專利名稱：一種高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚氨酯面彈性面層及制備方法，更具體地說涉及一種高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層及制備方法。
背景技術(shù)：
近年來我國高速鐵路已進入了大規(guī)模建設(shè)階段，由于與傳統(tǒng)鐵路不同，高鐵采用無碴軌道，要求防水、防護層不僅具有防滲、抗裂的基本性能，還要能經(jīng)受高速、重載、交變沖擊等火車高速行駛帶來的沖擊。噴涂聚脲涂層因沒有接縫、黏結(jié)力強，真正做到了 “皮膚式”防水，同時還具有優(yōu)異的耐磨性、抗沖性、抗開裂等，滿足了高鐵的特殊要求。此外，噴涂聚脲技術(shù)對表面凹凸、拐角等不規(guī)則斷面有很好的適應(yīng)性，是不規(guī)則斷面較多的無碴軌道防水、防腐處理的良好選擇。繼京津高速鐵路之后，京滬高速鐵路路基的防水材料也選用了噴涂聚脲彈性體擔(dān)當(dāng)，噴涂聚脲彈性體大規(guī)模應(yīng)用于高速鐵路防水工程建設(shè)的時代正向我們走來。噴涂聚脲防水體系由底涂、噴涂聚脲彈性防水涂層、脂肪族聚氨酯彈性面層組成。 面層材料用于橋面的暴露部位，這是由于噴涂聚脲防水涂層的固化劑為芳香族異氰酸酯， 主要為二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)衍生物和苯胺類擴鏈劑，分子結(jié)構(gòu)中含有大量的苯環(huán)和胺基，長期暴露于空氣中會發(fā)生色變(黃變)和粉化的現(xiàn)象，白色、淺灰色等淺色變色十分明顯，不但影響裝飾效果，同時主要會導(dǎo)致聚脲防水涂層的粉化破壞。因此相關(guān)技術(shù)標準規(guī)定在高速鐵路橋面軌道板以外的暴露區(qū)域不單獨使用芳香族聚脲涂料，在芳香族聚脲表面施工彈性脂肪族保護面層材料，例如脂肪族聚氨酯彈性面層等。面層材料要求與聚脲防水涂層有良好的附著力，具有良好的防滑、耐磨、耐黃變、 耐老化和耐化學(xué)腐蝕性能，具有良好的彈性和拉伸性能，施工工藝適應(yīng)性廣，可采用噴涂和輥涂等施工。用于“高鐵”聚脲防水涂料體系配套的專用脂肪族面層其制備技術(shù)未見公開報道。 目前所用的面層與基層聚脲的主要力學(xué)性能技術(shù)指標，如拉伸強度、斷裂伸長率等要求偏低。而且制備時使用了傳統(tǒng)的鉛、汞類有毒有害的催化劑，環(huán)保性能不好。同時產(chǎn)品在當(dāng)A、 B兩組分混配后，可操作時間(適用期)很短，一般只有0.證左右，但后固化時間卻較長，一般超過20h，不能同時兼顧操作時間和固化時間的平衡，因此不但要求施工人員要在較短的操作時間內(nèi)完成面層材料的施工，并且涂層的固化時間偏長，因此這類產(chǎn)品在滿足多種施工工藝要求及施工效率方面尚不盡人意。事實上對于高速鐵路橋面專用防水體系來說，由于與傳統(tǒng)鐵路不同，高鐵采用無碴軌道，要求防水層不僅具有防滲、抗裂的基本性能，還要能經(jīng)受高速、重載、交變沖擊等火車高速行駛時帶來的沖擊，作為防水體系配套使用的脂肪族面層材料的主要性能應(yīng)與基層——芳香族聚脲的主要性能盡可能的匹配，并且與基層的附著力強，耐磨耗性、耐水解等性能突出，才能滿足使用需求，因此急需開發(fā)一種高速鐵路橋梁混凝土橋面用噴涂聚脲防水體系配套的專用面層材料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與不足，提供一種高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，該面層能滿足高速鐵路橋面聚脲防水體系配套專用。同時本發(fā)明還提供了該高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層由A、B組分制成，其中A組分與B組分的質(zhì)量比為1 1-5，所述的A組分各組成的質(zhì)量比為
多元醇100份色漿0.5-2 份復(fù)合催化劑0.5-5 份復(fù)合流平劑0.5-1.5 份遮蓋劑3.0-20 份涂料助劑1.0-6 份所述的B組分各組成的質(zhì)量比為改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物 100份脂肪族異氰酸酯三聚體10. 0-30份稀釋劑35-55份。本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其進一步的技術(shù)方案是所述的多元醇的羥基含量為1. 5% -10. 5%，羥基官能度> 2。該多元醇最好使用聚環(huán)氧撐多元醇、聚四氫呋喃多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己內(nèi)酯多元醇或聚端羥基丁二烯。本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其進一步的技術(shù)方案還可以是所述的復(fù)合催化劑為高催化活性的有機錫、有機鉍或有機鈦催化劑與低催化活性的有機鋅催化劑復(fù)配而成，有機錫、有機鉍或有機鈦催化劑與有機鋅催化劑的質(zhì)量比為1 1-8;更進一步的技術(shù)方案是所述的復(fù)合催化劑在配制時先把高催化活性的有機錫、有機鉍或有機鈦催化劑預(yù)先用稀釋劑稀釋成3% -15%的質(zhì)量百分濃度。本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其進一步的技術(shù)方案還可以是所述的復(fù)合流平劑由含氟丙烯酸酯類的流平劑與有機硅流平劑復(fù)配而成，兩者的質(zhì)量比為 1 1-6。本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其進一步的技術(shù)方案還可以是所述的色漿為聚氨酯彈性體用色漿；所述的遮蓋劑為鈦白粉；所述的涂料助劑為一般涂料用的消泡劑、防沉劑、抗氧劑中的一種或其組合。本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其進一步的技術(shù)方案還可以是所述的改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物由以下方法制備而成將100份的聚碳酸酯二醇、10-150份的多元醇，在真空度為0. 085-0. 099MPa、溫度為100-130°C下的反應(yīng)釜中真空脫水約l_2h，降溫至40°C以下，再加入140-220份脂肪族二異氰酸酯，在攪拌下逐漸升溫至90-95°C，維持該反應(yīng)溫度反應(yīng)3- ；其中改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物制備過程中使用的多元醇為本領(lǐng)域常用的多元醇，可以為聚環(huán)氧撐多元醇、 聚四氫呋喃多元醇、聚酯多元醇、聚己內(nèi)酯多元醇或聚端羥基丁二烯。本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其進一步的技術(shù)方案還可以是所述的稀釋劑為非苯的酯類或酮類溶劑。本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其進一步的技術(shù)方案還可以是所述的稀釋劑最好為醋酸乙酯、醋酸丁酯或丁酮。本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層的制備方法，其包括以下步驟A組分的制備按A組配方比例依次將各組分加入高速研磨釜中，攪拌混合、研磨， 中途取樣，用細度計檢測樣品的細度，當(dāng)細度< 30 μ m時出料，然后再將該料加入到帶真空設(shè)備的反應(yīng)釜中，在真空度為0. 080-0. 099MPa、溫度為100_130°C下真空脫水約l_5h，釜溫降至40°C以下，出料，包裝；B組分的制備按B組配方比例，依次將改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物、脂肪族二異氰酸酯三聚體和稀釋劑加入到帶攪拌的反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合l_2h，出料，包裝；其中稀釋劑為非苯的酯類或酮類溶劑，最好為醋酸乙酯、醋酸丁酯或丁酮。高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層的制備按A、B組分的質(zhì)量配比1 1-5比例將A、B組分調(diào)配均勻后進行涂刷或噴涂即形成了高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明根據(jù)高速鐵路的要求及現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷，經(jīng)過配方設(shè)計、原料改性制出了能滿足高速鐵路橋面聚脲防水體系配套專用的高性能雙組分脂肪族聚氨酯彈性面層。本發(fā)明的產(chǎn)品具有如下特點1、與聚脲基層的附著力強；2、涂層的力學(xué)性能與聚脲基層的力學(xué)性能基本匹配；3、耐水解性能突出；4、可操作時間長，表干及實干(固化)時間較短；兼顧了操作時間與固化時間的平衡，因此工藝適應(yīng)性好，施工效率高；5、不含鉛、汞類有毒催化劑，環(huán)保性能好；6、具有良好的流平性和防污性。本發(fā)明的最大優(yōu)點首先通過對B組分配方的特種設(shè)計，在產(chǎn)品的分子鏈上引入碳酸酯單元和脂肪族異氰酸酯的三元網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，達成了本發(fā)明產(chǎn)品與聚脲防水涂料基層的附著力、涂膜的機械強度、耐磨耗性、耐水解等性能都有了明顯地增強的愿望。其次，由于A 組分中的催化劑不使用一般涂料中常用的鉛、汞類等有毒的有機重金屬催化劑，而是本發(fā)明技術(shù)所調(diào)配的環(huán)保性能好的有機金屬催化劑的復(fù)配物，因此該催化劑能有效的調(diào)整本發(fā)明產(chǎn)品在A、B兩組分混配后的可操作時間及固化時間，達到了本發(fā)明者所期望的具有較長的適用期和較短的固化時間的平衡，解決了一般現(xiàn)有產(chǎn)品兩者不能同時兼顧的問題。因此本發(fā)明的產(chǎn)品不但性能好，同時對環(huán)境友好而且具有更好的工藝適應(yīng)性，可完全滿足不同施工工藝的要求。
具體實施例方式下面用實施例來進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明并不僅限于這些實施例中的條件。實施例中所用的色漿為聚氨酯彈性體用色漿，所用的遮蓋劑為鈦白粉；所述的涂料助劑為一般涂料用的消泡劑、防沉劑、抗氧劑的組合。
實施例1A組分的制備按表一中A組配方比例依次將各組分加入高速研磨釜中，攪拌混合、研磨，中途取樣，用細度計檢測樣品的細度，當(dāng)細度< 30 μ m時出料，然后再將該料加入到帶真空設(shè)備的反應(yīng)釜中，在真空度為0. 090MPa、溫度為115°C下真空脫水約3h，釜溫降至 40°C以下，出料，包裝。其中多元醇為聚環(huán)氧丙撐醚，羥基含量為5.7%，羥基官能度2 ；復(fù)合催化劑為有機錫催化劑與有機鋅催化劑按質(zhì)量比為1 8復(fù)配而成；復(fù)合流平劑由含氟丙烯酸酯類的流平劑與有機硅流平劑按質(zhì)量比11復(fù)配而成。B組分的制備按表一中B組配方比例，依次將改性脂肪族異氰酸酯預(yù)聚物、脂肪族二異氰酸酯三聚體和醋酸乙酯加入到帶攪拌的反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合Ih左右，出料，包裝。其中改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物由以下方法制備而成將100份的聚碳酸酯二醇、10份的聚環(huán)氧撐多元醇在真空度為0. 085-0. 099MPa、溫度為115°C下的反應(yīng)釜中真空脫水約2h，降溫至40°C以下，再加入140份的脂肪族二異氰酸酯，在攪拌下逐漸升溫至 930C，維持該反應(yīng)溫度反應(yīng)4h。高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層的制備按A、B組分的質(zhì)量配比1 1比例將 A、B組分調(diào)配均勻后進行涂刷或噴涂即形成了高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，測試結(jié)果見表二。實施例2A組分的制備按表一中A組配方比例依次將各組分加入高速研磨釜中，攪拌混合、研磨，中途取樣，用細度計檢測樣品的細度，當(dāng)細度< 30 μ m時出料，然后再將該料加入到帶真空設(shè)備的反應(yīng)釜中，在真空度為0. 085MPa、溫度為130°C下真空脫水約2h，釜溫降至 40°C以下，出料，包裝。其中多元醇為聚四氫呋喃醚，羥基含量為3.4%，羥基官能度為2 ；復(fù)合催化劑為有機錫催化劑與有機鋅催化劑按質(zhì)量比為1 3復(fù)配而成；復(fù)合流平劑由含氟丙烯酸酯類的流平劑與有機硅流平劑按質(zhì)量比13復(fù)配而成。B組分的制備按表一中B組配方比例，依次將改性脂肪族異氰酸酯預(yù)聚物、脂肪族二異氰酸酯三聚體和醋酸丁酯加入到帶攪拌的反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合左右，出料，包裝。其中改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物由以下方法制備而成將100份的聚碳酸酯二醇、80份的聚環(huán)氧撐多元醇在真空度為0. 085-0. 099MPa、溫度為115°C下的反應(yīng)釜中真空脫水約2h，降溫至40°C以下，再加入180份的脂肪族二異氰酸酯，在攪拌下逐漸升溫至 900C，維持該反應(yīng)溫度反應(yīng)證。高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層的制備按A、B組分的質(zhì)量配比1 2. 5比例將A、B組分調(diào)配均勻后進行涂刷或噴涂即形成了高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，測試結(jié)果見表實施例3A組分的制備按表一中A組配方比例依次將各組分加入高速研磨釜中，攪拌混合、研磨，中途取樣，用細度計檢測樣品的細度，當(dāng)細度< 30 μ m時出料，然后再將該料加入到帶真空設(shè)備的反應(yīng)釜中，在真空度為0. 099MPa、溫度為100°C下真空脫水約2h，釜溫降至 40°C以下，出料，包裝。其中多元醇為聚環(huán)氧丙撐醚，羥基含量為1. 7%，羥基官能度為3 ；復(fù)合催化劑為有機錫催化劑與有機鋅催化劑按質(zhì)量比為1 1復(fù)配而成；復(fù)合流平劑由含氟丙烯酸酯類的流平劑與有機硅流平劑按質(zhì)量比16復(fù)配而成。
B組分的制備按表一中B組配方比例，依次將改性脂肪族異氰酸酯預(yù)聚物、脂肪族二異氰酸酯三聚體和丁酮加入到帶攪拌的反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合左右，出料，包裝。其中改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物由以下方法制備而成將100份的聚碳酸酯二醇、 150份的聚環(huán)氧撐多元醇在真空度為0. 085-0. 099MPa、溫度為115°C下的反應(yīng)釜中真空脫水約2h，降溫至40°C以下，再加入220份的脂肪族二異氰酸酯，在攪拌下逐漸升溫至90°C， 維持該反應(yīng)溫度反應(yīng)證。高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層的制備按A、B組分的質(zhì)量配比1 5比例將 A、B組分調(diào)配均勻后進行涂刷或噴涂即形成了高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，測試結(jié)果見表二。對比例1、2、3對比例中原料配比見表一，制備方法同實施例1，測試結(jié)果見表二。表一
權(quán)利要求
1.一種高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其特征在于該面層由A、B組分制成，其中 A組分與B組分的質(zhì)量比為1 1-5，所述的A組分各組成的質(zhì)量比為多元醇100份色漿0.5-2份復(fù)合催化劑0.5-5份復(fù)合流平劑0.5-1.5份遮蓋劑3.0-20份涂料助劑1.0-6份所述的B組分各組成的質(zhì)量比為改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物 100份脂肪族異氰酸酯三聚體10. 0-30份稀釋劑35-55份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其特征在于所述的多元醇的羥基含量為1. 5% -10. 5%，羥基官能度彡2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其特征在于所述的復(fù)合催化劑為高催化活性的有機錫、有機鉍或有機鈦催化劑與低催化活性的有機鋅催化劑復(fù)配而成，有機錫、有機鉍或有機鈦催化劑與有機鋅催化劑的質(zhì)量比為1 1-8。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其特征在于所述的復(fù)合催化劑在配制時先把高催化活性的有機錫、有機鉍或有機鈦催化劑預(yù)先用稀釋劑稀釋成 3% -15%的質(zhì)量百分濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其特征在于所述的復(fù)合流平劑由含氟丙烯酸酯類的流平劑與有機硅流平劑復(fù)配而成，兩者的質(zhì)量比為1 1-6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其特征在于所述的色漿為聚氨酯彈性體用色漿；所述的遮蓋劑為鈦白粉；所述的涂料助劑為消泡劑、防沉劑、抗氧劑中的一種或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其特征在于所述的改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物由以下方法制備而成將100份的聚碳酸酯二醇、10-150份的多元醇，在真空度為0. 085-0. 099MPa、溫度為 100-130°C下的反應(yīng)釜中真空脫水約l_2h，降溫至40°C以下，再加入140-220份脂肪族二異氰酸酯，在攪拌下逐漸升溫至90-95°C，維持該反應(yīng)溫度反應(yīng)3- ！。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其特征在于所述的稀釋劑為非苯的酯類或酮類溶劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，其特征在于所述的稀釋劑為醋酸乙酯、醋酸丁酯或丁酮。
10.一種如權(quán)利要求1-9任一所述的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層的制備方法， 其特征在于包括以下步驟A組分的制備按A組配方比例依次將各組分加入高速研磨釜中，攪拌混合、研磨，中途取樣，用細度計檢測樣品的細度，當(dāng)細度<30 μ m時出料，然后再將該料加入到帶真空設(shè)備的反應(yīng)釜中，在真空度為0. 080-0. 099MPa、溫度為100_130°C下真空脫水約l_5h，釜溫降至 40°C以下，出料，包裝；B組分的制備按B組配方比例，依次將改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物、脂肪族二異氰酸酯三聚體和稀釋劑加入到帶攪拌的反應(yīng)釜中，室溫下攪拌混合l_2h，出料，包裝；高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層的制備按A、B組分的質(zhì)量配比1 1-5比例將A、 B組分調(diào)配均勻后進行涂刷或噴涂即形成了高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層，該面層能滿足高速鐵路橋面聚脲防水體系配套專用。本發(fā)明的高速鐵路用脂肪族聚氨酯彈性面層由A、B組分制成，其中A組分與B組分的質(zhì)量比為1∶1-5，所述的A組分各組成的質(zhì)量比為多元醇100份、色漿0.5-2份、復(fù)合催化劑0.5-5份、復(fù)合流平劑0.5-1.5份、遮蓋劑3.0-20份、涂料助劑1.0-6份、所述的B組分各組成的質(zhì)量比為改性脂肪族二異氰酸酯預(yù)聚物100份、脂肪族異氰酸酯三聚體10.0-30份、稀釋劑35-55份。
文檔編號C09D175/08GK102504683SQ20111034684
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者劉曉燕 申請人:江蘇省化工研究所有限公司