农业灌溉混凝土排水渠、输水管用单组分聚脲防护涂料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种农业灌溉混凝土排水渠、输水管用单组分聚脲防护涂料，包括异氰酸酯20-70份，聚醚多元醇50-85份，位阻胺化合物4-24份，溶剂15-40份，填料10-40份，助剂2-5份，颜料1-3份，催化剂1-3份。本发明提供的单组分聚脲防护涂料的合成中加入了位阻胺化合物，从而组分中引入了脲基团，增加了组分的极性，增加了材料硬段的吸引力，使材料更加致密，提高了材料的耐油性、耐介质性的、耐微生物的性能。同时，本发明的单组分聚脲的力学性能远远高于常规的单组分聚氨酯。
【专利说明】农业灌溉混凝土排水渠、输水管用单组分聚脲防护涂料及 其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及聚脲技术，尤其涉及一种农业灌溉混凝土排水渠、输水管用单组分聚 脲防护涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着农业经济的发展以及农业灌溉系统的日益完善，输水系统的建设显得格外重 要。农业输水系统中使用的排水渠、输水管多为混凝土材质，具有易生产、抗冲击、抗压、耐 磨等优点，其敷设一般采用埋地、半埋地方式，在农业输水、灌溉中起着举足轻重的作用。但 由于混凝土呈碱性，为多孔性材料，其内部结构中含有大量的毛细微孔，这些毛细微孔为气 体和液体的流通提供通道。当混凝土基材与周围的介质接触时，介质中的酸、碱、盐等腐蚀 性物质，通过微孔进入混凝土内部，引起腐蚀。这种现象是十分普遍的。混凝土基材遭到腐 蚀后，其结构、机械性能都将受到影响，缩短了混凝土排水渠、输水管道的使用寿命，严重的 可能造成泄漏、坍塌。
[0003] 混凝土常见的腐蚀有物理侵蚀和化学腐蚀。物理侵蚀：土壤介质将混凝土中易溶 成分如氢氧化钙溶解出来，混凝土的PH值降低，孔隙率增大，强度降低，使腐蚀介质更容易 进入混凝土内部，这种侵蚀反复进行，导致混凝土结构遭破坏。同时，混凝土内的某些盐类 随着水的侵入、流出，不断的重复溶解、结晶过程，结晶的反复生长对混凝土孔壁造成极大 的结晶压力，引入混凝土膨胀裂开，混凝土的冻融循环破坏就是一个鲜明的例子。化学侵蚀 包括二氧化碳的碳化作用、氯离子的侵蚀以及酸碱盐等物质的腐蚀。空气或水中的二氧化 碳与混凝土中的氢氧化钙、水化硅酸钙反应，起碳化作用，导致混凝土的碱性降低，出现分 化现象。环境介质中的氯离子与混凝土中的氢氧化钙等反应，生成易溶于水的氯化钙和带 有大量结晶水、比反应物体积大好几倍的固相化合物，引起混凝土膨胀破坏。酸碱盐等介质 的侵蚀都会引起混凝土结构的破坏。混凝土基材的防水、防护非常重要。
[0004] 混凝土排水渠、输水管道接口是整个管线中最重要的结构部分，由于结构、施工和 使用的复杂性，在混凝土管线中是遭受腐蚀最为严重的部位。做好接头处的防水、防腐就显 得格外重要。
[0005] 聚脲材料是近几年发展起来的一种固化成型快、便于施工的环保型材料。其以拉 伸强度高、柔韧性好，以及防水、防腐蚀、耐磨、抗湿滑、抗热冲击、耐低温和装饰性好等优良 性能，受到人们越来越多的青睐，在防腐涂层和耐磨涂层等大面积方面快速涂装方面独具 特色。聚脲材料兼具优异的物理性能、防腐性能和施工性能，是防水、防腐工程中的首选材 料。目前喷涂聚脲涂料在混凝土基材的防护中应用日益广泛。
[0006] 喷涂聚脲弹性体技术以异氰酸酯类化合物为A组分、胺类化合物为B组分在无催 化剂的情况下经聚脲喷涂设备（聚脲喷涂机）快速喷涂反应生成弹性体材料。喷涂聚脲弹 性体技术运用了撞击混合原理，反应活性极高的A组分和B组分液体在高压驱动下相互撞 击，经枪体混合室内湍流混合，通过喷枪后雾化，在极短适用期内喷涂在基面上，形成整体、 强韧的弹性体涂层。
[0007] 喷涂聚脲弹性体技术因 A组分和B组分的凝胶时间短，必须使用昂贵的喷涂设备 才能喷涂施工。该聚脲喷涂机价格昂贵（20-30万）、结构复杂，主要包括用于容纳A组分的 提料泵、用于容纳B组分的搅拌器和提料泵、主机、加热熟料管和喷枪，所述提料泵和搅拌 器分别通过管路与主机连接，所述主机通过加热熟料管与喷枪连接。喷涂聚脲弹性体技术 对小面积或小工程施工时成本昂贵，不利于推广，工程施工受限，阻碍了聚脲材料的发展。 而且喷涂聚脲喷涂后凝胶时间短，仅有短短的数十秒，固化速度快，在结点、拐角、管道封口 等处的施工时，易出现喷涂厚度不均匀，漏喷等现象，不利于在狭窄、复杂的环境、工况中施 工，阻碍了聚脲材料的发展应用。即现有喷涂聚脲弹性体技术，设备价格昂贵，小规模施工 成本高昂。且该类材料固化速度快，在复杂界面施工繁琐，严重影响了施工质量。农业灌溉 用输水管线的铺设多在广阔的野外进行，缺油、缺电，严重制约了喷涂机的使用。且昂贵的 设备价格，环境的复杂性及施工的困难性，影响了喷涂聚脲在农业中的发展。
[0008] 为了解决上述问题，亟需一种施工方便、无需精确配比、力学性能优越的单组分聚 脲，通过简单的刷涂、刮涂等方式即可满足对混凝土防护。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于，针对上述现有双组分喷涂聚脲在农业灌溉用混凝土输水系统 中遇到的问题，提出一种混凝土排水渠、输水管用单组分防水、防护聚脲涂料。该单组分聚 脲涂料凝胶时间长、使用方便，可手工刷涂、刮涂，便于施工，且机械性能、附着力等方面与 喷涂聚脲趋于一致。
[0010] 为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
[0011] 一种农业灌溉混凝土排水渠、输水管用单组分聚脲防护涂料，包括重量配比如下 的各组分：异氰酸酯20-70份，优选33-45份；聚醚多元醇50-85份，优选60-80份；位阻胺 化合物4-24份，优选5-15份；溶剂15-40份，优选25-35份，填料10-40份，优选15-35份； 助剂2-5份，优选3-4份；颜料1-3份，优选1-2份；催化剂1-3份，优选1-2份。其中，所述 异氰酸酯为脂肪族异氰酸酯和芳香族异氰酸酯。
[0012] 进一步的，本发明中所述芳香族异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI)、二苯基甲烷二 异氰酸酯（MDI)和对苯二异氰酸酯中的一种或多种。
[0013] 进一步的，本发明所述脂肪族异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI)、4, 4'二环 己基甲烷二异氰酸酯（HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯（HDI)及其三聚体中的一种或多种。
[0014] 进一步的，本发明中所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯醚多元醇和/或聚四氢呋喃多 元醇。所述聚醚多元醇进一步优选分子量分别为1000、2000、3000的聚氧化丙烯醚二醇，分 子量分别为1000、2000、3000的聚氧化丙烯醚三元醇，分子量分别为650、1000、2000的聚四 氢呋喃二醇中的一种或多种。
[0015] 进一步的，所述位阻胺化合物为 Desmophen NH1420、Desmophen NH1520、 Desmophen NH1220> Unilink4200> Unilink4100> Clearlinkl000> Clearlink3000> Jefflink555 和 Jefflink754 中的一种或多种。
[0016] 进一步的，本发明中所述溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲苯、二甲苯中的一种 或多种，本发明溶剂需用分子筛处理脱水。进一步优选的，所述溶剂为乙酸丁酯、二甲苯。
[0017] 进一步的，本发明中所述填料为轻钙、重钙、滑石粉、氢氧化钙、磷酸锌和云母粉中 的一种或多种，所述填料目数为800目以上。
[0018] 进一步的，本发明中所述助剂包括抗氧剂、光稳定剂和消泡剂。更进一步的，所述 抗氧剂为抗氧剂-264、抗氧剂1010和抗氧剂1076中的一种或多种；所述光稳定剂为UV-9、 UV-24、UV-49、UV-531 和 UV-328 中一种或多种；消泡剂为 BYK-066N、BYK-054 和 BYK-5500 中的一种或多种。其中，所述助剂包括重量配比如下的各组分：抗氧剂〇. 5-2份，优选1-2 份；光稳定剂〇. 5-2份，优选1-2份；消泡剂0. 5-2份，优选1-2份。
[0019] 进一步的，本发明中所述颜料优选钛白粉、铁红、钥铬红、靛青蓝和炭黑中的一种 或多种。
[0020] 进一步的，本发明中所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、辛酸亚 锡、异辛酸铅、乙酸苯汞中的一种或多种。
[0021] 本发明的另一目的在于提供上述农业灌溉混凝土排水渠、输水管用单组分聚脲防 护涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0022] 将聚醚多元醇、位阻胺化合物、填料、颜料加入容器中，开启搅拌（搅拌使之受热 均匀，有利于水分的脱除；且有利于各组分混合均匀），加热至110-120°C，真空脱水去除 原料中的水至含水率达到万分之三以下，冷却至液体温度20-30°C，优选25°C。将溶剂、月旨 肪族异氰酸酯加入到容器中，常温搅拌反应〇. 5-1小时后，再加入芳香族异氰酸酯、催化 齐U，缓慢升温至70-80°C，反应0.5-1小时，检测NC0%值达到设计值98 - 102%后，降温至 30°C。加入助剂等，搅拌0. 5小时，出料密封即可。
[0023] 本发明方法中所述真空采用真空泵实现，真空度为-0. 1?-0. 08MPa ;所述缓慢升 温为0. 5-1小时内，由50°C升至70-80°C。由于随着温度的升高，反应加剧，易出现爆聚，故 需缓慢升温，使反应速度一点点加快。反应结束以检测NC0为准，NC0%值与设计值相似即 可。本发明所述NC0 %设计值是通过配方设计计算出理论NC0值。
[0024] 本发明提供的单组分聚脲防护涂料采用湿汽固化的方式固化成膜，即单组分聚脲 防护涂料中的NC0基团与空气中的水汽反应生成氨基化合物，氨基化合物再与剩余的NC0 基团反应固化成膜。涂膜厚度不宜超过0. 8_，否则易产生气泡，影响物理性能。
[0025] 相比于现有技术，本发明提供的农业灌溉混凝土排水渠、输水管用单组分聚脲防 护涂料及其制备方法具有以下优点：
[0026] (1)本发明为单组分体系，在密封条件下，体系中没有水汽，体系稳定保存。开封 使用时，涂料中的NC0基团与空气中的水汽反应，生成氨基化合物，氨基化合物再与涂料中 剩余的NC0基团反应，固化成膜。本发明提供的单组份聚脲防护涂料凝胶时间长，表干时间 为6-8小时，进而延长了可操作时间，施工性强。较长的操作时间能使施工方式简单便捷， 能实现手工刮涂、刷涂。能在狭窄、复杂的工况中施工，尤其是在结点、拐点或涂层缺失处施 工。本发明单组分聚脲防护涂料施工简单、效果明显，无需像双组分那样精确计量。用于混 凝土材质的防水、防护能降低使用成本，提高复杂工况的工作效率。
[0027] (2)本发明单组分聚脲防护涂料以脂肪族异氰酸酯与芳香族异氰酸酯为主要原 料，在合成过程中加入了位阻胺化合物，从而引入了脲基团，增加了涂料的极性，从而增加 了涂料硬段的吸引力，使材料更加致密，提高了材料的耐油性、耐介质性的、耐微生物的性 能。同时，本发明的单组分聚脲的力学性能远远高于常规的单组分聚氨酯。
[0028] (3)本发明在产品中引入了脲基团，还增加了涂料的力学效果，提高与基材的附着 力。在无底涂的情况下，在混凝土基材上的附着力> 2MPa，附着力优越。
[0029] 具体实例方式
[0030] 实施例1
[0031] 本实施例公开了一种农业灌溉混凝土排水渠、输水管用单组分聚脲防护涂料，包 括重量配比如下的各组分：
[0032] 4,4' 坏己:从巾烷.HMDI 20.5 份 :苯佔Φ烷：好;_AMDI ?3份 聚试化内烯_名儿醉PPG- i 000 61.5 ft Dcsmophcn NH 1420 5 汾 ffifSJ'l'ft 20 份 800丨丨泔以粉 3()份 辛隋#:锡 0.5份 BYK-066N 1 份 iii/tm-264 i 份 UV-9 I 份 炭燃 2份
[0033] 该单组分聚脲防护涂料由以下步骤制备而成：
[0034] 按上述重量配比将聚氧化丙烯醚多元醇PPG-1000、Desmophen NH1420、800目滑石 粉和炭黑加入到容器中，将液料低速搅拌5分钟后，加热至110?120°C，开启真空泵，真空 度为-0. 1?-0. 08MPa，真空脱水2h，去除原料中含有的少量水，检测含水率达到万分之三 以下，冷却至液料温度为25°C左右；再将醋酸丁酯、HMDI加入到容器中，升温至50°C，搅拌 反应1小时，待反应放热结束后，加入二苯基甲烷二异氰酸酯、辛酸亚锡，缓慢升温至70? 8〇°C，保持反应2h，取样，检测NC0%值合格后，降温至30°C，加入消泡剂BYK-066N、抗氧 剂-264和光稳定剂UV-9,搅拌0. 5小时后，出料，密封。
[0035] 对上述制备的单组分聚脲防护涂料在25°C，湿度65%环境下，按建筑防水材料的 实验方法GB/T16777-2008进行力学性能测试，检测结果如表1所示。
[0036] 表1实施例1的力学性能测试结果
[0037]
【权利要求】
1. 一种农业灌溉混凝土排水渠、输水管用单组分聚脲防护涂料，包括重量配比如下的 各组分： 异酸酷 20-70份 聚_多.儿8? 50-85份 位附胺化介物 4-24份 溶剂 15-40份 填料 1040份 助剂 2-5份 颜料 1-3份 催化刺 1-3份 其中，所述异氰酸酯为脂肪族异氰酸酯和芳香族异氰酸酯。
2. 根据权利要求1所述的单组分聚脲防护涂料，其特征在于：所述芳香族异氰酸酯为 甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯的一种或多种。
3. 根据权利要求1所述的单组分聚脲防护涂料，其特征在于：所述脂肪族异氰酸酯为 异佛尔酮二异氰酸酯、4, 4'二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯及其三聚体、环 己烷二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
4. 根据权利要求1所述的单组分聚脲防护涂料，其特征在于：所述聚醚多元醇为聚氧 化丙烯醚多元醇和/或聚四氢呋喃多元醇。
5. 根据权利要求1所述的单组分聚脲防护涂料，其特征在于：所述位阻胺化合物为 Desmophen NH1420、Desmophen NH1520、Desmophen NH1220、Unilink4200、Unilink4100、 Clearlinkl000、Clearlink3000、Jefflink555 和 Jefflink754 中的一种或多种。
6. 根据权利要求1所述的单组分聚脲防护涂料，其特征在于：所述填料为轻钙、重钙、 滑石粉、氢氧化钙、磷酸锌和云母粉中的一种或多种，所述填料目数为800目以上。
7. 根据权利要求1所述的单组分聚脲防护涂料，其特征在于：所述助剂包括抗氧剂、光 稳定剂和消泡剂。
8. 根据权利要求1所述的单组分聚脲防护涂料，其特征在于：所述催化剂为二月桂酸 二丁基锡、二乙酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸铅、乙酸苯汞中的一种或多种。
9. 根据权利要求1所述的单组分聚脲防护涂料，其特征在于：所述溶剂为乙酸乙酯、乙 酸丁酯、丙酮、甲苯、二甲苯中的一种或多种。
10. 权利要求1所述的单组分聚脲防护涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 将聚醚多元醇、位阻胺化合物、填料、颜料加入容器中，开启搅拌，加热至110-120°C， 真空脱水去除原料中的水至含水率小于万分之三，冷却至20-30°C ;将溶剂、脂肪族异氰 酸酯加入到容器中，常温搅拌反应0. 5-1小时后，再加入芳香族异氰酸酯、催化剂，升温至 70-80°C，反应0. 5-1小时，检测NC0%值达到设计值98 - 102%后，降温至30°C ;最后加入 助剂，搅拌〇. 5小时，出料密封即可。
【文档编号】C09D175/02GK104194598SQ201410389546
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】姜鹏波, 季春波, 史立彤, 李同信, 车栋, 王坤 申请人:大连怿文新材料科技发展有限公司