本發(fā)明涉及涂料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強度高鐵防水材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
高速鐵路簡稱“高鐵”，是指通過改造原有線路(直線化、軌距標(biāo)準(zhǔn)化)，使最高營運速率達(dá)到不小于每小時200公里，或者專門修建新的“高速新線”，使?fàn)I運速率達(dá)到每小時至少250公里的鐵路系統(tǒng)。
防水材料主要有三類：防水卷材、聚氨酯防水材料、新型聚合物水泥基防水材料。防水材料主要是用來防止雨水、地下水、工業(yè)和民用的給排水、腐蝕性液體以及空氣中的濕氣、蒸氣等侵入建筑物。
鐵路線主要由路基、橋梁和隧道組成，由于高鐵、客運專線的運行特點，橋梁占線路比例大幅增加，已超過50％。在橋梁混凝土橋面設(shè)置防水層，可以有效阻隔水滲入橋面板結(jié)構(gòu)內(nèi)，減緩混凝土的老化及橋面板內(nèi)鋼筋銹蝕，從而達(dá)到提高混凝土橋結(jié)構(gòu)耐久性的目的。所以橋面防水是混凝土橋梁工程中的一個重要組成部分，目前高鐵防水材料模量和彈性不可兼顧。
京滬高鐵作為中國道路建設(shè)的重大項目，在橋面防水體系中，借鑒了國內(nèi)外一些好的做法，引入了聚氨酯的升級產(chǎn)品—噴涂聚脲及其構(gòu)造形式。應(yīng)當(dāng)說，從材料選用、構(gòu)造設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)方面來講，已經(jīng)前進了一大步。但是，從工程施工過程到工程驗收、工程運行效果來評估，噴涂聚脲的這一次歷史上最大規(guī)模的工程實踐，效果欠佳，未能達(dá)到預(yù)期的目的。其中比較突出的問題，是聚脲涂層頻發(fā)凸現(xiàn)的“針孔、鼓泡、分層脫落”等質(zhì)量缺陷。
“快速反應(yīng)，瞬間固化”是噴涂聚脲特有的技術(shù)優(yōu)勢，但是，同樣是由于“快速反應(yīng)，瞬間固化”，造成涂層對下覆層材料(如基層處理劑或混凝土基層)的浸潤、鋪展過程短暫，削弱了與下覆層材料附著力產(chǎn)生的充要條件，因此粘接強度難以達(dá)到設(shè)計要求。從現(xiàn)場大量聚脲涂層拉拔試驗，我們注意到聚脲防水體系構(gòu)造中，粘結(jié)的最薄弱點有相當(dāng)比例發(fā)生在底涂材料與聚脲的界面上，這也進一步證實了聚脲“快速反應(yīng)、瞬間固化”的雙刃效應(yīng)。
本發(fā)明提供了一種高強度高鐵防水材料，具有優(yōu)異的物理機械性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種高強度高鐵防水材料。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種高強度高鐵防水材料的制備方法。
本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種高強度高鐵防水材料，包括A組分和B組分，
A組分由下述重量份的原料制備而成：聚醚多元醇95-105份、增塑劑1-10份、雙(4-異氰酸酯基苯基)甲烷10-20份、石墨烯/甲烷磺酸溶液3-30份、助劑5-50份；
B組分由下述重量份的原料制備而成：端氨基聚醚50-80份、胺類擴鏈劑20-40份。
優(yōu)選地，所述A組分和B組分的質(zhì)量比為(1-3)：(1-3)。
優(yōu)選地，所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、氯化石蠟、環(huán)氧大豆油中一種或多種的混合物。
優(yōu)選地，所述的助劑為滑石粉、膨潤土、磷酸三苯酯中一種或多種的混合物。
優(yōu)選地，所述的端氨基聚醚為端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T3000、端氨基聚醚T403中一種或多種的混合物。
更優(yōu)選地，所述的端氨基聚醚由端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T3000、端氨基聚醚T403混合而成，所述端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T3000、端氨基聚醚T403的質(zhì)量比為(1-3)：(1-3)：(1-3)。
優(yōu)選地，所述的胺類擴鏈劑為3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺中一種或多種的混合物。
更優(yōu)選地，所述的胺類擴鏈劑由3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺混合而成，所述3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺的質(zhì)量比為(1-3)：(1-3)：(1-3)。
優(yōu)選地，所述的聚醚多元醇的羥值為20-60mgKOH/g，可以為聚醚DL-2000D、聚醚DL-2000D、聚醚DL-4000D、聚醚MN-3050D中一種或多種組成。
本發(fā)明還提供了上述高強度高鐵防水材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)按配比將聚醚多元醇和增塑劑加入反應(yīng)釜中，將溫度升至95-100℃并減壓至-0.092MPa～-0.096MPa真空脫水60-90分鐘后去除真空，降溫至75-85℃加入雙(4-異氰酸酯基苯基)甲烷和石墨烯/甲烷磺酸溶液以轉(zhuǎn)速為300-600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?-3小時，最后加入助劑以轉(zhuǎn)速為300-600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?-15分鐘，降溫至55-65℃，過濾，得到A組分；
(2)按配比將端氨基聚醚、胺類擴鏈劑加入反應(yīng)釜中，將溫度升至105-115℃并減壓至-0.092MPa～-0.096MPa真空脫水1-2小時后去除真空，然后降溫至55-65℃以轉(zhuǎn)速為300-600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0-20分鐘，降溫至55-65℃，過濾，得到B份；
(3)將A組分與B組分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚣吹谩?/p>
本發(fā)明提供的高強度高鐵防水材料，創(chuàng)新性地在聚脲A組分中成功引入納米級改性石墨烯組分，并成功解決了最為關(guān)鍵的三個問題：一、石墨烯在聚脲基體中的分散；二、石墨烯與聚脲之間的作用力；三、在制備石墨烯復(fù)合聚脲時保持了石墨烯本身優(yōu)良的物理性能。經(jīng)納米級石墨烯改性后的聚脲涂層展示了優(yōu)異的拉伸強度和延伸率，解決了目前現(xiàn)有技術(shù)所合成聚脲材料的機械強度和涂膜彈性和柔韌性互為蹺蹺板的矛盾，因為納米級石墨烯增加了聚脲分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高了涂膜的撕裂強度，實現(xiàn)了各項性能指標(biāo)的極大突破。同時，由于添加的石墨烯對聚脲A組分中MDI和B組分的氨基擴鏈劑都能形成不同程度的反應(yīng)結(jié)合，因此一定程度阻礙了傳統(tǒng)聚脲在噴涂過程中的A組分和B組分的瞬間反應(yīng)過程，降低了對操作工人的技術(shù)要求，解決了傳統(tǒng)聚脲“快速反應(yīng)、瞬間固化”的雙刃效應(yīng)，實現(xiàn)了更加穩(wěn)定、更加容易操作的工藝；同時本發(fā)明通過合理的配比，優(yōu)選出適合高強度高鐵防水材料的端氨基聚醚、胺類擴鏈劑種類及用量，具有優(yōu)異的物理機械性能、耐溫性、耐候性、耐化學(xué)介質(zhì)性及突出的耐磨性，施工方便，效率高
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的說明，以下所述，僅是對本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更為同等變化的等效實施例。凡是未脫離本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以下實施例所做的任何簡單修改或等同變化，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
實施例中各原料介紹：
雙(4-異氰酸酯基苯基)甲烷，CAS號：101-68-8。
聚醚DL-2000D，采用山東藍(lán)星東大化工有限責(zé)任公司提供的牌號為DL-2000D，羥值為36-39mgKOH/g的聚醚多元醇。
鄰苯二甲酸二辛酯，CAS號：117-84-0。
磷酸三苯酯，CAS號：115-86-6。
端氨基聚醚根據(jù)平均官能度的不同，分為T系列和D系列兩種類型；其中Huntsman公司生產(chǎn)的T系列端氨基聚醚結(jié)構(gòu)式如下：
端氨基聚醚T5000，采用HUNTSMAN公司提供的T5000端氨基聚醚，相對分子質(zhì)量為5000。
端氨基聚醚T3000，采用HUNTSMAN公司提供的T3000端氨基聚醚，相對分子質(zhì)量為3000。
端氨基聚醚T403，采用HUNTSMAN公司提供的T403端氨基聚醚，相對分子質(zhì)量為400。
3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺，其結(jié)構(gòu)式如下：
4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷，其結(jié)構(gòu)式如下：
3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺，其結(jié)構(gòu)式如下：
石墨烯/甲烷磺酸溶液制備：首先將石墨粉(CAS號：7782-42-5)分散在甲烷磺酸(CAS號：75-75-2)中，其中石墨粉與甲烷磺酸的質(zhì)量為1：10，得到混合液；將體系密封，避免與空氣接觸，并將混合液在超聲儀中以超聲分散2小時，超聲頻率為20KHz；隨后將超聲完成的混合液在3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心90分鐘除去未剝離的石墨顆粒；石墨烯在甲烷磺酸中得到分離和改性。得到石墨烯/甲烷磺酸溶液。
實施例1
高強度高鐵防水材料，A組分和B組分的質(zhì)量比為1：1。A組分原料(重量份)：聚醚DL-2000D 100份、鄰苯二甲酸二辛酯5份、雙(4-異氰酸酯基苯基)甲烷14份、石墨烯/甲烷磺酸溶液10份、磷酸三苯酯6份。B組分原料(重量份)：端氨基聚醚66份、胺類擴鏈劑30份。
所述的端氨基聚醚由端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T3000、端氨基聚醚T403按質(zhì)量比為1：1：1攪拌混合均勻得到。
所述的胺類擴鏈劑由3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺按質(zhì)量比為1：1：1攪拌混合均勻得到。
高強度高鐵防水材料的制備：
(1)按配比將聚醚DL-2000D和鄰苯二甲酸二辛酯加入反應(yīng)釜中，將溫度升至98℃并減壓至-0.095MPa真空脫水70分鐘后去除真空，降溫至80℃，加入雙(4-異氰酸酯基苯基)甲烷和石墨烯/甲烷磺酸溶液，保持溫度為80℃，以轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?.5小時，最后加入磷酸三苯酯以轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0分鐘，降溫至60℃，然后用120目鐵網(wǎng)過濾，得到A組分；
(2)按配比將端氨基聚醚、胺類擴鏈劑加入反應(yīng)釜中，將溫度升至110℃并減壓至-0.094MPa真空脫水1.5小時后去除真空，然后降溫至60℃并保持溫度為60℃以轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?5分鐘，降溫至60℃，然后用120目銅網(wǎng)過濾，得到B份；
(3)將A組分與B組分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?。得到實施?的高強度高鐵防水材料。
實施例2
與實施例1基本相同，區(qū)別僅在于：所述的端氨基聚醚由端氨基聚醚T3000、端氨基聚醚T403按質(zhì)量比為1：1攪拌混合均勻得到。。得到實施例2的高強度高鐵防水材料。
實施例3
與實施例1基本相同，區(qū)別僅在于：所述的端氨基聚醚由端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T403按質(zhì)量比為1：1攪拌混合均勻得到。。得到實施例3的高強度高鐵防水材料。
實施例4
與實施例1基本相同，區(qū)別僅在于：所述的端氨基聚醚由端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T3000按質(zhì)量比為1：1攪拌混合均勻得到。。得到實施例4的高強度高鐵防水材料。
實施例5
與實施例1基本相同，區(qū)別僅在于：所述的胺類擴鏈劑由4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺按質(zhì)量比為1：1攪拌混合均勻得到。得到實施例5的高強度高鐵防水材料。
實施例6
與實施例1基本相同，區(qū)別僅在于：所述的胺類擴鏈劑由3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺按質(zhì)量比為1：1攪拌混合均勻得到。得到實施例6的高強度高鐵防水材料。
實施例7
與實施例1基本相同，區(qū)別僅在于：所述的胺類擴鏈劑由3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷按質(zhì)量比為1：1攪拌混合均勻得到。得到實施例7的高強度高鐵防水材料。
測試?yán)?
對實施例1-7制備得到的高強度高鐵防水材料常規(guī)指標(biāo)進行測試。測試方法見表1，具體測試結(jié)果見表2。
表1：測試方法和儀器表
表2：常規(guī)指標(biāo)測試結(jié)果表
比較實施例1與實施例2-4，實施例1(端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T3000、端氨基聚醚T403復(fù)配)常規(guī)指標(biāo)明顯優(yōu)于實施例2-4(端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T3000、端氨基聚醚T403中任意二者復(fù)配)。比較實施例1與實施例5-7，實施例1(3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺復(fù)配)常規(guī)指標(biāo)明顯優(yōu)于實施例5-7(3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺中任意二者復(fù)配)。
測試?yán)?
對實施例1-7制備得到的高強度高鐵防水材料的阻燃性能進行測試。具體測試結(jié)果見表3。
表3：阻燃性能測試表
發(fā)明人意外的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明復(fù)配的端氨基聚醚、胺類擴鏈劑對阻燃性能也取得了協(xié)同增效的技術(shù)效果，其具體機理有待發(fā)明人進一步研究。比較實施例1與實施例2-4，實施例1(端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T3000、端氨基聚醚T403復(fù)配)阻燃性能明顯優(yōu)于實施例2-4(端氨基聚醚T5000、端氨基聚醚T3000、端氨基聚醚T403中任意二者復(fù)配)；比較實施例1與實施例5-7，實施例1(3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺復(fù)配)阻燃性能明顯優(yōu)于實施例5-7(3,5-二乙基-2,4-甲苯二胺、4,4ˊ-雙仲丁氨基二苯基甲烷、3,5-二甲硫基-2,4甲苯二胺中任意二者復(fù)配)。