一种涂覆于纤维混凝土墙体的聚脲涂层材料及制备方法与流程

1.本发明属于功能性涂层材料制备领域，特别适用于涂覆于纤维混凝土墙体的新型聚脲弹性体。


背景技术：

2.生活中，建筑物的破坏往往会受到动荷载而破坏，比如爆炸事件、地震等；虽然这些荷载作用时间短，但是对建筑物的冲击力很大，而且建筑物的墙体又是比较薄弱，墙体的突然破坏会导致人员伤亡和财产损失。为减少墙体破坏，保证冲击爆炸下墙体的完整性，国内外学者针对结构抗爆耐冲击开展了一系列研究。可以在墙体中配筋以及增加墙厚，从而提高墙体抗爆抗冲击性能，也可以采用钢板或者夹芯板加固，这些措施会提高一定的防护性能，但是不能从根本上提高墙体防护性能。墙体破坏时碎片还是会飞溅，同时增加了墙体自重，大幅增加经济成本。因此，亟需研制在爆炸冲击荷载作用下具备强防护能力新型防护结构材料。
3.与传统的混凝土相比纤维混凝土有显著的优势，延缓混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。但是纤维混凝土在爆炸冲击荷载还是会产生大量碎片飞溅，造成严重的二次伤害，还是没能解决墙体在爆炸冲击荷载作用下的防护。随着材料制备技术的发展，近来在防灾减灾领域出现了一种新兴的聚合物材料
‑
聚脲弹性体，聚脲涂料具有强度高、韧性好、抗冲击性能佳、与混凝土基材粘接力强；能极大降低混凝土的破坏，增加其抗爆能力，减少爆炸产生的碎片，削弱碎片飞溅对人体产生的危害。
4.通过上述应用需求可以看出，研发涂覆于纤维混凝土聚脲弹性体既可以弥补混凝土墙体在爆炸冲击防护领域应用的不足，又可以发挥聚脲材料的固有优势，同时提高混凝土防水性，在军民两用工程防护设施上有广阔的应用空间。所以亟需研发专涂覆于纤维混凝土聚脲弹性体。


技术实现要素：

5.针对应用于涂覆于纤维混凝土墙体的新型聚脲弹性体涂料产品的缺乏和其宽广的应用前景，本发明公开了一种用于涂覆于纤维混凝土墙体的新型聚脲弹性体及其制备方法。
6.为了达到以上效果，本发明采取以下实施方案：
7.一种用于涂覆于纤维混凝土墙体的新型聚脲弹性体涂料，是由a组分异氰酸酯半预聚体和b组分端氨基聚醚、胺类扩链剂以及功能性助剂组成的固化剂经高温高压碰撞雾化混合工艺喷涂成型的双组份涂层材料。其中所述a组分由为异氰酸酯45～60质量份、聚醚多元醇40～55质量份经加热、真空脱水等工艺反应而成；所述b组分由为端氨基聚醚55～65质量份、胺类扩链剂26～35质量份、助剂6～10质量份经搅拌混合、真空脱水而成。
8.进一步的验证优选，所述a组分异氰酸酯半预聚体中的
‑
nco含量为14～17.5％，所
述异氰酸酯半预聚体主要由过量的芳香族二异氰酸酯、聚醚多元醇反应而得。
9.进一步的验证优选，所述芳香族二异氰酸酯为二甲基二苯基甲烷二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、4,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸与2,4
’‑
二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种组合
10.进一步的验证优选，所述聚醚多元醇为聚环氧丙烷二醇、三羟基聚氧化丙烯醚、聚四氢呋喃醚二醇，氧化丙烯四醇中的一类或几类组合。
11.进一步的验证优选，所述b组分中端氨基聚醚为huntsman公司jeffamine系列中的d
‑
2000和t
‑
5000组合，两者建议用量比为8～12:1。
12.进一步的验证优选，所述b组分中胺类扩链剂优选自3,5
‑
二乙基甲苯二胺、4,4，
‑
双仲丁氨基二苯基甲烷组合，优选用量比为2.5～0.8:1。
13.进一步的验证优选，所述b组分中功能性助剂为流平剂、消泡剂、分散剂、偶联剂和抗氧化剂。
14.进一步的验证优选，所述流平剂为byk化学公司的byk
‑
354，优选0.6～1.5质量份。
15.进一步的验证优选，所述消泡剂为高效有机硅消泡剂byk
‑
066n，优选0.6～1.5质量份。
16.进一步的验证优选，所述润湿分散剂为byk
‑
164，优选0.8～1.5质量份。
17.进一步的验证优选，所述偶联剂为γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷kh
‑
550，优选0.8～1.5质量份。
18.进一步的验证优选，所述抗氧化剂为3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯丙酸异辛酯，优选0.8～1.5质量份。
19.进一步的验证优选，所述聚脲涂层材料的异氰酸酯指数为0.9～1.1，a组分和b组分在室温下粘度保持在600mpa
·
s以下，按体积比1:1混合喷涂而成。
20.本发明还提供了一种应用于泡沫铝的抗爆耐冲击聚脲涂层材料制备方法，包含如下关键步骤：
21.(1)运行高温循环泵以干燥反应场所，连接水循环真空泵在玻璃反应釜内形成真空环境(使得釜内温度达到100～120℃，真空度≤0.095mpa)。将已称量的聚醚多元醇加入干燥的玻璃反应釜中，减压脱水3～5h，待含水率≤0.05％时停止脱水。其次，将真空脱水的聚醚多元醇加入恒压漏斗/吊瓶内，利用真空泵和氮气装置往复三次在釜体内形成氮气保护环境。最后，调整釜内温度至60℃左右并开始滴加聚醚多元醇，升温至80℃时聚醚多元醇正好滴完，搅拌反应2小时出料，即得异氰酸酯半预聚体a组分；
22.(2)首先，将端氨基聚醚、液态胺类扩链剂、和助剂依次加入料桶，利用高速分散机在500r/min转数下搅拌，保证原料混合均匀。其次，将均匀混合的原料置于双层玻璃反应釜中减压脱水3～5h，并检测其含水率，待含水率≤0.005出料，过滤封装即得固化剂b组分；
23.(3)将制备的a组分和b组分原料装入选自京华派克的高温高压喷涂机，温度设定为55～75℃，喷涂流量设定为2200～2500kg/min，按体积比1:1喷涂于纤维混凝土墙面，即可制得用于纤维混凝土墙体的新型聚脲弹性体涂层。
24.本发明所述的用于涂覆于纤维混凝土墙体的新型聚脲弹性体涂料优势在于：通过调整聚脲涂料的不同含量的配比，得到最佳的涂覆纤维混凝土的新型聚脲弹性体。增加了聚脲的抗冲击性能，提高了聚脲涂层和混凝土基材面结合力，能极大的增加基材的抗爆性。
同时，本发明合成的聚脲涂料具有强度高、韧性好、良好的防水性能等特点，可涂覆于纤维混凝土墙体结构，形成新型的防爆建筑结构；在军民两用工程防护设施上有重要的应用价值。
具体实施方式
25.下面将结合具体实施样例对本发明的技术方案进行阐述，以便较好的理解应用本发明。
26.实施例1
27.本实施例提供了一种用于涂覆于纤维混凝土墙体的新型聚脲弹性体涂料，所述制备原料和配比为：a组分按质量百分比计，异氰酸酯mdi
‑
50 48份，聚醚多元醇52份；b组分按质量百分比计，端氨基聚醚jeffamine d
‑
2000 60份，端氨基聚醚jeffamine t
‑
5000 5份，万华3,5
‑
二乙基甲苯二胺e100 22份，万华4,4
’‑
双仲丁氨基二苯基甲烷w62009.3份，流平剂byk
‑
3541份，消泡剂byk
‑
066n 0.5份，润湿分散剂byk
‑
164 1份，道康宁偶联剂kh
‑
550 0.5份，巴斯夫抗氧化剂1135 0.5份，天蓝色色浆0.2份。
28.本实施例所用聚脲涂层材料的制备方法如下：
29.(1)将聚氧化丙烯二醇ppg
‑
2000按质量份数添加到反应釜中，在100℃温度下减压脱水2.5h，直至含水率≤0.05％，随后降温至60℃添加异氰酸酯mdi
‑
50，升温至80℃反应保持1～2h，反应完成后降温至40℃出料，检测半预聚体中
‑
nco含量达到15.5％时，即得异氰酸酯半预聚体a组分存放于充氮保护的密闭容器中；
30.(2)将胺类扩链剂e100和w6200、端氨基聚醚d
‑
2000和t
‑
5000、功能性助剂按质量份数依次添加到密闭反应釜中，均匀搅拌1h，在100℃温度下减压脱水2h，利用卡尔
·
费休法测定含水率≤0.05％；过滤封装即得固化剂b组分；
31.(3)随后将制备的a组分和b组分原料装入jhpk
‑
dd3型高温高压喷涂机料筒，温度设定为70℃，喷涂流量设定为2300kg/min，按体积比1:1喷涂于纤维混凝土表面，制得用于纤维混凝土墙面的防护聚脲弹性体涂层材料。
32.实施例2
33.本实施例提供了一种用于涂覆于纤维混凝土墙体的新型聚脲弹性体涂料，所述制备原料和配比为：a组分按质量百分比计，万华异氰酸酯mdi
‑
50 52份，聚四氢呋喃醚二醇48份；b组分按质量百分比计，端氨基聚醚jeffamine d
‑
2000 62份，端氨基聚醚jeffamine t
‑
5000 4份，万华3,5
‑
二乙基甲苯二胺e100 22份，万华4,4
’‑
双仲丁氨基二苯基甲烷w6200 7.3份，流平剂byk
‑
354 1份，消泡剂byk
‑
066n 0.5份，润湿分散剂byk
‑
164 1份，道康宁偶联剂kh
‑
550 0.5份，巴斯夫抗氧化剂1135 0.5份，天蓝色色浆0.2份。
34.本实施例所用聚脲涂层材料的制备方法如下：
35.(1)将聚四氢呋喃醚二醇按质量份数添加到反应釜中，在100℃温度下减压脱水2.5h，直至含水率≤0.05％，随后降温至60℃添加异氰酸酯，升温至80℃反应保持2～3h，反应完成后降温至40℃出料，检测半预聚体中
‑
nco含量达到15.5％时，即得异氰酸酯半预聚体a组分存放于充氮保护的密闭容器中；
36.(2)将胺类扩链剂e100和w6200、端氨基聚醚d
‑
2000和t
‑
5000、功能性助剂按质量份数依次添加到密闭反应釜中，均匀搅拌1h，在100℃温度下减压脱水2h，利用卡尔
·
费休
法测定含水率≤0.05％，过滤封装即得固化剂b组分；
37.(3)随后将制备的a组分和b组分原料装入jhpk
‑
dd3型高温高压喷涂机料筒，温度设定为70℃，喷涂流量设定为2300kg/min，按体积比1:1喷涂于纤维混凝土表面，制得用于纤维混凝土墙面的防护聚脲弹性体涂层材料。
38.实施例3
38.本实施例提供了一种用于涂覆于纤维混凝土墙体的新型聚脲弹性体材料，所述制备原料和配比为：a组分按质量百分比计，万华异氰酸酯mdi
‑
50 55份，聚环氧丙烷二醇45份；b组分按质量百分比计，端氨基聚醚jeffamine d
‑
2000 51份，端氨基聚醚jeffamine t
‑
5000 7份，万华3,5
‑
二乙基甲苯二胺e100 17.3份，万华4,4
’‑
双仲丁氨基二苯基甲烷w6200 20份，流平剂byk
‑
354 1份，消泡剂byk
‑
066n 0.5份，润湿分散剂byk
‑
164 1份，道康宁偶联剂kh
‑
550 0.5份，巴斯夫抗氧化剂1135 0.5份，天蓝色色浆0.2份。
39.本实施例所用聚脲涂层材料的制备方法如下：
40.(1)聚环氧丙烷二醇按质量份数添加到反应釜中，在100℃温度下减压脱水2.5h，直至含水率≤0.05％，随后降温至60℃添加异氰酸酯，升温至80℃反应保持2～3h，反应完成后降温至40℃出料，检测半预聚体中
‑
nco含量达到15.5％时，即得异氰酸酯半预聚体a组分存放于充氮保护的密闭容器中；
41.(2)将胺类扩链剂e100和w6200、端氨基聚醚d
‑
2000和t
‑
5000、功能性助剂按质量份数依次添加到密闭反应釜中，均匀搅拌1h，在100℃温度下减压脱水2h，利用卡尔
·
费休法测定含水率≤0.05％，过滤封装即得固化剂b组分；
42.(3)随后将制备的a组分和b组分原料装入jhpk
‑
dd3型高温高压喷涂机料筒，温度设定为70℃，喷涂流量设定为2300kg/min，按体积比1:1喷涂于纤维混凝土表面，制得用于纤维混凝土墙面的防护聚脲弹性体涂层材料。
44.所述实施例中用于制得用于纤维混凝土墙面的防护聚脲弹性体涂层材料。主要性能指标如下表所示：
43.[0044][0045]
表格中性能指标表明，本发明合成的聚脲涂层材料不但具有优异的力学性能，而且具有强度高、韧性好、抗冲击性能佳、与纤维混凝土基材粘接力强，达到了本发明的预期目的。
[0046]
需要说明的是，以上实施案例只是为了阐明本发明的具体实施方式，但本发明并不局限于上述实施案例内容。对于本领域内的技术工作人员而言，在本发明技术构思方案和原理框架内实施的简单修改和变型等，都没有脱离本发明所述的权利要求保护范围。