一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物及其制备方法.pdf

本发明提供的一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物，包括以下重量份的组份：水硬化砂浆骨料体系50～90份，水分散多元醇树脂1～5份，水可乳化蓖麻油多元醇树脂5～20份，异氰酸酯固化剂5～25份，水5～15份。本发明还提供了上述微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物的制备方法。该组合物制备工艺简单、施工方便，固化成型后具有微膨胀性能好、疏水性能佳，同时还具有自密实性、抗冲击、耐磨、疏水防水性能。

权利要求书
1.  一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物，其特征在于：包括以下重量份的组份：水硬化砂浆骨料体系50~90份，水分散多元醇树脂1~5份，水可乳化蓖麻油多元醇树脂5~20份，异氰酸酯固化剂5~25份，水5~15份。

2.  根据权利要求1所述的一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物，其特征在于：所述水分散多元醇树脂为含有亲水性基团的聚醚或聚酯多元醇，或者为含有30~100%EO链段的聚醚或聚酯多元醇；其官能度为2~4，分子量为62~5000。

3.  根据权利要求1所述的一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物，其特征在于：所述水可乳化蓖麻油多元醇树脂为亲水性基团改性的蓖麻油多元醇。

4.  根据权利要求1所述的一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物，其特征在于：所述异氰酸酯固化剂选自聚亚苯基多甲基多异氰酸酯（PAPI）、液态二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）中的一种或两种。

5.  一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将水分散多元醇树脂在500~5000r/min高速分散环境中加入到水中，升温到20~90℃进行溶解或乳化；
（2）将加热到20~90℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂加入步骤（1）的体系中，在500~5000r/min高速乳化分散5~60min，得复合多元醇乳液体系；
（3）施工时，将异氰酸酯固化剂加入复合多元醇乳液体系中，搅拌2~5min，再加入水硬化砂浆骨料体系搅拌2~10min，即得。

6.  根据权利要求5所述的一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物的制备方法，其特征在于：搅拌温度40~70℃，搅拌速度1000~3000r/min。

说明书一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物及其制备方法。
背景技术
以水泥、砂子、矿粉等材料组成的普通砂浆干缩变形大，抗渗性、抗裂性、耐腐蚀性差，在实际应用中受到极大的限制；而采用丙烯酸系列乳液、环氧树脂、聚氨酯等材料改性的聚合物砂浆应运而生，也在实际工程应用中展示了卓越的性能。丙烯酸系列乳液改性的聚合物砂浆具有优异的防水性能，然而，由于丙烯酸乳液本身强度低，得到的试件强度较低；以环氧树脂或者水性环氧制备的聚合物砂浆，可以满足加固砂浆的技术指标，然而由于在高温环境中环氧易爆聚，低温固化困难等原因，其应用也得到了限制。聚氨酯砂浆以其优异的耐磨性、耐化学腐蚀、高强度、性能可调节性、韧性和优异的施工性能，在将来的工程应用中将具有广阔的应用空间。
中国专利申请CN103420657A公开了采用油性聚氨酯与水泥基材混合制备而成的聚氨酯砂浆。虽然此种制备方法得到的聚氨酯砂浆与普通砂浆相比具有一定的优势，但同时由于油性聚氨酯材料与水泥等无机骨料的包裹性差、油性聚氨酯材料的分散性差，易造成在最终制品中的团聚，最终形成应力集中，反而对整体构件的受用寿命起到负面影响。其制备方法是采用单组份聚氨酯的制备工艺先制备出单组份聚氨酯预聚体，然后再与水泥等骨料搅拌混合，制备工艺相对来说较复杂，可操作性差。
中国专利申请CN104177030A公开了一种聚氨酯环氧水泥砂浆及其制备方法，采用分步加入双组份聚氨酯两个组分的办法，来提升聚氨酯两个组分在砂浆中的分散效果。虽然取得一定的进步，但是油性的聚氨酯材料与无机材料的包裹性仍然不能得到很好的改善。同时，宏观上聚氨酯在基体中得到一定程度的分散，但是从微观上看，聚氨酯仍然是以较小的团聚体存在成型构件中。
爱克工业株式会社在中国的专利申请CN1746128B公开了采用聚酯多元醇、异氰酸酯和含有水硬性砂浆的骨材形成的水系聚氨酯砂浆组合物。采用该组合物得到的制品由于固化收缩而引起的翘曲、裂纹的现象得到抑制或消除，具有很大的进步。然而，从长期应用来看，酯键在水泥的碱性环境中容易发生讲解，从而失去其优异的性能，具有一 定的局限性。
日本专利特开2000-72507号，提出含有水硬性砂浆、水、骨材、蓖麻油类多醇等疏水性多醇以及二异氰酸酯化合物的反应得到的含有异氰酸酯基末端预聚物的异氰酸酯成分的水系聚氨酯砂浆组合物。此水系聚氨酯砂浆组合物采用的油性蓖麻油仍然存在与骨料材料的相容性差等弊端。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物及其制备方法。
技术方案：本发明提供的一种微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物，包括以下重量份的组份：水硬化砂浆骨料体系50～90份，水分散多元醇树脂1～5份，水可乳化蓖麻油多元醇树脂5～20份，异氰酸酯固化剂5～25份，水5～15份。
作为优选，所述水硬化砂浆骨料体系为本领域熟知的水泥砂浆体系，其包括水泥、砂子、石英粉、硅灰、矿粉、粉煤灰以及减水剂、早强剂等常规助剂。
作为另一种优选，所述水分散多元醇树脂为含有亲水性基团的聚醚或聚酯多元醇，或者为含有30～100％EO(-CH2-CH2-O-)链段的聚醚或聚酯多元醇；其官能度为2～4，分子量为62～5000；该水分散多元醇树脂可在水中溶解或自乳化。
作为另一种优选，所述水可乳化蓖麻油多元醇树脂为亲水性基团改性的蓖麻油多元醇。
作为进一步优选，所述亲水性基团包括-COOH、-SO3H、亲水性聚醚链段。
作为另一种优选，所述异氰酸酯固化剂选自聚亚苯基多甲基多异氰酸酯(PAPI)、液态二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中的一种或两种。
本发明还提供了上述微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水分散多元醇树脂在500～5000r/min高速分散环境中加入到水中，升温到20～90℃进行溶解或乳化；
(2)将加热到20～90℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂加入步骤(1)的体系中，在500～5000r/min高速乳化分散5～60min，得复合多元醇乳液体系；
(3)施工时，将异氰酸酯固化剂加入复合多元醇乳液体系中，搅拌2～5min，再加入水硬化砂浆骨料体系搅拌2～10min，即可。
优选地，高速分散搅拌温度40～70℃，高速分散搅拌速度1000～3000r/min；温度过低分散效率底，温度过高增加能耗；转速过慢乳化颗粒较大，且得到的乳液不稳定，转速过快增加设备损耗，同时易造成体系温升过大。
有益效果：本发明提供的微膨胀疏水型聚氨酯水泥砂浆组合物制备工艺简单、施工方便，固化成型后具有微膨胀性能好、疏水性能佳，同时还具有自密实性、抗冲击、耐磨、疏水防水性能。
本发明利用能够在水中乳化或分散的聚氨酯原料实现有机聚合物在无机骨料中的均匀分散，利用水泥的水化固化以及多元醇、异氰酸酯的交联固化使产物强度好，利用异氰酸酯与水反应生成二氧化碳使体系实现微膨胀，达到密实、填充和防收缩的作用；同时，聚氨酯树脂的疏水性使混凝土砂浆体系具有高疏水性，达到防水、防腐的目的。
具体而言，本发明相比现有技术具有以下优点：
①本发明制备乳液的方法是根据选择材料的水溶性和水可乳化的特性，不加任何乳化剂即可以通过高速分散实现在水中的分散；
②本发明采用聚亚苯基多甲基多异氰酸酯、液态二苯基甲烷二异氰酸酯及其组合物等异氰酸酯基固化剂挥发性小，环保性强；
③本发明利用能够在水中乳化或分散的聚氨酯原料实现有机聚合物在无机骨料中的均匀分散，有机物局部集中而导致的应力集中现象得到消除；
④本发明利用乳化体系中的水(不需额外加水)实现水泥水化，利用乳化体系中的多元醇与固化剂交联固化，两种途径提升制品强度；
⑤本发明利用异氰酸酯与水反应生成二氧化碳使体系实现微膨胀，达到密实填充和防收缩的作用，提升防水、防腐效果；
⑥本发明最终得到的砂浆制品具有高的疏水性，防水、防腐效果更加优异；
⑦本发明得到的砂浆具有微膨胀性、疏水性强、防水防腐和耐磨性优异，抗冲击抗变形能力强的特点，薄涂施工无翘边无裂纹，厚涂施工无裂缝无收缩(1mm以上皆可)，适合在加固、防水、防腐、地坪等领域应用。
附图说明
图1为实施例1得到的砂浆制品微观形貌照片(SEM放大1000倍)。
图2为实施例1得到的砂浆制品中聚氨酯有机物分布图(EDS放大1000倍面扫测试)
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
将水分散多元醇树脂2份(PEG200，市售)，在1000r/min高速分散环境中加入到10份水中，升温到35℃进行溶解；将加热到35℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂(伊藤制油株式会社，H-306)18份陆续加分散体系中，持续在1000r/min高速乳化分散20min，制得复合多元醇乳液体系；加入异氰酸酯固化剂(PAPI，拜耳44V20)20份，搅拌2min，将62份水硬化砂浆骨料体系(32.5白色硅酸盐水泥:0.35～0.5mm砂：0.25～～0.5mm砂：0.1～0.25mm砂＝25：10：50：15)陆续加入，搅拌5min，即得的聚氨酯水泥砂浆。
实施例2
将水分散两官能度多元醇树脂3份(PEG2000，市售)，四官能度多元醇2份(N403，江苏钟山化工)在3000r/min高速分散环境中加入到13份水中，升温到55℃进行溶解；将加热到55℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂8份(伊藤制油株式会社，HF-1300)陆续加分散体系中，持续在2000r/min高速乳化分散40min，制得复合多元醇乳液体系；加入异氰酸酯固化剂(PAPI，拜耳44V20)15份，搅拌3min，将70份水硬化砂浆骨料体系(32.5白色硅酸盐水泥:0.35～0.5mm砂：0.25～～0.5mm砂：0.1～0.25mm砂＝35：5：55：5)陆续加入，搅拌10min，即得的聚氨酯水泥砂浆。
实施例3
将水分散多元醇树脂4份(EO/PO＝4：6，两官能度，分子量2000，南京博特新材料有限公司)，在5000r/min高速分散环境中加入到7份水中，升温到70℃进行溶解；将加热到70℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂12份(伊藤制油株式会社，HM-306)陆续加分散体系中，持续在5000r/min高速乳化分散50min，制得复合多元醇乳液体系；加入异氰酸酯固化剂(PAPI，万华PM200)13份，搅拌5min，将78份水硬化砂浆骨料体系(32.5白色硅酸盐水泥:0.35～0.5mm砂：0.25～～0.5mm砂：0.1～0.25mm砂＝35：5：55：5)陆续加入，搅拌8min，即得的聚氨酯水泥砂浆。
实施例4
将水分散多元醇树脂5份(EO/PO＝4：6，三官能度，分子量3000，南京博特新材 料有限公司)，在3000r/min高速分散环境中加入到13份水中，升温到55℃进行溶解；将加热到55℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂8份(伊藤制油株式会社，H-31)陆续加分散体系中，持续在2000r/min高速乳化分散40min，制得复合多元醇乳液体系；加入异氰酸酯固化剂1(PAPI，拜耳44V20)10份和异氰酸酯固化剂2(MDI，拜耳MI50)5份，搅拌3min，将70份水硬化砂浆骨料体系(32.5白色硅酸盐水泥:0.35～0.5mm砂：0.25～～0.5mm砂：0.1～0.25mm砂＝35：5：55：5)陆续加入，搅拌10min，即得的聚氨酯水泥砂浆。
实施例5
将水分散多元醇树脂2份(PEG1000，三官能度，南京博特新材料有限公司)，在1000r/min高速分散环境中加入到10份水中，升温到35℃进行溶解；将加热到35℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂18份(伊藤制油株式会社，HM-306)陆续加分散体系中，持续在1000r/min高速乳化分散20min，制得复合多元醇乳液体系；加入异氰酸酯固化剂1(PAPI，万华PM200)8份和异氰酸酯固化剂2(MDI，拜耳MI50)12份，搅拌2min，将62份水硬化砂浆骨料体系(32.5白色硅酸盐水泥:0.35～0.5mm砂：0.25～～0.5mm砂：0.1～0.25mm砂＝25：10：50：15)陆续加入，搅拌5min，即得的聚氨酯水泥砂浆。实施例6
将水分散多元醇树脂1份(乙二醇，分子量62，市售)，在500r/min高速分散环境中加入到5份水中，升温到40℃进行溶解；将加热到40℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂(伊藤制油株式会社，H-306)5份陆续加分散体系中，持续在500r/min高速乳化分散5min，制得复合多元醇乳液体系；加入异氰酸酯固化剂(PAPI，拜耳44V20)5份，搅拌2min，将50份水硬化砂浆骨料体系(32.5白色硅酸盐水泥:0.35～0.5mm砂：0.25～～0.5mm砂：0.1～0.25mm砂＝25：10：50：15)陆续加入，搅拌2min，即得的聚氨酯水泥砂浆。
实施例7
将水分散多元醇树脂2份(PEG2000，市售)，在1000r/min高速分散环境中加入到10份水中，升温到20℃进行溶解；将加热到20℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂(伊藤制油株式会社，H-306)10份陆续加分散体系中，持续在2000r/min高速乳化分散30min，制得复合多元醇乳液体系；加入异氰酸酯固化剂(PAPI，拜耳44V20)15份，搅拌3min，将70份水硬化砂浆骨料体系(32.5白色硅酸盐水泥:0.35～0.5mm砂：0.25～～0.5mm砂： 0.1～0.25mm砂＝25：10：50：15)陆续加入，搅拌5min，即得的聚氨酯水泥砂浆。
实施例8
将水分散多元醇树脂2份(PEG5000，二官能度，南京博特新材料有限公司)，2份磺酸基改性的聚酯多元醇(BY3301北京佰源化工有限公司)，1份羧基改性的多元醇(Baycoll DV1245，德国拜耳)在1000r/min高速分散环境中加入到15份水中，升温到90℃进行溶解；将加热到90℃的水可乳化蓖麻油多元醇树脂(伊藤制油株式会社，H-306)10份和改性蓖麻油多元醇树脂(D-290，美国Vertellus公司)10份陆续加分散体系中，持续在5000r/min高速乳化分散60min，制得复合多元醇乳液体系；加入异氰酸酯固化剂(PAPI，拜耳44V20)25份，搅拌5min，将90份水硬化砂浆骨料体系(32.5白色硅酸盐水泥:0.35～0.5mm砂：0.25～～0.5mm砂：0.1～0.25mm砂＝25：10：50：15)陆续加入，搅拌10min，即得的聚氨酯水泥砂浆。
对比例1
32.5白色硅酸盐水泥280份，0.35～0.5mm石英砂58，0.25～～0.5mm石英砂300份，0.1～0.25mm石英砂砂250份，纤维素醚MKXI5000pp202份，400目重钙80份，可分散胶粉RE5044N 30份，搅拌均匀，即得。
表1 不同实施例砂浆制品性能

注：疏水性测试是将水滴滴在砂浆试件上，看水滴在表面的扩展及滚动情况。