一种管道修复用导电改性聚氨酯复合涂料及其制备方法与流程

本发明涉及市政管道修复材料，具体涉及一种管道修复用导电改性聚氨酯复合涂料及其制备方法。

背景技术：

1、市政管道（如污水管、雨水管、供水管）在长期使用过程中，易因腐蚀、老化、地基沉降等因素出现破损、渗漏问题，影响管道正常运行。目前，聚氨酯喷涂修复法因固化速度快、抗渗性能好、施工灵活等优势，被广泛应用于市政管道原位修复。

2、但现有聚氨酯修复涂料为绝缘材料，仅能实现“防渗修复”的单一功能，无法满足管道修复后破损快速检测的需求。当管道再次发生破损时，需采用cctv检测、声呐检测等传统方法排查破点，存在检测效率低、漏检率高、成本高的问题，尤其对于长距离、隐蔽性强的管道，传统检测方法难以快速精准锁定破点，严重影响运维效率。同时，部分聚氨酯涂料的力学强度不足，在管道轻微变形或外力冲击下易出现二次破损，修复耐久性有待提升。

3、为解决上述问题，急需开发一种兼具“修复补强”和“导电检测”一体化的智能聚氨酯复合涂料，通过在涂料中引入导电填料构建导电网络，使修复后的管道涂层具备导电性能，当管道破损时，导电网络被破坏，可通过电信号变化快速定位破点；同时，导电填料还需能协同提升涂料的力学强度，延长修复管道的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的

2、针对现有聚氨酯管道修复涂料功能单一、力学强度不足、修复后破损检测困难的缺陷，本发明提供一种管道修复用导电改性聚氨酯复合涂料及其制备方法，实现“修复补强+导电检测”一体化功能，提升管道修复质量和运维效率。

3、技术方案

4、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

5、一种管道修复用导电改性聚氨酯复合涂料，包括用于市政管道非开挖原位喷涂修复的双组分聚氨酯体系，所述双组分体系分为a组分和b组分，所述a组分与b组分的施工质量比为0.9:1~1.1:1，体系nco基团与活泼氢基团的摩尔比（r值）控制在1.05~1.30。

6、所述a组分为以多亚甲基多苯基异氰酸酯（papi）为原料合成的端nco聚氨酯预聚体，预聚体中nco质量分数为12%~18%；选用papi为原料，其官能度为2.7~3.2，nco质量分数为30%~32%，反应活性适中，挥发性低，无游离tdi带来的毒性风险，适配管道密闭空间施工要求；通过预聚体合成，可精准控制体系反应活性，避免纯异氰酸酯单体反应过快导致的堵枪、固化不均、发泡等问题，同时保障涂层交联结构均匀，兼顾强度与弹性。

7、所述b组分按质量份数计，包括以下组分：官能度2~3、分子量2000~4000、羟值35~70mgkoh/g的聚醚多元醇40~60份、导电填料1.5~6份、分散剂0.5~2份、偶联剂0.3~1.2份、抗氧剂0.2~0.8份、扩链剂2~5份。

8、所述导电填料为碳系填料、金属系填料中的一种或两种及以上的复配，所述碳系填料为石墨烯、多壁碳纳米管、导电炭黑中的至少一种，所述金属系填料为经钝化处理的镀镍石墨粉。本发明通过导电填料的复配协同，可在低掺量下构建连续、稳定的三维导电网络，大幅降低渗流阈值，避免高填料掺量导致的涂料黏度激增、力学性能下降、喷涂性能变差的问题；同时导电填料可与聚氨酯基体形成界面增强效应，协同提升涂层的拉伸强度、耐磨性与抗老化性能。

9、进一步地，当导电填料为多壁碳纳米管与导电炭黑复配时，二者质量比为1:1~1:3，总掺量为2.5~5份。该复配体系中，一维线性结构的多壁碳纳米管可搭建导电网络的主干骨架，零维球形结构的导电炭黑可填充骨架间隙，形成“骨架-填充”式三维导电网络，相比单一填料，可在更低掺量下实现稳定的导电性能，同时避免碳纳米管缠绕团聚带来的分散难题，兼顾导电性、分散性与力学性能。

10、进一步地，当导电填料为石墨烯时，掺量为0.5~2份。石墨烯具有超高的比表面积与载流子迁移率，少量掺量即可构建连续导电网络，同时其片层结构可在聚氨酯基体中形成“迷宫式”防渗结构，显著提升涂层的抗渗性能与耐介质腐蚀性能。

11、进一步地，当导电填料为镀镍石墨粉时，掺量为3~6份。镀镍石墨粉兼具石墨的耐腐蚀性与金属镍的高导电性，导电性能长期稳定，不易因管道内污水介质腐蚀而失效，适配对导电灵敏度、长期稳定性要求高的污水管道修复场景。

12、进一步地，所述分散剂为聚羧酸盐类分散剂或聚丙烯酸酯类分散剂，可通过空间位阻效应有效抑制导电填料的团聚，提升填料在聚醚多元醇中的分散稳定性与储存稳定性；所述偶联剂为氨基硅烷偶联剂kh-550，可在导电填料与聚氨酯基体之间搭建化学键桥，显著提升填料与基体的界面结合力，避免填料与基体剥离，保障涂层长期运行的力学稳定性与导电稳定性；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010，可有效抑制聚氨酯基体的热氧老化，延长修复涂层的使用寿命；所述扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇中的至少一种，可调节聚氨酯基体的交联密度，进一步平衡涂层的拉伸强度与断裂伸长率。

13、进一步地，所述b组分还包括0.5~1.5份的潜伏型改性脂肪族胺低温固化促进剂，可使涂料在5℃以下低温环境中正常固化，拓展冬季低温施工的适用场景；同时潜伏型固化促进剂常温下不与聚醚多元醇发生反应，可保障b组分的储存稳定性，避免常规胺类固化剂导致的体系黏度上升、凝胶失效的问题。

14、本发明还提供上述管道修复用导电改性聚氨酯复合涂料的制备方法，包括a组分制备工艺、b组分制备工艺与成品封装步骤。

15、所述a组分制备工艺包括以下步骤：

16、t1：按配方称取papi与聚醚多元醇，聚醚多元醇需提前在110℃、-0.1mpa真空条件下脱水2h，至水分含量≤0.05%；将papi加入氮气保护的反应釜中，升温至40℃，缓慢滴加脱水后的聚醚多元醇，滴加完成后升温至75~80℃，保温反应3~4h；

17、t2：反应完成后，采用二正丁胺法检测体系nco含量，达到设计值后，降温至40℃以下，过滤出料，充氮密封保存，得到a组分。

18、所述b组分实验室制备工艺包括以下步骤：

19、s1：按质量份数称取聚醚多元醇、导电填料、分散剂、偶联剂、抗氧剂、扩链剂，若需添加低温固化促进剂则一并称取；

20、s2：将聚醚多元醇加入搅拌设备中，依次加入分散剂、偶联剂、抗氧剂、扩链剂，在转速1000~1500r/min下搅拌5~10min，使助剂均匀分散在聚醚多元醇中，得到预混合液；

21、s3：向预混合液中加入导电填料，先以转速2000~3000r/min高速剪切搅拌15~25min，打破填料的初始团聚体，再进行超声分散10~20min，超声功率为400~600w，利用超声空化效应进一步细化填料团聚粒径，分散过程中采用循环冷却水控制体系温度不超过40℃，避免高温导致聚醚多元醇氧化或助剂失效，得到分散中间体；

22、s4：采用激光粒度仪检测分散中间体中导电填料的团聚粒径，要求90%de粒径≤5μm，若不满足则重复步骤s3，合格后得到b组分。

23、所述成品封装步骤为：将制备好的a组分与b组分按施工质量比分别密封封装于耐压料罐中，充氮保护，即得到管道修复用导电改性聚氨酯复合涂料。

24、有益效果

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、1.实现“修复+检测”一体化功能：通过合理选择导电填料并优化掺量，在聚氨酯涂料中构建连续、稳定导电网络，使涂料体积电阻率达到102~104ω·cm，修复后的管道涂层具备稳定导电性能；当管道发生破损时，导电网络被破坏，可通过专业检测设备捕捉电信号突变，快速精准定位破点，检测效率较传统方法提升50%以上，大幅降低运维成本。

27、2.力学性能显著提升：导电填料与聚氨酯基体协同作用，使复合涂料的拉伸强度≥18mpa（较普通聚氨酯涂料有极大提升），同时保留聚氨酯的高弹性（断裂伸长率≥240%），能适应管道因温度变化、地基沉降引起的微小变形，避免涂层二次破损，延长修复管道的使用寿命至20~30年。

28、3.适配性强、施工兼容：本发明涂料为双组分体系，a、b组分混合后可直接采用现有高压喷涂设备施工，无需改造施工工艺；通过调整导电填料类型和掺量，可适配污水管、雨水管、供水管等不同腐蚀环境和导电检测需求，同时可添加低温固化剂适应低温施工场景。

29、4.制备工艺稳定可控：采用“高速剪切+超声分散”的复合分散工艺，结合粒径检测控制，确保导电填料均匀分散，避免因填料团聚导致导电性能波动；制备过程无需复杂设备，易于工业化生产。