一种纳米二氧化硅/WPU-水性环氧树脂灌浆材料制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米二氧化硅/WPU

【技术实现步骤摘要】
一种纳米二氧化硅/WPU
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水性环氧树脂灌浆材料


[0001]本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种纳米二氧化硅/WPU
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水性环氧树脂灌浆材料。

技术介绍

[0002]水性聚氨酯(WPU)作为一种以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，不仅克服了传统的溶剂型聚氨酯固含量低(一般为15％～30％)、使用过程中严重污染环境、危害人体健康的缺陷，同时也避免了由于使用大量有机溶剂而造成的极大浪费。由于水性聚氨酯具有无污染、不易燃烧、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点，而且有些水性聚氨酯具有一定的微膨胀效应，使其在涂料、胶黏剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂、纤维表面处理剂和灌浆材料等方面得到了广泛应用。
[0003]水性环氧树脂是指整个体系以微粒、液体或者胶体的状态存在，与一般的溶剂型环氧树脂相比，具有低挥发性、无毒、安全、气味小和运输储存安全等优势，更符合环保发展要求。这种水性环氧树脂由于没有添加有机溶剂，可以做到零VOC排放。环氧树脂由于强度高、耐腐蚀性好、耐磨性好、绝缘性能优异，但是环氧树脂固化后会有明显的尺寸收缩，限制了其某些方面的应用，
[0004]水性聚氨酯采用特定含量的异氰酸酯封端，可以具有微膨胀效应，能很好的解决单一环氧树脂灌浆料带来的收缩率，但是聚氨酯浆料作为单一材料应用于加固领域时内部反应放热量大、热传导差，使得材料内部的温度急剧升高，容易引起材料内部碳化、冒烟、明火等严重安全隐患。为解决这一问题，无机纳米粒子改性是最常用的方法之一。常见的无机纳米粒子如nano
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SiO2，nano
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TiO2，nano
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MMT等改性聚氨酯均已有报道。但相比于其他纳米粒子，nano
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SiO2制备工艺简单、来源广、成本低，应用优势突出。 nano
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SiO2具有量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和表面效应、较大的比表面积、三维网状结构，表面有大量的不饱和键，易与树脂基体形成氢键和化学键，由于纳米二氧化硅的比表面积和表面活性高，在有机
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无机相界面形成氢键和化学键可以改善无机粒子与聚合物之间的相容性，可阻止纳米粒子的团聚。
[0005]互穿聚合物网络(IPN)是一种新型的聚合物共混物，由两种或两种以上的聚合物以网络形式组成。在两种聚合物具有良好相容性的前提下，由于其刚性分子段的强极性，它们通过物理纠缠结合在一起，使具有不同功能的聚合物形成稳定的结合体，使其在性能上具有协同作用，从而可以很好的提高材料的力学性能。接枝IPN在两种不同类型的链之间偶尔存在一个共价键(化学交联)点。高分子聚合物形成的IPN材料的性能可以通过选择原材料、改变组分的比例和提高加工工艺来调整。目前，IPN结构已经被广泛应用于各行各业。本专利采用水性聚氨酯和水性环氧可有效形成IPN结构，显著增强材料的各项性能，而且添加合适的无机粒子可以进一步强化IPN结构。
[0006]半个多世纪以来，高分子化学灌浆在我国已经取得了长足的发展，大部分常用的化学灌浆品种在我国已经实现规模化的生产，但由于土木工程的复杂和多样化，对化学灌
浆材料还有特殊要求。环氧树脂和聚氨酯在一定化学条件下可以形成互穿网络结构，且具有一定的微膨胀效应，nano
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SiO2的加入可进一步增强IPN结从而加强灌浆材料的力学性能、耐水性、耐热性。周应先等采用分步法制备了接枝聚氨酯/环氧树脂互穿网络结构，其热稳定性明显优于非接支聚合物。贾金荣等采用顺序聚合法制备了蓖麻油型聚氨酯/环氧树脂，可应用于胶粘剂领域。陈建兵等使用两种不同环氧当量的环氧树脂改性水性聚氨酯。Chao等利用三丙醇为交联剂，制备了羟基封端的聚氨酯与环氧形成互穿网络结构。杨元龙等制备水性聚氨酯与环氧共混形成互穿网络结构。但水性聚氨酯、水性环氧和纳米粒子的共混灌浆材料还没有报道过。

技术实现思路

[0007]针对单一的环氧树脂的收缩性，缺乏柔顺性，聚氨酯浆料作为单一材料应用于加固领域时内部反应放热量大、热传导差以及环保问题，本文提出一种纳米二氧化硅/WPU
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水性环氧树脂灌浆材料。本专利技术主要解决的问题是单一环氧树脂或者聚氨酯灌浆材料的缺点以及环保问题。单一的环氧树脂灌浆材料具有一定的收缩性、韧性差、脆性大等缺点，但是聚氨酯具有回弹性、力学性能好、一定的柔顺性，如果将其共混可以很好的弥补各自的缺点，并保留自身的优点。而且各自采用水溶性树脂，更加环保，加入nano
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SiO2可进一步提升材料的各项性能。
[0008]本专利技术为了实现上述的目的采用的技术方案为：一种纳米二氧化硅/WPU
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水性环氧树脂灌浆材料，水性聚氨酯和水性环氧树脂比例为质量比，研究了不同比例的性能。
[0009]所述水性聚氨酯是异氰酸酯封端的聚氨酯，
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OH/
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NCO的物质的量比为1:1.5
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1:2。
[0010]进一步的水性聚氨酯为乳白色的均匀液体，固含量为50％，粘度在700
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900mpa.s 之间，环氧当量435
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500g/eq。
[0011]进一步的nano
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SiO2是一种无机纳米材料，尺寸范围在1～100nm，具有对抗紫外线的光学性能，能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能。
[0012]本专利技术还提供了一种纳米二氧化硅/WPU
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水性环氧树脂灌浆材料，具体包括步骤如下：
[0013]1、称取一定量的亲水性聚醚多元醇在140℃下真空干燥2h，真空度为0.09
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0.1 MPa。
[0014]2、将干燥完的聚丙二醇移入装有冷凝管的三口烧瓶中，再按比例加入甲苯
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二异氰酸酯，在机械搅拌和70℃的条件下反应3h，得到水性聚氨酯预聚体。
[0015]3、将上一步得到的水性聚氨酯预聚体和水性环氧树脂按预先设置好的比例混合，加入催化剂，在70℃下反应3h，最终得到水性聚氨酯
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水性环氧IPN乳液。
[0016]4、将上一步得到的IPN乳液在一定温度下加入一定质量比的纳米二氧化硅，混合均匀，即得到最后的灌浆液。
[0017]5、将上一步得到的混合乳液加入糠醛溶液，作为A组分，T31/低分子聚酰胺650# 固化剂、丙酮和DMP
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30作为B组分，将A、B两个组分混合均匀，即得到最终的灌浆材料在室温固化7d成形。
[0018]进一步的T31/低分子聚酰胺650#为EP的50％，丙酮/糠醛为EP的40％，DMP
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30 为EP的2％。
[0019]本专利技术产生的有益效果包括：本专利技术采用水性聚氨酯和水性环氧作为树脂基体，加入纳米二氧化硅制备高分子灌浆材料。在保留水性聚氨酯浆料优良综合性能的基础本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化硅/WPU
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水性环氧树脂灌浆材料，其特征在于，按重量计，包括40
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10份水性聚氨酯、60
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90份水性环氧树脂、5
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20份nano
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SiO2；所述WPU为水性聚氨酯，是由水性聚醚多元醇和甲苯二异氰酸酯通过本机聚合法合成；所述水性环氧树脂是MU
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601；所述纳米二氧化硅简称为nano
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SiO2，由硅酸钠水解制备得到。2.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅/WPU
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水性环氧树脂灌浆材料，其特征在于，所述nano
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SiO2具有较大比表面积和三维网状结构，其表面存在大量不饱和键，易与树脂基体形成氢键和化学键，因此，这类灌浆材料具有优良的力学性能。3.根据权利要求1所述的纳米二氧化硅/WPU
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水性环氧树脂灌浆材料，其特征在于，所述水性环氧树脂是以水为溶剂，不含任何有机溶剂，以微粒、液滴或胶体的形式，分散在以水介质中，形成稳定的分散体系，具有低VOC含量和低毒性，适应环保要求；所述水性聚氨酯也是以水代替有机溶剂，含有大量的亲水性基团，含有少量的反应性的
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NCO基团，含量在4％
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7％左右，且具有微膨胀效应，显著减小高分子材料固化后带来的收缩率，主要靠分子内极性基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓丹，王锋，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：