一種常溫固化聚氨酯樹脂組合物及其製備方法與流程

2023-11-11 07:17:57 1

本發明涉及一種常溫固化聚氨酯樹脂組合物及其製法，具體是一種用於CRTS-Ⅰ型高速鐵路凸形擋臺填充的聚氨酯樹脂，這種樹脂可以在-5～40oC範圍內施工固化。
背景技術：
：無砟軌道的下部基礎、底座、道床板（或CA砂漿墊層）均為現場工業化澆注；雙塊式軌枕、軌道板、軌下膠墊、扣件、鋼軌等均為工廠預製件或標準產品，可以保證其性能有很好的均一性。由此組成的軌道整體結構與有砟軌道相比具有更好的結構連續性和剛度均勻性，為提高軌道的平順性，改善乘車質量提供了有利條件。軌道穩定性好，線路養護維修工作量顯著減少，從而減小對列車運營的幹擾，線路利用率高；軌道幾何形位能持久保持，提高列車運行的安全性。並在很大程度上減少了工務養護和省卻了維修設施，為客運專線列車的高密度、準點正常運行提供了重要保證。無砟軌道結構高度低，可減小隧道開挖斷面；自重輕，可減輕橋梁二期恆載。其縱、橫向穩定性好，在選線困難地段可以利用它能承受較大輪軌橫向力的有利條件，適當放寬曲線允許超高、欠超高的限制，減少最小曲線半徑，從而有利於選線，減少工程量，節省投資。目前，無砟軌道已經成為高速客運專線的首選，中國也是世界上無砟軌道客運專線建設裡程最長的國家，而且還在繼續建設。無砟軌道的軌道彈性較之有砟軌道要差，環境振動和噪聲的量級較高。這會增加軸重對軌道破壞、失效和軌道狀態惡化的影響，也會隨軸重的增加加劇環境振動和噪聲。無砟軌道建設的技術要求和難度要遠高於有砟軌道；由於沒有道砟進行減震，對路基的減震性能就提出了更高的要求。目前國內引進的無砟軌道技術主要是德國的Rheda型和日本的CRTS型板式軌道技術。日本的CRTS型板式軌道技術是世界上應用最多無砟軌道技術，國內京大線就採用了這種技術，稱為CRTS-Ⅰ型，凸型擋臺和軌道板之間CA砂漿填充，起限位和減震作用，由於CA砂漿的彈性較差，現在已經改為高分子樹脂填充，這就要求樹脂應有足夠的強度、適當的彈性，能夠良好的粘接凸型擋臺和軌道板，以及足夠好的老化性能，因所處的地域不同，某些地區要求樹脂應具有較好的耐寒性能。我國東北大部分地區年平均最低溫度都在-40oC以下，這就要求凸型擋臺填充樹脂具有足夠的耐低溫性能，且低溫條件下性能穩定，鐵路科學技術研究院出臺了相關的暫行標準見表1，表2。表1凸臺樹脂混合液性能指標要求序號項目性能指標要求1黏度（Pa·s25oC）≤102可工作時間（min）≥203表幹時間（h）≤244承載時間（h）≤485固化收縮量（mm）≤10表2澆鑄體的性能指標要求聚氨酯樹脂耐低溫性能好，強度硬度可調，老化性能優良，可以常溫固化，是用於凸型擋臺填充樹脂的很好材料。為此，本領域技術人員對此進行了大量的研究，中國發明專利說明書CN101544740A公開了一種澆注型常溫固化聚氨酯樹脂組合物及其製備方法,、中國發明專利說明書CN102250310B公開了一種聚氨酯樹脂組合物及其製備方法和用途，上述兩專利存在製備過程繁瑣，需要合成預聚體，預聚體儲存期有限，而且粘度較大，需要加入大量增塑劑來調整粘度等不足；中國發明專利說明書CN100523084C提供了一種聚氨酯樹脂組合物，及其製備方法和其作為鐵路板式無碴軌道凸形擋臺的填充材料的使用方法，存在的不足是其製備的樹脂不能在低溫下使用，且需要加入有機金屬催化劑，對環境危害較大；中國發明專利說明書CN101613453B提供了一種用於填充單元板式無砟軌道凸形擋臺的樹脂組合物，雖然可以低溫使用，但加入增塑劑量過大，而且要加入有機金屬催化劑，對環境危害嚴重，且催化劑要單獨包裝，在使用時加入，不適合工地現場使用，而且必須在15oC～40oC範圍內施工。技術實現要素：本發明的目的是提供一種用於CRTS-Ⅰ型高速鐵路凸形擋臺填充的常溫固化聚氨酯樹脂組合物，其雙組分使用，具有良好的操作性，可常溫固化，性能優良且穩定。本發明的另一目的是提供上述常溫固化聚氨酯樹脂的製備方法。本發明的常溫固化聚氨酯樹脂組合物，由A、B兩組分混合固化製成常溫固化聚氨酯樹脂組合物，該組合物由以下步驟製得：將低聚物多元醇重量3～5%的增塑劑、4～7%的半補強炭黑加入低聚物多元醇中研磨，備用；將含研磨好炭黑的低聚物多元醇加入到反應釜中，升溫至50～60oC加入低聚物多元醇重量20～30%的矽微粉、4～7%的硫酸鈣晶須，充分分散，分散過程總物料溫度不超過90oC；將步驟的物料緩慢加熱至110～120oC，在真空度10～20mmHg之間，脫水1.5～2小時，然後降溫至50oC以下；加入低聚物多元醇重量的0.4～0.7%的消泡劑、0.3～0.6%的分散劑、0.6～0.9%的流平劑、0.3～0.6%的偶聯劑和0.5%的抗氧劑於物料中，攪拌均勻，然後出料、密封包裝，作為A組分；B組分為含增塑劑的多亞甲基多苯基異氰酸酯（PAPI）；使用時將A、B兩組分按比例充分混合，常溫固化28天即獲得產品。本發明步驟中低聚物多元醇為羥值1～3.1±0.05mmol/g的聚四氫呋喃醚二醇（PTMG），羥值11～14±0.6mmol/g的硬泡聚醚和羥值為0.5～0.7±0.05mmol/g的端羥基聚丁二烯（HTPB）三者的混合物；其中PTMG佔總低聚物多元醇重量的10～30%，硬泡聚醚佔總低聚物多元醇重量的5～10%，HTPB佔總低聚物多元醇重量的65～80%。優選羥值為2±0.05mmol/g的PTMG，羥值為13.7±0.6mmol/g、牌號為403的硬泡聚醚，羥值為0.6±0.05mmol/g的HTPB，PTMG/硬泡聚醚/HTPB=15/9/76(質量比)的比例。本發明步驟中增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）和癸二酸二辛酯（DOS）中的一種或兩者的混合物。優選癸二酸二辛酯DOS，用量低聚物多元醇重量的4%。本發明步驟中半補強炭黑優選牌號550的半補強炭黑，用量低聚物多元醇重量的5%。本發明步驟中矽微粉（化學成分為二氧化矽）粒徑為600～1000目，優選800目，用量為低聚物多元醇重量的28%；硫酸鈣晶須平均長徑比為75～85，優選長徑比80，用量為低聚物多元醇重量的5%。本發明步驟中偶聯劑為N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基矽烷，優選用量.為低聚物多元醇重量的0.5%；消泡劑為相容性好的BYK-051、BYK-060N或DEUCHEM-6800，優選為牌號為BYK-051，用量為低聚物多元醇重量的0.6%；分散劑為炭黑專用分散劑，牌號為DISPERBYK-2000、DISPERBYK-2090或DEUCHEM-926，優選為牌號為DISPERBYK-2000，用量為低聚物多元醇重量的0.5%；　流平劑為反應型有機矽氧烷，牌號為BYK-373、BYK370或DEUCHEM-495，優選牌號為BYK-373，用量為低聚物多元醇重量的0.75%；本發明步驟中抗氧劑為：2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT），牌號264和亞磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯，牌號為168二者的混合物，2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）用量為低聚物多元醇重量的0.2～0.4%，亞磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯用量為低聚物多元醇重量的0.1～0.3%。優選2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚為低聚物多元醇重量的0.3%，亞磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯為低聚物多元醇重量的0.2%。本發明步驟組分B的多亞甲基多苯基異氰酸酯的牌號為BASF的LupranateM20S。本發明步驟組分B所含增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）和癸二酸二辛酯（DOS）中的一種或兩者的混合物，優選癸二酸二辛酯DOS。多亞甲基多苯基異氰酸酯/增塑劑為95/5質量比。本發明步驟中B組分活性官能團物質的量與A組分活性官能團物質的量之比為1.01～1.03，優選1.02。與現有技術相比，本發明的常溫固化聚氨酯樹脂組合物的優點在於：固化物性能符合「客運鐵路CRTS-1型板式無渣軌道凸型擋臺填充樹脂（CPU）暫行技術條件」技術規範，玻璃化溫度低至-80℃，可以在任何氣候環境下使用。本發明製備方法的優點在於：製備過程簡單可靠，不用合成預聚體，自催化體系，儲存期長，A、B組分粘度低，A、B兩組分易於均勻混合，流動性好，不用加入大量增塑劑，綠色環保且澆注時更易於操作，可在5oC～40oC範圍內施工；本發明原料易得，工藝可操控性好，產品質量穩定。具體實施方式實施例1：將80Kg羥值為0.5±0.05mmol/g的HTPB、10Kg羥值為11±0.6mmol/g的硬泡聚醚、10Kg羥值為3.1±0.05mmol/g的PTMG、7Kg的550炭黑和3Kg的DOP投入研磨機研磨，研磨完成後將物料投入帶分散裝置的200L反應釜，攪拌，緩慢升溫至50~55oC，加入長徑比75的硫酸鈣晶須4Kg和600目的矽微粉30Kg，啟動分散機分散1小時（分散過程中保持料溫不超過90oC），停止分散，升溫至110~120oC減壓至10~20mmHg脫水，脫水兩小時後，降溫至50oC以下，加入0.4Kg的BYK-051、0.5Kg的DISPERBYK-2000、0.6Kg的BYK-373和0.3Kg的N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基矽烷、0.4Kg的264和0.1Kg的168，攪拌2小時，出料，密封包裝，作為A組分。將95Kg的PAPI、5Kg的DOP加入200L的反應釜，常溫攪拌2小時，出料，密封包裝，作為B組分。將20Kg的A組分與3.5Kg的B組分充分混合5分鐘，混合液的性能滿足表1的技術指標，將混合液澆注在模具中，常溫固化28天，固化物性能滿足表2的性能指標。實施例2：將76Kg羥值為0.6±0.05mmol/g的HTPB、9Kg羥值為13.7±0.6mmol/g的硬泡聚醚403、15Kg羥值為2±0.05mmol/g的PTMG、5Kg的550炭黑和4Kg的DOS投入研磨機研磨，研磨完成後將物料投入帶分散裝置的200L反應釜，攪拌，緩慢升溫至50~55oC，加入長徑比80的硫酸鈣晶須5Kg和800目的矽微粉28Kg，啟動分散機分散1小時（分散過程中保持料溫不超過90oC），停止分散，升溫至110~120oC減壓至10~20mmHg脫水，脫水兩小時後，降溫至50oC以下，加入0.6Kg的BYK-051、0.5Kg的DISPERBYK-2000、0.75Kg的BYK-373和0.5Kg的N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基矽烷、0.3Kg的264和0.2Kg的168，攪拌2小時，出料，密封包裝，作為A組分。將95Kg的PAPI、5Kg的DOP加入200L的反應釜，常溫攪拌2小時，出料，密封包裝，作為B組分。將20Kg的A組分與3.07Kg的B組分充分混合5分鐘，混合液的性能滿足表1的技術指標，將混合液澆注在模具中，常溫固化28天，固化物性能滿足表2的性能指標。實施例3：將72Kg羥值為0.7±0.05mmol/g的HTPB、8Kg羥值為的12±0.6mmol/g硬泡聚醚、20Kg羥值為2±0.05mmol/g的PTMG、4Kg的550炭黑和4Kg的DOP投入研磨機研磨，研磨完成後將物料投入帶分散裝置的200L反應釜，攪拌，緩慢升溫至50~55oC，加入長徑比85的硫酸鈣晶須4Kg和800目的矽微粉26Kg，啟動分散機分散1小時（分散過程中保持料溫不超過90oC），停止分散，升溫至110~120oC減壓至10~20mmHg脫水，脫水兩小時後，降溫至50oC以下，加入0.7Kg的BYK-051、0.3Kg的DISPERBYK-2000、0.9Kg的BYK-373和0.6Kg的N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基矽烷、0.2Kg的264和0.3Kg的168，攪拌2小時，出料，密封包裝，作為A組分。將95Kg的PAPI、5Kg的DOP加入200L的反應釜，常溫攪拌2小時，出料，密封包裝，作為B組分。將20Kg的A組分與3.9Kg的B組分充分混合5分鐘，混合液的性能滿足表1的技術指標，將混合液澆注在模具中，常溫固化28天，固化物性能滿足表2的性能指標。實施例4將68Kg羥值為0.6±0.05mmol/g的HTPB、7Kg羥值為14±0.6mmol/g的硬泡聚醚403、25Kg羥值為1±0.05mmol/g的PTMG、7Kg的550炭黑、4Kg的DOS投入研磨機研磨，研磨完成後將物料投入帶分散裝置的200L反應釜，攪拌，緩慢升溫至50~55oC，加入長徑比80的硫酸鈣晶須5Kg和800目的矽微粉25Kg，啟動分散機分散1小時（分散過程中保持料溫不超過90oC），停止分散，升溫至110~120oC減壓至10~20mmHg脫水，脫水兩小時後，降溫至50oC以下，加入0.5Kg的BYK-051、0.4Kg的DISPERBYK-2000、0.7Kg的BYK-373和0.4Kg的N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基矽烷、0.3Kg的264和0.2Kg的168，攪拌2小時，出料，密封包裝，作為A組分。將95Kg的PAPI、3Kg的DOP和2Kg的DOS加入200L的反應釜，常溫攪拌2小時，出料，密封包裝，作為B組分。將20Kg的A組分與3.4Kg的B組分充分混合5分鐘，混合液的性能滿足表1的技術指標，將混合液澆注在模具中，常溫固化28天，固化物性能滿足表2的性能指標。實施例5：將68Kg羥值為0.6±0.05mmol/g的HTPB、7Kg羥值為13.7±0.6mmol/g的硬泡聚醚403、25Kg羥值為2±0.05mmol/g的PTMG、6Kg的550炭黑、2Kg的DOP和3Kg的DOS投入研磨機研磨，研磨完成後將物料投入帶分散裝置的200L反應釜，攪拌，緩慢升溫至50~55oC，加入長徑比80的硫酸鈣晶須5Kg和1000目的矽微粉23Kg，啟動分散機分散1小時（分散過程中保持料溫不超過90oC），停止分散，升溫至110~120oC減壓至10~20mmHg脫水，脫水兩小時後，降溫至50oC以下，加入0.5Kg的BYK-051、0.6Kg的DISPERBYK-2000、0.8Kg的BYK-373和0.5Kg的N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基矽烷、0.3Kg的264和0.2Kg的168，攪拌2小時，出料，密封包裝，作為A組分。將95Kg的PAPI、5Kg的DOS加入200L的反應釜，常溫攪拌2小時，出料，密封包裝，作為B組分。將20Kg的A組分與3.7Kg的B組分充分混合5分鐘，混合液的性能滿足表1的技術指標，將混合液澆注在模具中，常溫固化28天，固化物性能滿足表2的性能指標。實施例6將65Kg羥值為0.6±0.05mmol/g的HTPB、6Kg羥值為13.7±0.6mmol/g的硬泡聚醚403、29Kg羥值為2±0.05mmol/g的PTMG、5Kg的550炭黑和5Kg的DOP投入研磨機研磨，研磨完成後將物料帶投入分散裝置的200L反應釜，攪拌，緩慢升溫至50~55oC，加入長徑比80的硫酸鈣晶須5Kg和800目的矽微粉21Kg，啟動分散機分散1小時（分散過程中保持料溫不超過90oC），停止分散，升溫至110~120oC減壓至10~20mmHg脫水，脫水兩小時後，降溫至50oC以下，加入0.6Kg的BYK-051、0.5Kg的DISPERBYK-2000、0.75Kg的BYK-373和0.5Kg的N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基矽烷、0.3Kg的264和0.2Kg的168，攪拌2小時，出料，密封包裝，作為A組分。將95Kg的PAPI、5Kg的DOS加入200L的反應釜，常溫攪拌2小時，出料，密封包裝，作為B組分。將20Kg的A組分與3.7Kg的B組分充分混合5分鐘，混合液的性能滿足表1的技術指標，將混合液澆注在模具中，常溫固化28天，固化物性能滿足表2的性能指標。實施例7將65Kg羥值為0.6±0.05mmol/g的HTPB、5Kg羥值為13.7±0.6mmol/g的硬泡聚醚403、30Kg羥值為2±0.05mmol/g的PTMG、5Kg的550炭黑和5Kg的DOS投入研磨機研磨，研磨完成後將物料投入帶分散裝置的200L反應釜，攪拌，緩慢升溫至50~55oC，加入長徑比80的硫酸鈣晶須5Kg和800目的矽微粉20Kg，啟動分散機分散1小時（分散過程中保持料溫不超過90oC），停止分散，升溫至110~120oC減壓至10~20mmHg脫水，脫水兩小時後，降溫至50oC以下，加入0.6Kg的BYK-051、0.5Kg的DISPERBYK-2000、0.75Kg的BYK-373和0.5Kg的N-β（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基矽烷、0.3Kg的264和0.2Kg的168，攪拌2小時，出料，密封包裝，作為A組分。將95Kg的PAPI、5Kg的DOS加入200L的反應釜，常溫攪拌2小時，出料，密封包裝，作為B組分。將20Kg的A組分與3.5Kg的B組分充分混合5分鐘，混合液的性能滿足表1的技術指標，將混合液澆注在模具中，常溫固化28天，固化物性能滿足表2的性能指標。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp