一种手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料及其制备方法与流程

本发明涉及涂料生产技术领域，更具体的说，本发明涉及一种手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料及其制备方法。

背景技术：

大坝及渠道底部长期在高流速、大流量、高含沙量的条件下运行，混凝土面冲蚀严重，局部出现露筋，影响渠道稳定和使用寿命；混凝土层老化开裂，渗漏加大，引起冻融破坏，造成坝体及渠道表面破损。

冰拔破坏主要是冰与物体表面的黏结(冻结力)在冰体融化过程中，冰与物体表面产生移动，进而对物体产生的向上或向下的拔力，这种力的作用导致物体损坏。在寒冷地区的水利工程坝体，为避免坝体内、外温度的差值导致坝体自身应力超过允许值而出现裂缝问题，多采用在坝体外覆盖保温材料进行保温。而在我国东北或者西北等寒冷地区，温度最冷时在零下40度以下，造成水坝上游水面出现结冰现象，冰层最厚达1.3m，水库水位下降变化后，冰层会对坝体的保温层造成冰拔破坏，并且现有坝体的保温层，都是一块块拼接上去的，这就造成，拼接的保温层之间存在缝隙，在冰拔作用下，保温层会加速破坏、脱落，最终会造成坝体产生温度裂缝，坝体出现安全隐患，影响水库的安全运行，这种问题出现后，现有的处理方案很复杂，并且施工困难，维护费用很高，处理的效果也较差。

聚脲涂料(polyureacoatings)采用一次性涂覆工艺，不管有多大面积都不存在链接缝，而且还是一种无尘材料聚脲涂料，具有附着力强，耐摩擦，硬度强等特点；聚脲涂料因具有较好的防腐、防水、耐磨性特点，在很多领域应用比较广泛。但是，现有的水库大坝专用防水耐磨聚脲涂料的防水和耐磨性能不够，致使绝大多数坝面、溢洪道由于磨损介质的存在而发生磨损，影响使用。

申请号为cn201910330039.2，发明名称为《一种水库大坝专用防水耐磨聚脲涂料及其加工工艺》的中国专利，公开了一种水库大坝专用防水耐磨聚脲涂料及其加工工艺，采用改性聚天冬氨酸酯与异氰酸酯配合，使得涂料的耐腐蚀性、耐磨性、稳定性等更好。聚天冬氨酸酯聚脲因为分子结构中不含苯环，与脂肪族聚脲类似，具有优异的耐老化性，附着力介于芳香族聚脲与脂肪族聚脲之间，但是从分子结构来看，并没增加耐磨性能基团，因此，单纯的聚天冬氨酸酯聚脲并不能满足水利大坝耐磨、抗冰拔的要求。

又如申请号为cn201910416309.1，发明名称为《严寒地区大坝保温防渗防冰拔保护体系及其施工方法》的中国专利公开了一种大坝坝体防冻融保温防冰拔保护体系，分别由设置在大坝坝体两侧的坝体迎水面和坝体背水面上的防冻融保温防冰拔保护设施组成。保护设施包括从内至外的防冻融保温隔热层、加固强增层和抗冰拔防护层。抗冰拔防护层为两层结构构成，内层是双组分聚脲涂层，外层是氟改性耐候聚脲面漆。在聚脲涂层表面涂刷了高耐候、疏水性强的氟改性耐候面漆，有机氟化合物分子间的凝聚力低，空气和聚合物界面间的分子作用力小，表面自由能低，表面摩擦系数小，赋予了有机氟聚合物优异的耐水性、耐油性及耐磨性，能够降低冰的冻粘强度，因此增强结构表面的疏水疏冰性能。氟改性耐候聚脲面漆虽然能降低冰的冻粘强度，但是面漆却将聚脲包覆，无法发挥聚脲耐磨的优点，所述的氟改性面漆的厚度为0.2mm，耐磨性差、不耐水流冲刷；面漆脱落后，裸露的聚脲耐老化性能差，容易失光粉化。

综上所述，现有的技术方案均不能同时解决耐磨和抗冰拔问题，因此，急需研究一种新的聚脲涂料，能同时解决水利大坝聚脲涂料的耐磨、抗冰拔、耐老化问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料及其制备方法，原料中包含聚二甲基硅氧烷和硬脂酸改性纳米氧化铝颗粒，不需要配合面漆，通过单一聚脲涂层，就可解决现有技术中水利大坝聚脲涂层耐磨、抗冰拔、耐老化问题，制备的超疏水涂层适用性广、稳定性高；且本发明的聚脲涂料的制备方法工艺简单、原材料易得、成本低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料，按重量份，包括10-50份脂肪族异氰酸酯单体、20-80份多元醇、0.2-2.5份催化剂、10-20份聚二甲基硅氧烷、10-50份硬脂酸改性纳米氧化铝、5-25份溶剂、5-20份潜固化剂、0-2份分散剂、0-2份消泡剂、0-2份抗氧剂、0-2份增稠剂、2-8份颜料。

进一步地，所述脂肪族异氰酸酯单体包括异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、1,4环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯中的一种或几种。

进一步地，所述多元醇为氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃聚醚多元醇、聚己内酯多元醇、蓖麻油多元醇中的一种或几种；所述多元醇的分子量为500-4000，官能度为2-4。

进一步地，所述催化剂二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸铅、异辛酸铋的一种或几种。

进一步地，所述聚二甲基硅氧烷的摩尔质量为1000-4000g/mol。

进一步地，所述硬脂酸改性纳米氧化铝中，硬脂酸在纳米氧化铝表面的接枝率为6-12％。

进一步地，所述潜固化剂为噁唑烷型潜固化剂；

所述噁唑烷型潜固化剂为含有双脲键的双噁唑烷、含羟基的单噁唑烷、含双酯键的双噁唑烷中的一种或者几种。

进一步地，所述溶剂为醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲乙酮、丙酮、甲苯、二甲苯、芳烃溶剂油中的一种或几种。

本发明还提供一种如上所述的手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按重量份，将20-80份多元醇置于三口烧瓶中，在(100±5)℃下真空脱水(2.5±0.1)小时，冷却到(50±5)℃；之后加入0.2-2.5份催化剂、5-25份溶剂，搅拌均匀并将温度控制为(60±5)℃；再加入10-50份脂肪族异氰酸酯单体，搅拌均匀后升温至(85±5)℃，反应(2±0.1)小时；接着加入0-2份分散剂、0-2份消泡剂、2-8份颜料，高速搅拌(0.5±0.1)小时；然后加入10-20份聚二甲基硅氧烷、10-50份硬脂酸改性纳米氧化铝，高速搅拌分散均匀后，在(85±5)℃温度下继续反应(1±0.1)小时；再加入0-2份抗氧剂、0-2份增稠剂、5-20份潜固化剂，搅拌(0.5±0.1)小时后，过滤出料，制备得到手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料。

进一步地，所述硬脂酸改性纳米氧化铝在使用前，需与所述溶剂进行超声混合处理，其中，所述硬脂酸改性纳米氧化铝与所述溶剂的质量比为1:(1-1.5)。

本发明提出了手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料及其制备方法，原料中包含聚二甲基硅氧烷和硬脂酸改性纳米氧化铝颗粒，不需要配合面漆，通过单一聚脲涂层，就可解决现有技术中水利大坝聚脲涂层耐磨、抗冰拔、耐老化问题，制备的聚脲涂层的水接触角在120-150度，保持着良好的超疏水性；着冰力＜20n，涂层表面冰的粘附力小；耐磨性可以达到(750g/500r)，g≤5mg。因此，本发明的手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料具有较好的耐磨、抗冰拔、耐老化性能，适用性更广、稳定性更高。并且，本发明的聚脲涂料的制备方法工艺简单、原材料易得、成本低。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料，按重量份，包括10-50份脂肪族异氰酸酯单体、20-80份多元醇、0.2-2.5份催化剂、10-20份聚二甲基硅氧烷、10-50份硬脂酸改性纳米氧化铝、5-25份溶剂、5-20份潜固化剂、0-2份分散剂、0-2份消泡剂、0-2份抗氧剂、0-2份增稠剂、2-8份颜料。

聚脲涂层经过聚二甲基硅氧烷改性，因为富集材料表面的硅原子起到润滑的作用，降低了材料自身的摩擦系数。另外，硅氧键的键能很大，提高了材料的热稳定性，当材料受到磨损时，需要更多的能量使分子链发生断裂，从而对耐磨性的提高起到作用。

纳米氧化铝表面的羟基和硬脂酸的羧基发生了类似有机酸和有机醇的酯化反应，使纳米氧化铝的极性发生了改变，经改性的纳米氧化铝能均匀分散在涂料内部，不发生团聚现象。通过加入硬脂酸改性纳米氧化铝颗粒，使得聚脲表面的成膜性遭到破坏，出现了一些由纳米颗粒堆积而成的凸起，表面变得粗糙，这些多层次的微纳米级粗糙结构可以截留更多的空气，使得水滴与表面的接触面积减少，因此聚脲表面呈现出超疏水性能。成膜后的涂料具有优异的滑爽性、高水接触角和耐候性优异等特点。水容易在自然外力作用下滚落、滑落，从而减少结(履)冰前的挂水量；可抑制或延缓冰晶在材料表面的形成；可降低冰晶与接触界面的附着力；减少“解冻后”履冰现象对工程领域造成的气象灾害。

其中，所述脂肪族异氰酸酯单体包括异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、1,4环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯中的一种或几种。所述多元醇为氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃聚醚多元醇、聚己内酯多元醇、蓖麻油多元醇中的一种或几种；所述多元醇的分子量为500-4000，官能度为2-4。所述催化剂二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸铅、异辛酸铋的一种或几种。所述潜固化剂为噁唑烷型潜固化剂；所述噁唑烷型潜固化剂为含有双脲键的双噁唑烷、含羟基的单噁唑烷、含双酯键的双噁唑烷中的一种或者几种。所述溶剂用于分散所述硬脂酸改性纳米氧化铝；用于降低聚脲涂料体系粘度，使其易于手工刮涂施工，可以选择为为醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲乙酮、丙酮、甲苯、二甲苯、芳烃溶剂油中的一种或几种。

其中，所述硬脂酸改性纳米氧化铝的粒径大小将影响聚脲涂层表面凸起大小，从而影响聚脲涂层表面的疏水性能，所述硬脂酸改性纳米氧化铝中，硬脂酸在纳米氧化铝表面的接枝率为6-12％，硬脂酸改性后的纳米氧化铝在溶剂中的分散性有所改善，改性前的纳米氧化铝是亲水疏油，但硬脂酸改性后的纳米氧化铝变成了亲油疏水。控制所述多元醇的分子量为500-4000，官能度为2-4，控制所述聚二甲基硅氧烷的摩尔质量为1000-4000g/mol，是因为上述原料容易获得，且能使制备的聚脲涂料的粘度低于2000mpa·s，使其易于手工刮涂施工。

实施例1

手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料的制备过程如下：

按重量份，将20份聚醚多元醇(分子量2000，官能度为2)置于三口烧瓶中，在(100±5)℃下真空脱水(2.5±0.1)小时，冷却到(50±5)℃；之后加入0.6份催化剂二月桂酸二丁基锡、17份溶剂醋酸丁酯，搅拌均匀并将温度控制为(60±5)℃；再加入10份脂肪族异氰酸酯单体异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌均匀后升温至(85±5)℃，反应(2±0.1)小时；接着加入0.1份分散剂byk110、0.1份消泡剂byk066n、2份颜料，高速搅拌(0.5±0.1)小时；然后加入15份聚二甲基硅氧烷、30份硬脂酸改性纳米氧化铝，高速搅拌分散均匀后，在(85±5)℃温度下继续反应(1±0.1)小时；再加入0.1份抗氧剂1010、0.1份增稠剂407、5份潜固化剂tp-830(tds)，搅拌(0.5±0.1)小时后，过滤出料，制备得到手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料。

其中，所述硬脂酸改性纳米氧化铝在使用前，需与溶剂醋酸丁酯进行超声混合处理，其中，所述硬脂酸改性纳米氧化铝与所述溶剂的质量比为1:1.1。

手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂层的制备过程如下：

水利大坝基体预处理后，刷涂聚脲配套底漆，底漆完全干燥后，采用三布五油工艺进行施工，即上述聚脲涂料一遍，玻璃布一层，待固化后再手工刮涂一遍聚脲涂料，玻璃布一层，固化后再重复手工刮涂上述聚脲涂料，玻璃布一层，最后再手工刮涂上述聚脲涂料一遍封面即可。

上述手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂层置于温度为(25±2)℃、湿度为(50±5)％的环境中，养护7天后，测试性能如下：耐磨性(750g/500r))，g≤5mg，水接触角为145°，着冰力为10n，拉拔强度为3.5mpa。

实施例2

手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料的制备过程如下：

按重量份，将35份聚醚多元醇(分子量2000，官能度为2)置于三口烧瓶中，在(100±5)℃下真空脱水(2.5±0.1)小时，冷却到(50±5)℃；之后加入0.6份催化剂二月桂酸二丁基锡、17份溶剂醋酸丁酯，搅拌均匀并将温度控制为(60±5)℃；再加入20份脂肪族异氰酸酯单体异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌均匀后升温至(85±5)℃，反应(2±0.1)小时；接着加入0.1份分散剂byk110、0.1份消泡剂byk066n、2份颜料，高速搅拌(0.5±0.1)小时；然后加入10份聚二甲基硅氧烷、10份硬脂酸改性纳米氧化铝，高速搅拌分散均匀后，在(85±5)℃温度下继续反应(1±0.1)小时；再加入0.1份抗氧剂1010、0.1份增稠剂407、5份潜固化剂tp-830(tds)，搅拌(0.5±0.1)小时后，过滤出料，制备得到手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料。

其中，所述硬脂酸改性纳米氧化铝在使用前，需与溶剂醋酸丁酯进行超声混合处理，其中，所述硬脂酸改性纳米氧化铝与所述溶剂的质量比为1:1.1。

手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂层的制备过程如下：

水利大坝基体预处理后，刷涂聚脲配套底漆，底漆完全干燥后，采用三布五油工艺进行施工，即上述聚脲涂料一遍，玻璃布一层，待固化后再手工刮涂一遍聚脲涂料，玻璃布一层，固化后再重复手工刮涂上述聚脲涂料，玻璃布一层，最后再手工刮涂上述聚脲涂料一遍封面即可。

上述手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂层置于温度为(25±2)℃、湿度为(50±5)％的环境中，养护7天后，测试性能如下：耐磨性(750g/500r))，g≤8mg，水接触角为125°，着冰力为15n，拉拔强度为3.0mpa。

本发明提出了手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料及其制备方法，原料中包含聚二甲基硅氧烷和硬脂酸改性纳米氧化铝颗粒，不需要配合面漆，通过单一聚脲涂层，就可解决现有技术中水利大坝聚脲涂层耐磨、抗冰拔、耐老化问题，制备的聚脲涂层的水接触角在120-150度，保持着良好的超疏水性；着冰力＜20n，涂层表面冰的粘附力小；耐磨性可以达到(750g/500r)，g≤5mg。因此，本发明的手工刮涂型水利大坝抗冰拔耐磨的聚脲涂料具有较好的耐磨、抗冰拔、耐老化性能，适用性更广、稳定性更高。并且，本发明的聚脲涂料的制备方法工艺简单、原材料易得、成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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