一种有机硅改性聚氨酯密封材料及其制备方法与流程

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种建筑材料，具体涉及一种有机硅改性聚氨酯密封材料及其制备方法。

背景技术：

无砟轨道结构是我国高速铁路建设中采用的主要轨道结构型式。在无砟轨道结构中，底座板、道床板等为长线连续浇筑结构，使其在温度变化下容易发生结构变形，为了保证结构的平顺性和稳定性，往往需要隔一段距离设置一条伸缩缝。同时，在轨道结构与线下基础、线间封闭层的接口处也预留伸缩缝，需要采用弹性嵌缝材料进行密封防水。

目前，我国无砟轨道伸缩缝所用的嵌缝材料主要有沥青类、聚氨酯类以及硅酮胶类嵌缝材料，具体是：

早期沥青类嵌缝材料因价格低廉、原料易得等优点受到青睐，但是存在加热施工才能使用，工艺较复杂；温度适应性较差；耐老化性较差，使用寿命较短等缺点，逐渐为聚氨酯类、硅酮胶类嵌缝材料所取代。

聚氨酯类嵌缝材料施工便捷，可室温固化，且固化速度可调；储存稳定性好，可长期保存；粘结性能好。但固化效果受温度敏感性较高，低温(≤5℃)条件下，固化速度慢，对嵌缝效果影响大；耐候性也不佳，使用时需要灌封较厚胶料。

硅酮嵌缝材料具有施工性好、耐高低温性、耐水性、耐久性优异等优点，但硅酮嵌缝材料对界面为多孔性的混凝土材料粘结性不好，储存周期短；无砟轨道混凝土接缝一般较深，接缝内部嵌缝材料深层固化性能较差，表面易褶皱。嵌缝材料失效会容易使水进入无砟轨道结构内部，日积月累则会引起道床冒浆、拱起，严重影响无砟轨道耐久性。

因此，开发一种制备方便且综合性能优的嵌缝材料及其制备方法具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种有机硅改性聚氨酯密封材料，这种密封胶兼有硅酮密封胶和聚氨酯密封胶的优点和长处，表现出优良的耐候性、耐久性，良好的粘结性、环境友善性和优良作业性等优点，能解决目前传统嵌缝材料在应用过程中的存在问题。

具体技术方案如下：

一种有机硅改性聚氨酯密封材料，用于无砟轨道伸缩缝，以质量份数计包括以下组分：

有机硅烷改性聚氨酯预聚物100份；

深层固化促进剂5-20份；

增塑剂50-120份；

填料50-120份；

扩链剂2-10份；

催化剂0.2-2份；

粘结促进剂1-5份；

触变剂0-10份；

防老化剂0.2-2份；

存储稳定剂1-3份；

所述有机硅烷改性聚氨酯预聚物由端胺基有机硅烷作为改性剂改性聚氨酯预聚物得到，聚氨酯预聚物为异氰酸酯与多元醇制备的异氰酸酯基的质量含量为0.5％～3％的预聚物。

以上技术方案中优选的，所述异氰酸酯为tdi(甲苯-2,4-二异氰酸酯)、mdi(二苯基甲烷二异氰酸酯)、hdi(1,6-己二异氰酸酯)、改性tdi以及改性mdi中的至少一种；

所述多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇及共聚多元醇中的至少一种。

以上技术方案中优选的，多元醇为聚氧化乙烯–氧化丙烯共聚多元醇、四氢呋喃–氧化丙烯共聚醚多元醇、聚丙烯酸酯多元醇及端羟基环氧化聚丁二烯树脂中的至少一种，从上海高桥石油化工公司聚氨酯事业部购买得到。

以上技术方案中优选的，所述深层固化促进剂为聚乙烯醇类吸水树脂(从中国石化购买得到)、聚丙烯酸类吸水树脂(从复禾新材料科技(上海)有限公司购买得到)、甲酰胺、n，n-二甲基甲酰胺中的至少一种；增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯和/或邻苯二甲酸二异辛酯。

以上技术方案中优选的，所述填料为滑石粉、硅微粉、碳酸钙、炭黑、钛白粉、蒙脱土以及水泥中的至少一种。

以上方案中优选的，扩链剂为含有二官能基酮肟基硅烷；催化剂为有机锡类催化剂。

以上技术方案中优选的，所述扩链剂为二甲基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷以及甲基乙烯基二(n–甲基乙酞氨基)硅烷中的至少一种；催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、二甲氧基二丁基锡以及二辛酸二丁基锡中的至少一种。

以上技术方案中优选的，所述粘结促进剂为硅烷偶联剂；所述触变剂为气相二氧化硅、超细矿粉及有机膨润土中的至少一种；所述防老剂为光稳定剂、抗氧剂和水解稳定剂中的至少一种；所述储存稳定剂为5a分子筛、沸石、氯化镁、氯化钙、六甲基二硅氮烷以及乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。

以上技术方案中优选的，所述粘结促进剂为3–氨丙基三甲氧基硅烷、3–氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷以及异辛基三乙氧基硅烷中的至少一种。

本发明的有机硅改性聚氨酯密封材料包括有机硅烷改性聚氨酯预聚物、深层固化促进剂、增塑剂、填料、扩链剂、催化剂、粘结促进剂、触变剂、防老化剂及存储稳定剂，所述有机硅烷改性聚氨酯预聚物由端胺基有机硅烷作为改性剂改性聚氨酯预聚物得到，聚氨酯预聚物为异氰酸酯与多元醇制备的异氰酸酯基的质量含量为0.5％～3％的预聚物。采用特定的原料组合及合理的配比，能用于无砟轨道伸缩缝，且综合性能优异；通过将粘结促进剂和存储稳定性进行合理有效的复配，有效提高嵌缝材料深层固化程度和储存稳定性，有效克服固化不均一、表面易褶皱等问题。本发明聚氨酯预聚体由特殊改性异氰酸酯单体与功能性多元醇制备而成，有效地改善其粘接性能和耐久性能。通过扩链剂调节分子链长度，制备的材料力学强度适中、拉伸模量低、位移能力高且耐疲劳性能好，综合性能优越。

本发明还公开一种有机硅改性聚氨酯密封材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备有机硅烷改性聚氨酯预聚物，具体是：将多元醇投入反应釜，升温至100℃-150℃，搅拌，抽真空脱水脱气1-5小时，降温至40℃-50℃，然后加入异氰酸酯，在60℃-80℃的反应温度下，反应60-180min后，开始测试预聚物异氰酸酯基团含量，如不满足则继续反应，直至满足设计值±0.2％为止；在所得聚氨酯预聚体搅拌状态下，与端胺基有机硅烷在70℃-80℃下反应2～3小时，即得有机硅烷改性聚氨酯预聚物；

步骤二、当有机硅烷改性聚氨酯预聚物温度降至50℃以下时，依次加入增塑剂、深层固化促进剂、填料、扩链剂、催化剂、粘结促进剂、触变剂、防老化剂及存储稳定剂；在真空度≤-0.8mpa的真空条件下进行搅拌脱泡100-120min，得有机硅改性聚氨酯密封材料。

应用本发明的制备方法，工艺步骤精简，采用独特的工艺参数搭配结合各原料的合理配比，最终能够获得适用于无砟轨道伸缩缝且综合性能优异的有机硅改性聚氨酯密封材料，兼有硅酮密封胶和聚氨酯密封胶的优点和长处，表现出优良的耐候性、耐久性，良好的粘结性、环境友善性和优良作业性等优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照实施例对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下结合实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种有机硅改性聚氨酯嵌缝材料，用于无砟轨道伸缩缝，其包括以下组分(按质量份数计)：

有机硅烷改性聚氨酯预聚物100份，由80份聚氧化乙烯–氧化丙烯共聚多元醇、20份改性mdi和2份端胺基有机硅烷(此处具体是3-氨丙基三乙氧基硅烷)制得；

深层固化促进剂5份；

增塑剂100份；

填料100份；

扩链剂4份；

催化剂0.5份；

粘结促进剂1份；

触变剂0.5份；

防老化剂2份；

存储稳定剂2份。

上述有机硅改性聚氨酯嵌缝材料的制备方法包括如下步骤：

步骤一、制备有机硅烷改性聚氨酯预聚物，具体是：将80份聚氧化乙烯–氧化丙烯共聚多元醇投入反应釜，升温至110℃，搅拌(速率为800r/min)，抽真空脱水脱气2小时，降温至50℃，然后加入20份改性mdi(改性二苯基甲烷二异氰酸酯)，在80℃的反应温度下，反应180min后，开始测试预聚物异氰酸酯基团含量(如采用色谱检测)，得到聚氨酯预聚体，聚氨酯预聚体的-nco(异氰酸酯基团)质量含量为0.7％；在所得聚氨酯预聚体搅拌状态下，与2份端胺基有机硅烷(此处具体是3-氨丙基三乙氧基硅烷)在80℃下反应3小时，即得100份有机硅烷改性聚氨酯预聚物；

步骤二、当有机硅烷改性聚氨酯预聚物温度降至50℃以下时，依次加入增塑剂(此处优选邻苯二甲酸二异壬酯100份)、深层固化促进剂(此处优选聚乙烯醇吸水树脂5份)、填料(此处优选碳酸钙80份和炭黑20份)、扩链剂(此处优选二甲基二丁酮肟基硅烷2份和甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷2份)、催化剂(此处优选辛酸亚锡0.5份)、粘结促进剂(此处优选3–氨丙基三甲氧基硅烷1份)、触变剂(此处优选气相二氧化硅0.5份)、2份防老化剂(参照现有技术)及存储稳定剂(此处优选5a分子筛1份和六甲基二硅氮烷1份)；在真空度≤-0.8mpa的真空条件下进行搅拌脱泡120min(800-1200r/min)，得到有机硅改性聚氨酯密封材料，密封包装得成品。

本实施例所得有机硅改性聚氨酯嵌缝材料用于无砟轨道伸缩缝，性能参数详见表1。

实施例2-3：

实施例2-3与实施例1比较，不同之处如下：

实施例2：聚氨酯预聚体的-nco(异氰酸酯基团)质量含量为1％；增塑剂50份；深层固化促进剂为聚丙烯酸钠吸水树脂；填料为钛白粉80份和炭黑20份；扩链剂为二甲基二丁酮肟基硅烷3份和甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷1份；催化剂为辛酸亚锡0.8份；存储稳定剂为六甲基二硅氮烷1份和氯化钙1份。

实施例3：多元醇为80份端羟基环氧化聚丁二烯树脂；聚氨酯预聚体的-nco含量为0.8％；增塑剂为80份；深层固化促进剂为甲酰胺10份；催化剂为二月桂酸二丁基锡0.5份和辛酸亚锡0.8份；触变剂为有机膨润土0.5份；防老化剂为1份；存储稳定剂为沸石1份和氯化钙1份。

对比例1：不添加深层固化促进剂。

对比例2：单组分湿气固化聚氨酯树脂desmosealsxp2458，加入邻苯二甲酸二辛酯60份，聚丙烯酸钠吸水树脂5份，钛白粉80份，炭黑20份，辛酸亚锡0.8份，3–氨丙基三乙氧基硅烷1份，气相二氧化硅0.5份，防老化剂2份，存储稳定剂，六甲基二硅氮烷1份，氯化钙1份。真空(真空度≤–0.8mpa)搅拌脱泡120min后，出料密封保存。

表1实施例1-3及对比例1-2的性能统计表

从表1可知：

1、参见对比例1，本发明实施例1-3增加了深层固化促进剂，固化深度由之前的3.6米增加至5.3-5.8米，效果显著。

2、参见对比例2，本发明所得有机硅改性聚氨酯嵌缝材料的耐老化性能显著优于市售单组份湿气固化聚氨酯嵌缝材料。

3、结合实施例1-3，本发明采用有机硅烷改性聚氨酯预聚物、深层固化促进剂、增塑剂、填料、扩链剂、催化剂、粘结促进剂、触变剂、防老化剂及存储稳定剂的组合所制得的有机硅改性聚氨酯嵌缝材料，具有良好的位移能力，拉伸模量低，粘结性能好，耐老化性能好等优点，综合性能好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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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