本發(fā)明屬于聚脲配方，具體而言，涉及單組分無溶劑刷涂型透明防水聚脲配方優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、防水涂料是建筑行業(yè)中廣泛應(yīng)用的一類重要材料，其主要功能是為建筑物提供防水保護，避免滲漏等問題的發(fā)生。在眾多防水涂料中，聚脲涂料因其優(yōu)異的防水性能、機械強度和耐候性而備受關(guān)注。聚脲是一種具有剛性骨架和柔性鏈段的聚合物，通過異氰酸酯與聚醚多元醇的縮合反應(yīng)而形成。

2、傳統(tǒng)的聚脲涂料通常采用雙組分體系，即將異氰酸酯和聚醚多元醇分別儲存在不同的容器中，使用時再混合反應(yīng)固化。這種工藝存在一定的局限性：首先，雙組分配制和保存不便于施工操作，存在安全隱患；其次，反應(yīng)時間短，施工時間受限，容易出現(xiàn)施工質(zhì)量問題。為此，近年來單組分無溶劑型聚脲涂料引起了廣泛關(guān)注，它克服了上述缺點，可以實現(xiàn)一次性涂刷施工，大大提升了工藝的便利性和安全性。

3、單組分聚脲涂料的配方設(shè)計是關(guān)鍵，需要在滿足防水性能的前提下，兼顧涂料的可操作性、固化速度、力學(xué)性能等多方面指標(biāo)。由于聚脲涂料的配方較為復(fù)雜，各組分之間存在復(fù)雜的交互作用，很難通過經(jīng)驗性調(diào)整來獲得最優(yōu)配方。因此需要建立完整的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)地研究各配方因素對性能的影響規(guī)律，并結(jié)合優(yōu)化算法實現(xiàn)最優(yōu)配方的設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供的單組分無溶劑刷涂型透明防水聚脲配方優(yōu)化方法，解決了傳統(tǒng)聚脲涂料存在安全隱患的弊端，提高了工藝的便利性和安全性。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供單組分無溶劑刷涂型透明防水聚脲配方優(yōu)化方法，其中，包括以下步驟：

4、s10、獲取衛(wèi)生間用單組分無溶劑刷涂型透明防水聚脲的基礎(chǔ)配方；

5、s20、建立防水聚脲配方特性方程組，包括粘度方程、表干時間方程、施工性能方程、防水性能方程以及力學(xué)性能方程；

6、s30、建立防水效果評價方程組，包括防水層厚度均勻性方程、結(jié)合強度方程、防水持久性方程、滲透性方程以及綜合性能方程；

7、s40、根據(jù)所述基礎(chǔ)配方，通過調(diào)節(jié)各組分配比建立多組試驗配方，進行小規(guī)模施工試驗，獲取實驗數(shù)據(jù)，同時記錄各組分的具體配比；

8、s50、利用實驗數(shù)據(jù)對配方特性方程組和防水效果評價方程組進行擬合，建立關(guān)聯(lián)性擬合方程組；

9、s60、基于關(guān)聯(lián)性擬合方程組，構(gòu)建關(guān)聯(lián)目標(biāo)優(yōu)化問題，將防水效果評價方程組轉(zhuǎn)化為互相關(guān)聯(lián)的綜合目標(biāo)函數(shù)；

10、s70、確定所述綜合目標(biāo)函數(shù)的約束條件并采用序列二次規(guī)劃法求解關(guān)聯(lián)目標(biāo)優(yōu)化問題，得到最優(yōu)解；

11、s80、對最優(yōu)解進行實驗驗證，獲得各項性能指標(biāo)，包括粘度、表干時間、施工性能、防水性能以及力學(xué)性能；

12、s90、根據(jù)驗證結(jié)果對配方進行微調(diào)和優(yōu)化，最終確定最優(yōu)配方。

13、一、防水聚脲配方特性方程組：

14、1.粘度方程具體表示如下：

15、；

16、式中，為施工粘度值(mpa·s)；為異氰酸酯預(yù)聚體基礎(chǔ)粘度(mpa·s)；為聚醚多元醇基礎(chǔ)粘度(mpa·s)；為異氰酸酯預(yù)聚體含量(%)；為異氰酸酯預(yù)聚體基準(zhǔn)含量(50%)；為聚醚多元醇含量(%)；為聚醚多元醇基準(zhǔn)含量(35%)；為消泡劑含量(%)；為擬合系數(shù)；為冪次系數(shù)；為誤差項；下標(biāo)為預(yù)聚體，下標(biāo)為多元醇。

17、變量獲取方法：

18、通過旋轉(zhuǎn)粘度計測量獲得；

19、為配方中的實際添加量；

20、擬合系數(shù)通過最小二乘法根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定。

21、2.表干時間方程具體表示如下：

22、；

23、式中，為表干時間(min)；為催化劑含量(%)；為環(huán)境溫度(℃)；為相對濕度(%)；為時間系數(shù)；為衰減系數(shù)；為誤差項，下標(biāo)為催化劑，下標(biāo)為消泡劑。

24、3.施工性能方程具體表示如下：

25、；

26、式中，為施工性能評分(0-100分)；為最佳施工粘度(2000mpa·s)；為流平性指數(shù)；為標(biāo)準(zhǔn)流平性指數(shù)；為施工溫度(℃)；為最佳施工溫度(25℃)；為權(quán)重系數(shù)；為修正指數(shù)；為誤差項，下標(biāo)表示防水助劑。

27、4.防水性能方程具體表示如下：

28、；

29、式中，為防水等級(0-6級)；為涂層厚度(mm)；為交聯(lián)密度(mol/cm3)；為防水助劑含量(%)；為影響因子；為特征系數(shù)；為誤差項。

30、5.力學(xué)性能方程具體表示如下：

31、；

32、式中，為抗拉強度(mpa)；為斷裂伸長率(%)；為增韌劑含量(%)；為交聯(lián)密度(mol/cm3)；為固化度(%)；為系數(shù)矩陣元素；為誤差項，下標(biāo)表示結(jié)合，下標(biāo)表示抗拉。

33、二、防水效果評價方程組：

34、1.防水層厚度均勻性方程具體表示如下：

35、；

36、式中，為厚度均勻性指數(shù)(0-1)；為第點測量厚度(mm)；為平均厚度(mm)；為測量點數(shù)；為誤差項，下標(biāo)表示厚度。

37、2.結(jié)合強度方程具體表示如下：

38、；

39、式中，為結(jié)合強度(mpa)；為增韌劑含量(%)；為防水助劑含量(%)；為施工速度(m/min)；為標(biāo)準(zhǔn)施工速度(0.5m/min)；為系數(shù)；為冪次；為誤差項。

40、3.防水持久性方程具體表示如下：

41、；

42、式中，為防水持久性指數(shù)(0-1)；為使用時間(h)；為水壓(mpa)；為環(huán)境溫度(℃)；為權(quán)重系數(shù)；為特征時間常數(shù)；為誤差項。

43、4.滲透性方程具體表示如下：

44、；

45、式中，為滲透系數(shù)(g/m2·h)；為涂層厚度(mm)；為參考厚度(1mm)；為交聯(lián)密度(mol/cm3)；為參考交聯(lián)密度(0.5mol/cm3)；為防水助劑含量(%)；為參考防水助劑含量(2%)；為影響因子；為衰減指數(shù)；為誤差項。

46、5.綜合性能方程具體表示如下：

47、；

48、式中，為綜合性能指數(shù)(0-100)；為交聯(lián)密度；為結(jié)合強度；為固化度；為防水等級；為各指標(biāo)的最大參考值；為權(quán)重系數(shù)；為誤差項。

49、三、關(guān)聯(lián)性擬合方程組：

50、1.組分交聯(lián)方程具體表示如下：

51、；

52、式中，為交聯(lián)密度(mol/cm3)；為異氰酸酯預(yù)聚體含量(%)；為聚醚多元醇含量(%)；為催化劑含量(%)；為反應(yīng)溫度(℃)；為參考溫度(25℃)；為反應(yīng)系數(shù)；為動力學(xué)指數(shù)；為誤差項。

53、2.界面結(jié)合方程具體表示如下：

54、；

55、式中，為界面結(jié)合強度(mpa)；為增韌劑含量(%)；為防水助劑含量(%)；為表面粗糙度(μm)；為參考粗糙度(2μm)；為結(jié)合系數(shù)；為特征指數(shù)；為誤差項。

56、3.固化性能方程具體表示如下：

57、；

58、式中，為固化速率(%/h)；為固化深度(mm)；為催化劑含量(%)；為溫度(℃)；為相對濕度(%)；為系數(shù)矩陣元素；為誤差項。

59、4.防水耐久方程具體表示如下：

60、；

61、式中，為滲透系數(shù)(g/m2·h)；為使用壽命(年)；為防水助劑含量(%)；為涂層厚度(mm)；為環(huán)境因素綜合指數(shù)；為系數(shù)矩陣元素；為誤差項，下標(biāo)表示環(huán)境因素。

62、5.綜合性能方程具體表示如下：

63、；

64、式中，為綜合性能指數(shù)(0-100)；為交聯(lián)密度；為結(jié)合強度；為固化度；為防水性能；為參考值；為權(quán)重系數(shù)；為重要性指數(shù)；為誤差項。

65、四、綜合目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建：

66、基于上述方程組，構(gòu)建綜合目標(biāo)函數(shù)如下：

67、；

68、式中，為綜合目標(biāo)函數(shù)值；為各性能指標(biāo)歸一化值；為各性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差；為允許最大標(biāo)準(zhǔn)差；為權(quán)重系數(shù)；為性能指標(biāo)總數(shù)，其中，為不同組分或指標(biāo)的索引。

69、約束條件包括：

70、1.組分含量約束：

71、；

72、；

73、式中，為各組分含量；為各組分允許含量范圍；為組分?jǐn)?shù)。

74、2.性能指標(biāo)約束：

75、；

76、；

77、式中，為各性能指標(biāo)值；為最低性能要求；為性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差；為允許最大標(biāo)準(zhǔn)差。

78、3.工藝參數(shù)約束：

79、；

80、；

81、；

82、式中，為施工溫度(℃)；為環(huán)境濕度(%)；為施工速度(m/min)；下標(biāo)分別表示最小值和最大值。

83、五、序列二次規(guī)劃求解步驟：

84、1.構(gòu)建拉格朗日函數(shù)：

85、；

86、式中，為決策變量向量；為拉格朗日乘子；為不等式約束；為等式約束；分別為不等式和等式約束數(shù)量，其中，為不同組分或指標(biāo)的索引。

87、2.二次近似展開：

88、；

89、式中，為搜索方向；為目標(biāo)函數(shù)的hessian矩陣；為第次迭代點；為目標(biāo)函數(shù)梯度，其中，為不同組分或指標(biāo)的索引。

90、3.求解子問題：

91、；

92、；

93、；

94、4.迭代更新：

95、；

96、式中，為步長因子；為第次迭代的搜索方向。

97、六、方程構(gòu)建原理與意義解釋：

98、1.粘度方程采用冪函數(shù)關(guān)系描述組分含量對粘度的影響，基于非牛頓流體理論，考慮了組分間的相互作用；消泡劑的對數(shù)項表示其對表觀粘度的降低作用具有邊際遞減效應(yīng)。

99、2.表干時間方程采用指數(shù)衰減形式，反映了催化劑含量、溫度和濕度對固化速率的協(xié)同促進作用，且各因素影響具有上限。

100、3.施工性能方程引入?yún)⒖贾当戎档膬绾瘮?shù)形式，體現(xiàn)了偏離最佳施工條件對性能的非線性影響。

101、4.防水性能方程采用飽和指數(shù)形式，說明各影響因素對防水性能的提升存在極限值。

102、5.力學(xué)性能方程采用矩陣形式，考慮了增韌劑、交聯(lián)密度和固化度三個主要因素的交互作用。

103、6.厚度均勻性方程基于統(tǒng)計學(xué)原理，采用變異系數(shù)的改進形式評價涂層厚度分布。

104、7.結(jié)合強度方程采用冪函數(shù)疊加形式，體現(xiàn)了材料配比和施工工藝的綜合影響。

105、8.防水持久性方程采用多重指數(shù)衰減模型，反映了時間、壓力和溫度對防水性能衰減的累積效應(yīng)。

106、9.滲透性方程采用冪函數(shù)形式，基于達(dá)西定律，考慮了材料結(jié)構(gòu)和組分對滲透阻力的影響。

107、10.綜合性能評價采用歸一化加權(quán)法，實現(xiàn)了多維性能指標(biāo)的統(tǒng)一量化。

108、11.關(guān)聯(lián)性擬合方程組中的各方程形式選擇基于物理化學(xué)機理，考慮了工藝參數(shù)、環(huán)境因素的影響機制。

109、12.綜合目標(biāo)函數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計既考慮了性能指標(biāo)的均衡性，又關(guān)注了性能波動的穩(wěn)定性，通過權(quán)重系數(shù)實現(xiàn)了多目標(biāo)優(yōu)化的調(diào)控。

110、該方程體系的創(chuàng)新點在于：

111、（1）建立了完整的性能預(yù)測模型，涵蓋了配方-工藝-性能的全鏈條關(guān)系；

112、（2）引入了多重非線性關(guān)系，更準(zhǔn)確地描述了各因素的影響機制；

113、（3）采用矩陣形式處理多變量交互作用，提高了模型的適用性；

114、（4）構(gòu)建了兼顧性能和穩(wěn)定性的優(yōu)化目標(biāo)，提升了配方優(yōu)化的實用價值。

115、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的單組分無溶劑刷涂型透明防水聚脲配方優(yōu)化方法還可以做如下改進：

116、其中，所述基礎(chǔ)配方具體包括：異氰酸酯預(yù)聚體，比例為30-40%；聚醚多元醇，比例為30-40%；潛固化劑，比例為20-25%；催化劑，比例為0.1-1%；消泡劑，比例為0.3-0.8%；防沉劑，比例為0.5-1.0%；增韌劑，比例為2-5%；防水助劑，比例為1-3%。

117、進一步的，所述關(guān)聯(lián)性擬合方程組包括組分交聯(lián)方程、界面結(jié)合方程、固化性能方程、防水耐久方程以及綜合性能方程。

118、進一步的，所述組分交聯(lián)方程用于表征異氰酸酯與聚醚多元醇的反應(yīng)程度，輸入包括異氰酸酯預(yù)聚體含量、聚醚多元醇含量和催化劑含量，輸出是交聯(lián)密度指數(shù)；

119、所述界面結(jié)合方程用于表征涂層與基材的結(jié)合強度，輸入包括增韌劑含量、防水助劑含量和施工工藝參數(shù)，輸出是結(jié)合強度值；

120、所述固化性能方程用于表征涂層的固化特性，輸入包括催化劑類型及含量、環(huán)境溫度和濕度，輸出是固化速率和固化深度；

121、所述防水耐久方程用于表征涂層的長期防水性能，輸入包括防水助劑含量、涂層厚度和環(huán)境因素，輸出是滲透系數(shù)和使用壽命；

122、所述綜合性能方程用于評價涂層的整體性能，輸入包括交聯(lián)密度、結(jié)合強度、固化程度和防水性能，輸出是綜合性能指數(shù)。

123、進一步的，所述粘度方程用于表征涂料的流動性能，輸入包括異氰酸酯預(yù)聚體粘度、聚醚多元醇粘度和消泡劑含量，輸出是施工粘度值；

124、所述表干時間方程用于表征涂層的固化速度，輸入包括催化劑含量、環(huán)境溫度和相對濕度，輸出是表干時間；

125、所述施工性能方程用于評價涂料的可操作性，輸入包括粘度、流平性和施工溫度，輸出是施工性能評分；

126、所述防水性能方程用于評價涂層的防水效果，輸入包括涂層厚度、交聯(lián)密度和防水助劑含量，輸出是防水等級；

127、所述力學(xué)性能方程用于表征涂層的機械強度，輸入包括增韌劑含量、交聯(lián)密度和固化程度，輸出是抗拉強度和延伸率。

128、進一步的，所述異氰酸酯預(yù)聚體，具體是指ipdi預(yù)聚體，其nco含量為8-15%，25℃下的粘度為2000-4000mpa·s。

129、進一步的，所述聚醚多元醇，具體是指分子量為2000-4000、官能度為2-3的聚醚二醇或三醇，羥值為28-56mgkoh/g。

130、進一步的，所述催化劑具體是選自二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、三乙烯二胺中的一種或兩種以上的復(fù)配。

131、進一步的，所述消泡劑具體是選自有機硅消泡劑、聚醚改性有機硅消泡劑中的一種或兩種的復(fù)配；所述防沉劑具體是選自氣相二氧化硅、改性膨潤土、蓖麻油衍生物中的一種或多種的復(fù)配；所述增韌劑具體是選自聚碳酸酯二醇、聚己內(nèi)酯二醇、聚丁二烯二醇中的一種或多種的復(fù)配，其分子量為1000-2000。

132、進一步的，所述防水助劑具體是選自有機硅改性聚醚、氟改性聚醚中的一種或兩種的復(fù)配。

133、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的單組分無溶劑刷涂型透明防水聚脲配方優(yōu)化方法的有益效果是：該方法首先建立了涂料性能預(yù)測模型，包括粘度、表干時間、施工性能、防水性能和力學(xué)性能等方程，全面反映了配方和工藝參數(shù)對最終性能的影響。在此基礎(chǔ)上，進一步構(gòu)建了防水效果評價模型，定量描述了涂層厚度均勻性、結(jié)合強度、防水持久性和滲透性等指標(biāo)。最后，將上述預(yù)測模型融合為一個關(guān)聯(lián)目標(biāo)優(yōu)化問題，采用序列二次規(guī)劃法求解，獲得滿足各項性能要求的最優(yōu)配方；

134、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明方法的主要優(yōu)勢如下：

135、1.建立了從配方到性能的全面預(yù)測模型，較現(xiàn)有經(jīng)驗性調(diào)配方法更加系統(tǒng)和科學(xué)。模型考慮了各組分間的交互作用，以及工藝參數(shù)對性能的影響，更加貼近實際；

136、2.引入了防水效果評價方程組，不僅評估了單一性能指標(biāo)，還考慮了涂層整體的防水性能，更加全面和客觀；

137、3.采用多目標(biāo)優(yōu)化的策略，在滿足各項性能指標(biāo)的同時，還優(yōu)化了性能的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)局部最優(yōu)的情況。這對于提高產(chǎn)品的一致性和可靠性具有重要意義；

138、4.優(yōu)化算法的應(yīng)用使得獲得最優(yōu)配方的過程更加高效和可控，為實際生產(chǎn)提供了科學(xué)的支持；

139、總的來說，本發(fā)明的優(yōu)化方法充分發(fā)揮了數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化算法的優(yōu)勢，在滿足性能要求的基礎(chǔ)上，兼顧了工藝操作性和產(chǎn)品穩(wěn)定性，是一種系統(tǒng)而又實用的防水聚脲配方設(shè)計策略。