[发明专利]一种水性聚氨酯‑环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法。

背景技术

聚氨酯灌浆材料具有固结体结构紧密，防渗性好，工艺、设备简单，施工简单方便，可以根据施工中的不同需要调节固化凝固的时间等优点，但是聚氨酯稳定性差，遇到空气中的水分容易固化，在高温、高湿条件下易水解从而降低粘合强度。环氧树脂灌浆材料具有粘结力强、机械强度高，热稳定性和化学稳定好等优点，广泛应用于混凝土接缝/裂缝及其渗漏修补工程，但是环氧树脂灌浆材料存在质脆、韧性差、固化速度慢等问题。因此，将聚氨酯(PU)引入环氧树脂网络来制备PU/EP互穿网络聚合物(PU/EP IPNs)是近年来EP增韧改性研究领域的热点之一，并在电子灌封材料、胶黏剂、涂料等领域得到了应用，但将其应用于灌浆材料的研究报道较少。结合我国灌浆材料研发生产的实际情况，亟需研发更为实用的新型材料和快速整治工艺，为城市交通轨道路基冒浆、结构混凝土裂缝及其渗漏提供一种快速维修方法，以推动城市交通轨道技术进步。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种稳定性好、工艺条件温和、环境友好、成本低的水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液的制备方法，包括下述步骤：

(1)在密闭反应器内，加入聚醚二元醇(GE-210)，在温度为105～115℃、真空度为-0.080～-0.086MPa的条件下脱水2～3h；然后降温至50～55℃，加入2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)；再升温至80～85℃，加入催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)反应3～4h；然后在75～80℃，加入二羟基甲基丙酸，反应3～4h，逐步加成聚合得到亲水的聚氨酯预聚体；

(2)将合成的聚氨酯预聚体搅拌均匀，温度控制在70～75℃，加入未开环的双酚A型环氧树脂E-51，反应4～5h，得到聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物；

(3)继续降温至50～55℃，加入开环剂，搅拌反应8～9h；再继续降温到30～40℃，加入三乙胺中和反应30～45min，得到水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物体系；然后在高速搅拌下加入去离子水，剪切分散45～60min，得到水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物乳液。

步骤1中，各原料的配比为：2,6-甲苯二异氰酸酯与聚醚二元醇的摩尔比为(2.8～3.2):1，二羟基甲基丙酸占聚氨酯预聚体质量的5％～6％，催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)占聚氨酯预聚体质量的0.07％～0.22％。

步骤2中，未开环的双酚A型环氧树脂E-51占聚氨酯预聚体质量的24％～28％。

步骤3中，所述开环剂为含一个活泼H的脂肪胺化合物；包括二乙胺、二乙醇胺或二正丁胺；优选二乙醇胺。

步骤3中，开环剂的物质的量与双酚A型环氧树脂E-51的物质的量相同，三乙胺的物质的量与二羟基甲基丙酸DMPA的物质的量相同，去离子水的用量为聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物体系总质量的2～3倍。

本发明的技术路线如下：

(1)2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)与聚醚二元醇(GE-210)和二羟基甲基丙酸(DMPA)逐步加成聚合，合成亲水的聚氨酯预聚体：

(2)加入未开环的双酚A型环氧树脂E-51，与聚氨酯预聚体中剩余的-NCO基团反应：

(3)选用含一个活泼H的脂肪胺化合物作为开环剂，反应式(1-4)为二乙胺作为开环剂的反应原理：

(4)采用三乙胺(TEA)中和水性聚氨酯-环氧树脂互穿网络聚合物体系，并在适当的搅拌速度下水分散成乳液：

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明的原料简单易得，工艺条件温和，在不破坏环氧基团的情况下，将聚氨酯引入到环氧树脂中，改善了树脂的柔韧性和耐冲击性。

(2)本发明利用亲水基团(羧基)与环氧树脂开环反应引入羟基进行亲水改性，既能制得稳定性良好的水分散体，又使灌浆材料有较好的耐水性，体现了两者的协同效应。

(3)本发明在聚合物分子设计中引入环氧基结构，形成“潜伏”的交联点，减弱聚合过程中交联程度，避免因环氧树脂过度交联导致体系粘度过大及凝胶。