【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及橋隧鋪裝材料，尤其涉及一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑、制備及使用方法。
技術介紹
1、環氧樹脂作為一種熱固性聚合物材料，基于其優異的強度、粘結性、高溫抗車轍等性能目前已被廣泛應用于橋隧鋪裝中，是解決橋隧鋪裝這一世界性難題的一個很好的突破口。然而，未改性的環氧樹脂往往存在強度富裕、韌性不足等問題。這種特性上的不平衡限制了其在某些特定應用場景下的性能發揮，尤其是在需要高韌性和耐疲勞性能的橋隧鋪裝中。
2、為了解決這一問題，研究團隊探索了聚氨酯作為增韌劑改性環氧樹脂的方法。聚氨酯的柔韌性與環氧樹脂的剛性相結合，通過形成同步互穿網絡結構，實現了兩種材料性能的互補，從而在保持環氧樹脂優良機械性能的同時，顯著提升了其韌性。這種改性方法使得環氧樹脂在橋隧鋪裝中的應用更加廣泛和可靠。
3、然而，未改性的聚氨酯含有高活性的nco基團，這些基團容易與空氣中的水汽等發生反應，導致凝膠現象的發生，從而影響了材料的長期儲存穩定性。此外，在施工過程中，nco基團與胺類固化劑的反應活性較高，使得混合料的容留時間較短，難以滿足施工對時間窗口的需求。
4、中國專利cn116854884a為研究團隊的前序申請，其中公開了一種路橋高韌環氧用增韌劑，包括質量比為100:50～200的單羥基環氧封端聚氨酯預聚體和酚封端聚氨酯預聚體；其中，通過調整增韌劑中單羥基環氧封端聚氨酯預聚體和酚封端聚氨酯預聚體的比例實現對同步互穿網絡結構調整，進而實現對改性環氧樹脂膠結料力學性能的調控。但此增韌劑合成工藝較為復雜，對溫度精度要求
5、因此，研究出工藝簡單、成品率高且滿足施工和易性的增韌劑，對于橋隧鋪裝領域具有重要意義。
6、公開于該
技術介紹
部分的信息僅僅旨在加深對本專利技術總體
技術介紹
的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成本領域技術人員所公知的現有技術。
技術實現思路
1、本專利技術的第一個目的是提供一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，用于對環氧樹脂進行增韌改性，制備出高低溫穩定的橋隧鋪裝用環氧混合料，解決常規鋪裝中環氧混合料韌性不足的問題。
2、本專利技術的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：
3、一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，增韌劑是在納米改性咪唑的催化作用下，通過環氧化合物的環氧基團對聚氨酯預聚體封端制得；
4、其中，聚氨酯預聚體端部的nco基團在納米改性咪唑作用下優先與環氧基團發生反應，在聚氨酯分子鏈中引入了五元環結構，基于此結構的空間位阻大、內聚能高等特性顯著提高材料的韌性及高低溫穩定性。
5、進一步的，反應中，環氧基團與聚氨酯預聚體端部的nco基團的摩爾比為2.00～2.05:1。為保證環氧基團可將異氰酸酯基團全部封端，環氧化合物要稍稍過量保證體系中無nco殘留。
6、進一步的，環氧化合物為e55、e51、e44中的一種或多種。為了實現對端異氰酸酯基聚氨酯預聚體的環氧封端，本專利技術利用環氧化合物中的環氧基團與端異氰酸酯基中的異氰酸酯基反應，將環氧化合物接枝到聚氨酯預聚體分子結構上，進而實現環氧封端聚氨酯預聚體。
7、本專利技術的工藝路線設計以下兩步反應：
8、第一步反應：
9、
10、第二步反應：
11、
12、進一步的，聚氨酯預聚體由多異氰酸酯和聚醚多元醇反應制得，多異氰酸酯中nco基團與聚醚多元醇中oh基團的摩爾比為2.00～2.05:1。
13、進一步的，聚醚多元醇為聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋喃醚二醇中的一種或多種。
14、進一步的，多異氰酸酯為tdi、mdi、hdi中的一種或多種。
15、進一步的，納米改性咪唑的摻量為0.1wt％～0.5wt％。由于環氧基團與nco反應后形成的五元環內聚能較高，二者反應時能壘較大，這在一定程度上導致二者反應較為困難。未改性咪唑雖然可降低nco基團與環氧基團間的反應活化能，但二者可反應溫度仍然較高，且在高溫條件下端異氰酸酯基聚氨酯預聚體有自聚傾向。為了促進環氧基團與nco基團之間的反應，優選納米改性咪唑類催化劑，將咪唑類催化劑負載到納米顆粒表面，借助納米顆粒分散性好、比表面積大、量子效應突出等特性，使得催化反應位點在更多的催化中心上進行，提高了催化效率，進而進一步降低環氧化合物中的環氧基團與端異氰酸酯基聚氨酯預聚體中異氰酸酯基團反應的難度，抑制異氰酸酯基團間的自聚反應，為制備具有優良性能的五元環化合物提供了有效的途徑。
16、進一步的，改性咪唑為強堿，在堿性條件下咪唑仲胺上活潑氫優先與活性高的異氰酸酯基反應生成氨酯鍵，然后叔胺上氮原子作為親核試劑與異氰酸酯基團形成活性中間體，中間體再與環氧基加成形成五元環結構。經納米改性咪唑催化后溫度可降低15～35℃。這個溫差可避免大部分異氰酸酯基團自聚，保證體系中存在異氰酸酯基團可與環氧基團反應生成五元環結構。
17、納米顆粒包括二氧化硅(sio2)、二氧化鈦(tio2)、氧化鋁(al2o3)、氧化鋅(zno)等。納米顆粒具有高比表面積和優異的表面活性，其作用在于為咪唑提供一種高度分散的載體結構，通過納米顆粒與咪唑的相互作用，改變咪唑的分子結構和電荷分布，使其催化活性發生變化，從而降低反應的活化能，使反應在更低的溫度下即可高效進行。
18、本專利技術的第二個目的是提供一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑的制備方法，具有同樣的技術效果。
19、本專利技術的上述技術目的是由以下技術方案實現的：
20、s1將除水后的多元醇置于反應釜中，按比例加入多異氰酸酯，并在75±2℃、n2條件下反應，直至合成產物中的nco含量達目標值(反應初始時nco含量的1/2)，得到端異氰酸酯基聚氨酯預聚體；具體的，不同多元醇及多異氰酸酯種類下此處目標值數值不同。達到目標值(初始值的一半)即表明生成端nco基聚氨酯，即可判斷此步反應是否達到終點，是能否進行下一步反應的關鍵指標。
21、s2向端異氰酸酯基聚氨酯預聚體中按比例投入環氧化合物和納米改性咪唑，然后在160℃、n2條件下反應，直至合成產物中殘余nco含量≤0.1％，制得環氧封端聚氨酯預聚體。
22、作為優選的，步驟s1中，將多元醇在105℃、n2條件下脫水處理，按n(nco)/n(oh)為2.00～2.05/1的摩爾比例，將多異氰酸酯逐步滴加至經脫水處理的多元醇中，并在75±2℃、n2條件下反應，直至合成產物中的nco含量達理論值，制得端異氰酸酯基聚氨酯預聚體；
23、作為優選的，步驟s2中，按n(nco)/n(c2o)為1/2.00～2.05的比例，向s1中端異氰酸酯基聚氨酯預聚體投入環氧化合物，并投入0.1wt％～0.5wt％的納米改性咪唑，然后在120℃、n2條件下反應，直至合成產物中殘余nco含量≤0.1％，制得環氧封端聚氨酯預聚體；
24、本專利技術的第三個目的是提供本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，所述增韌劑是在納米改性咪唑的催化作用下，通過環氧化合物的環氧基團對聚氨酯預聚體封端制得；
2.根據權利要求1所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，反應中，所述環氧基團與所述聚氨酯預聚體端部的NCO基團的摩爾比為2.00~2.05:1。
3.根據權利要求1所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，所述環氧化合物為E55、E51、E44中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，所述聚氨酯預聚體由多異氰酸酯和聚醚多元醇反應制得，所述多異氰酸酯中NCO基團與所述聚醚多元醇中OH基團的摩爾比為2.00~2.05:1。
5.根據權利要求4所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，所述聚醚多元醇為聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋喃醚二醇中的一種或多種。
6.根據權利要求4所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，所述多異氰酸酯為TDI、MDI、HDI中的一種或多種。
7.根據權
8.根據權利要求1~7任一項所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑的制備方法，其特征在于，包括如下操作步驟：
9.根據權利要求1~7任一項所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑的使用方法，其特征在于，包括如下操作步驟：
10.根據權利要求9所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑的使用方法，其特征在于，步驟P1中，液態環氧樹脂、環氧封端聚氨酯增韌劑與其他助劑的質量比為10~20:70~80:10~15。
...【技術特征摘要】
1.一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，所述增韌劑是在納米改性咪唑的催化作用下，通過環氧化合物的環氧基團對聚氨酯預聚體封端制得；
2.根據權利要求1所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，反應中，所述環氧基團與所述聚氨酯預聚體端部的nco基團的摩爾比為2.00~2.05:1。
3.根據權利要求1所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，所述環氧化合物為e55、e51、e44中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，所述聚氨酯預聚體由多異氰酸酯和聚醚多元醇反應制得，所述多異氰酸酯中nco基團與所述聚醚多元醇中oh基團的摩爾比為2.00~2.05:1。
5.根據權利要求4所述的一種橋隧鋪裝用環氧封端聚氨酯增韌劑，其特征在于，所述聚醚多元醇為聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張志祥，李款，戴娃子，潘友強，郁嘉棟，
申請(專利權)人：中路交科科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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