元醇PPG1000在温度100℃、真空度-0.095MPa条件下脱水至水分小于0.05wt％，然后加入150kgPM200，在80℃条件下进行聚合反应3h，得到异氰酸根质量含量28wt％的预聚体，抽真空脱泡后密封保存，即为A组分；
(2)B组分：将40kg改性大豆油多元醇、60kg988SG、2.5kg KH560和0.3kg四甲基丁二胺催化剂在常温下混合得到；
(3)使用：将B组分和A组分在30℃温度下按质量比100:50混合，得到聚氨酯组合物，再掺入聚氨酯组合物总质量5倍的混凝土物料(其中沙子与水泥的比例为1:1)，得到聚氨酯改性混凝土复合材料，将该复合材料摊铺在混凝土基面的破损处(混凝土基面预先经过水洗、酸洗处理)压实，可操作时间为50min，表干时间1.5h，经过24h后可正常通行。
实施例2
按以下方法制备和使用混凝土改性用双组分聚氨酯组合物：
(1)A组分：将10kg聚醚多元醇PPG305在温度105℃、真空度-0.095MPa条件下脱水至水分小于0.05wt％，然后加入100kgMDI-50，在75℃条件下进行聚合反应4h，得到异氰酸根质量含量28wt％的预聚体，抽真空脱泡后密封保存，即为B组分；
(2)B组分：将60kg改性大豆油多元醇、40kg邻苯二甲酸丁基苄酯、1.5kg KH560和0.3kg二乙基己酸锌催化剂在常温下混合得到；
(3)使用：将B组分和A组分在30℃温度下按质量比100:50混合，得到聚氨酯组合物，再掺入聚氨酯组合物总质量10倍的混凝土物料(其中沙子与水泥的比例为1:1)，得到聚氨酯改性混凝土复合材料，将该复合材料摊铺在混凝土基面的破损处(混凝土基面预先经过水洗、酸洗处理)压实，可操作时间为30min，表干时间60min，经过18h后可正常通行。
实施例3
按以下方法制备和使用混凝土改性用双组分聚氨酯组合物：
(1)A组分：将10kg聚醚多元醇PPG1000在温度105℃、真空度-0.095MPa条件下脱水至水分小于0.05wt％，然后加入40kg MDI-50，在75℃条件下进行聚合反应4h，得到异氰酸根质量含量25wt％的预聚体，抽真空脱泡后密封保存，即为B组分；
(2)B组分：将50kg改性蓖麻油多元醇、50kg对苯二甲酸二辛酯、3.0kg KH550和0.3kg二乙基己酸锌催化剂在常温下混合得到；
(3)使用：将B组分和A组分在30℃温度下按质量比100:70混合，得到聚氨酯组合物，再掺入聚氨酯组合物总质量13倍的混凝土物料(其中沙子与水泥的比例为1:1)，得到聚氨酯改性混凝土复合材料，将该复合材料摊铺在混凝土基面的破损处(混凝土基面预先经过水洗、酸洗处理)压实，可操作时间为25min，表干时间50min，经过12h后可正常通行。
实施例4
按以下方法制备和使用混凝土改性用双组分聚氨酯组合物：
(1)A组分：将10kg改性大豆油多元醇在温度105℃、真空度-0.095MPa条件下脱水至水分小于0.05wt％，然后加入110kgPM-200，在75℃条件下进行聚合反应3h，得到异氰酸根质量含量30wt％的预聚体，抽真空脱泡后密封保存，即为B组分；
(2)B组分：将65kg改性蓖麻油多元醇、30kg邻苯二甲酸二丁酯、5kg聚二甲基硅氧烷和0.3kg二月桂酸二丁基锡催化剂在常温下混合均匀得到；
(3)使用：将B组分和A组分在30℃温度下按质量比100:30混合，得到聚氨酯组合物，再掺入聚氨酯组合物总质量15倍的混凝土物料(其中沙子与水泥的比例为1:1)，得到聚氨酯改性混凝土复合材料，将该复合材料摊铺在混凝土基面的破损处(混凝土基面预先经过水洗、酸洗处理)压实，可操作时间为55min，表干时间2h，经过15h后可正常通行。
对比例1
普通水泥混凝土物料
对比例2
按以下方法制备和使用混凝土改性用双组分聚氨酯组合物：
(1)A组分：将10kg聚醚多元醇3050(官能度3，分子量3000)在温度105℃、真空度-0.095MPa条件下脱水至水分小于0.05wt％，然后加入110kgPM-200，在75℃条件下进行聚合反应3h，得到异氰酸根质量含量30wt％的预聚体，抽真空脱泡后密封保存，即为B组分；
(2)B组分：将65kg聚醚多元醇3050和0.3kg二月桂酸二丁基锡催化剂在常温下混合均匀得到；
(3)使用：将B组分和A组分在30℃温度下按质量比100:30混合，得到聚氨酯组合物，再掺入聚氨酯组合物总质量15倍的混凝土物料(其中沙子与水泥的比例为1:1)，得到聚氨酯改性混凝土复合材料，将该复合材料摊铺在混凝土基面的破损处(混凝土基面预先经过水洗、酸洗处理)压实，可操作时间为10min，表干时间2h，经过15h后可正常通行。
对实施例1-4和对比例1-2的双组分聚氨酯组合物和聚氨酯改性混凝土复合材料按照国标进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1-4和对比例1-2的性能测试结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
粘度/mPa·s 58 110 75 143 --- 380
压缩强度/MPa 101 114 108 120 52.6 85
弯曲强度/MPa 35.7 38.7 33.0 40.6 6.1 28.5
硬度/邵D 73 76 75 80 72 70

Claims (3)

1.一种混凝土改性用双组分聚氨酯组合物的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）A组分：将聚醚多元醇1脱水后，与异氰酸酯在75-80℃条件下聚合反应3-4h，即得；
（2）B组分：将聚醚多元醇2、降粘剂、改性助剂和催化剂在常温下混合得到；
（3）使用：将A组分和B组分在25-30℃温度下混合，并掺入混凝土物料，得到聚氨酯改性混凝土复合材料，将该复合材料摊铺在混凝土基面的破损处压实；
所述A组分和B组分组成聚氨酯组合物，A组分为异氰酸根质量含量25.0-30.0%的预聚体，由以下质量份数的原料聚合而成：
聚醚多元醇1 5-20份
异氰酸酯 80-100份；
B组分为固化剂，由以下质量份数的原料组成：
聚醚多元醇2 40-80份
降粘剂 20-60份
改性助剂 0.5-5份
催化剂 0.1-0.5份；
A组分和B组分的混合质量比为1:1-4；
其中，聚醚多元醇1为聚丙二醇、改性大豆油多元醇中的一种或多种；其官能度为2-3、分子量为400-2000；
聚醚多元醇2为改性大豆油多元醇、改性蓖麻油多元醇、改性玉米油多元醇中的一种或多种；其官能度为2-3、分子量为400-2000；
降粘剂为邻苯二甲酸丁基苄酯、邻苯二甲酸二辛酯、对苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、988SG中的一种或多种；
改性助剂为KH550、KH560、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种；
所述混凝土物料中沙子与水泥的比例为1:1；
在使用时，聚氨酯组合物与混凝土物料的混合质量比为1:2-15；
聚氨酯改性混凝土复合材料的可操作时间为25-120min，表干时间为30-180min，固化时间为8-24h。
2.根据权利要求1所述的混凝土改性用双组分聚氨酯组合物的使用方法，其特征在于：异氰酸酯为MDI-50、MDI-100、PM-200、液化MDI、TDI-100中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的混凝土改性用双组分聚氨酯组合物的使用方法，其特征在于：催化剂为有机胺催化剂、有机锡催化剂或有机锌催化剂。
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