專利名稱：水工抗氣蝕材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水工抗 氣蝕材料，本發(fā)明還涉及這種水工抗氣蝕材料的制備方法。
背景技術(shù)：
水工泄水建筑物的沖刷磨損和空蝕破壞，一直是水利水電建設(shè)中長期關(guān)注、有待妥善解決的重要問題。為了防止水工泄水建筑物因氣蝕破壞而影響大壩使用壽命，必須對(duì)工程進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)，保障優(yōu)秀的施工質(zhì)量，還需對(duì)水工泄水建筑物進(jìn)行專門的保護(hù)(在特殊部位貼以專門保護(hù)層)以及精心的檢查維護(hù)(發(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn)問題及時(shí)維修加固)。我國目前一共建有8萬多座水壩，是世界上水壩最多的國家，大型水壩占全球總數(shù)的45%。此外國務(wù)院批準(zhǔn)的雅礱江興建錦屏巨型水電站，金沙江的溪洛渡、向家壩工程，瀾滄江的小灣工程，大渡河的瀑布溝工程，也都在緊張地建設(shè)中。這些水利水電工程中現(xiàn)在已經(jīng)存在和將來必然存在水工泄水建筑物的氣蝕破壞問題，隨著時(shí)間的推移，其必然會(huì)影響到水利水電工程功能的正常、高效地發(fā)揮，這不僅會(huì)對(duì)國家的防洪安全、水利航運(yùn)、電力能源產(chǎn)生極大地影響，更可能給國民經(jīng)濟(jì)帶來不可估量的損失，因此解決水工泄水建筑物的氣蝕破壞研究是當(dāng)務(wù)之急。經(jīng)過大量的調(diào)查分析，上世紀(jì)70年代起國內(nèi)外水利水電部門的設(shè)計(jì)、科研、施工、運(yùn)管和建材單位就開始研究采用特種材料和工藝來提高水工泄水建筑物的抗沖磨、抗空蝕能力，以避免或減少其危害程度。由于高分子材料性能優(yōu)越、易施工、便于二次修復(fù)，因此作為水工泄水建筑物的抗氣蝕破壞保護(hù)材料的首選。由于水工泄水建筑物長時(shí)間不斷地受到氣蝕的破壞，所以保護(hù)材料應(yīng)具有優(yōu)異的力學(xué)性能和超強(qiáng)的耐候性與耐老化性，因此材料的研發(fā)相對(duì)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種具有優(yōu)異的力學(xué)性能和超強(qiáng)的耐候性與耐老化性的水工抗氣蝕材料，從而能夠長時(shí)間保護(hù)水工泄水建筑物免遭氣蝕破壞。本發(fā)明的第二目的在于提供這種水工抗氣蝕材料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，水工抗氣蝕材料，它由A組分和B組分組成，其特征在于所述的A組分至少包括聚天冬氨酸酯，所述的B組分包括固化劑，所述原料組分聚天冬氨酸酯的重量份含量為100份，固化劑的重量份含量為30-180份。在上述技術(shù)方案中，所述的A組分還包括無機(jī)納米材料，有機(jī)硅偶聯(lián)劑，活性稀釋劑；所述無機(jī)納米材料的重量份含量為I 80份，所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑的重量份含量為I 15份，所述活性稀釋劑的重量份含量為I 100份。在上述技術(shù)方案中，所述的聚天冬氨酸酯的合成方法包括如下步驟①將二官能團(tuán)伯胺加入到四口燒瓶中，攪拌，通入氮?dú)?；②緩慢滴加馬來酸酯，并保持溫度在35°C;③滴加完畢，升溫至90 100°C，反應(yīng)12h得到聚天冬氨酸酯。
在上述技術(shù)方案中，所述的二官能團(tuán)伯胺為如下二官能團(tuán)伯胺中的一種或幾種①低分子量的二官能團(tuán)伯胺己二胺、異佛爾酮二胺、二環(huán)己基甲烷二胺或3，3’ 一二甲基4，4’ 一二環(huán)己基甲烷二胺二官能團(tuán)聚醚胺聚丙二醇二胺或聚乙二醇二胺二官能團(tuán)雜環(huán)二胺4，7- 二氧雜癸烷-1，10- 二胺、4，9- 二氧雜十二烷-1，12- 二胺或4，7，10-三氧雜三癸烷-1，13- 二胺；所述的馬來酸酯為馬來酸二乙酯、馬來酸二甲酯、馬來酸二丙酯、馬來酸二丁酯、馬來酸甲基丙基酯。在上述技術(shù)方案中，所述的無機(jī)納米材料包括納米TiO2、納米SiO2、納米ZnO、納米CaCO3、納米Fe3O4中的一種或幾種。在上述技術(shù)方案中，所述的固化劑為多種具有不同結(jié)構(gòu)的固化劑，所述的固化劑
為甲苯二異氰酸酯、異氰酸正丁酯、聚異氰酸酯、多異氰酸酯、對(duì)氯苯基異氰酸酯、氯磺酰異氰酸酯、對(duì)甲苯磺酰異氰酸酯、甲基異氰酸酯、異丙基異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、1，6-六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯中的二種或二種以上在室溫下的均勻混合物。 在上述技術(shù)方案中，所述的有機(jī)硅偶聯(lián)劑為KH550、KH570、KH151、KH171、KH792中的一種或幾種；所述的活性稀釋劑為乙醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的一種或幾種。水工抗氣蝕材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟以不同二官能團(tuán)伯胺與馬來酸酯進(jìn)行反應(yīng)，獲得具有不同凝膠時(shí)間的聚天冬氨酸酯，同時(shí)加入無機(jī)納米材料與聚天冬氨酸酯材料復(fù)合，再加入相應(yīng)的有機(jī)硅偶聯(lián)劑和活性稀釋劑來改善其性能，作為水工抗氣蝕材料的A組分；通過選取多種具有不同結(jié)構(gòu)的固化劑作為水工抗氣蝕材料的B組分；所述原料組份聚天冬氨酸酯的重量份含量為100份，所述無機(jī)納米材料的重量份含量為O 80份，所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑的重量份含量為O 15份，所述活性稀釋劑的重量份含量為O 100份；所述固化劑的重量份含量為30-180份。本發(fā)明采用不同二官能團(tuán)伯胺與馬來酸酯進(jìn)行反應(yīng)，獲得具有不同凝膠時(shí)間的聚天冬氨酸酯，通過選取多種具有不同結(jié)構(gòu)的固化劑與聚天冬氨酸酯進(jìn)行反應(yīng)固化，同時(shí)加入無機(jī)納米材料與聚天冬氨酸酯材料復(fù)合，加入相應(yīng)的有機(jī)硅偶聯(lián)劑和活性稀釋劑來改善其性能、降低成本，最終得到具有優(yōu)良綜合性能的混凝土表面保護(hù)材料。本發(fā)明的有益效果是(I)活性稀釋劑參與固化反應(yīng)，提高了固含量，降低了 V0C，更有利于環(huán)保，同時(shí)活性稀釋劑的加入，降低了材料的粘度，為施工提供了便利；(2)利用無機(jī)納米材料與有機(jī)聚天冬氨酸酯材料復(fù)合，制備了一種新型環(huán)保的無機(jī)一有機(jī)復(fù)合材料，有利于提高聚天冬氨酸酯材料的抗沖擊性能及耐久性；(3)通過加入有機(jī)硅偶聯(lián)劑，作為無機(jī)材料和有機(jī)材料間的橋梁，增強(qiáng)了復(fù)合材料與基材之間的作用力，同時(shí)進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的防水性能。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，僅作舉例而已。同時(shí)通過說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。水工抗氣蝕材料，它由A組分和B組分組成，其特征在于所述的A組分至少包括聚天冬氨酸酯，所述的B組分包括固化劑，所述原料組分聚天冬氨酸酯的重量份含量為100份，固化劑的重量份含量為30-180份。其中，A組分還包括無機(jī)納米材料，有機(jī)硅偶聯(lián)劑，活性稀釋劑；所述無機(jī)納米材料的重量份含量為I 80份，所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑的重量份含量為I 15份，所述活性稀釋劑的重量份含量為I 100份。其中，聚天冬氨酸酯的合成方法包括如下步驟①將二官能團(tuán)伯胺加入到四口燒瓶中，攪拌，通入氮?dú)?；②緩慢滴加馬來酸酯，并保持溫度在35°C;③滴加完畢，升溫至90 100°c,反應(yīng)12h得到聚天冬氨酸酯。其中，制備聚天冬氨酸酯的二官能團(tuán)伯胺類型如下①低分子量的二官能團(tuán)伯胺，如己二胺、異佛爾酮二胺、二環(huán)己基甲烷二胺(HMDA)、3，3’ 一二甲基4，4’ 一二環(huán)己基甲烷二胺等；②二官能團(tuán)聚醚胺包括聚丙二醇二胺或聚乙二醇二胺，如Jeffamin e D-230、Jeffamine D-400、Jeffamine D-2000、Jeffamine D-4000、Jeffamine EDR-148、JeffamineEDR-192、Jeffamine ED-600、Jeffamine ED-900 及 Jeffamine ED-2000 等；③二官能團(tuán)雜環(huán)二胺，如4，7- 二氧雜癸烷-1，10- 二胺、4，9- 二氧雜十二烷-1，12- 二胺、4，7，10-三氧雜二癸燒-1,13- 二胺等。其中，制備聚天冬氨酸酯的馬來酸酯包括馬來酸二乙酯、馬來酸二甲酯、馬來酸二丙酯、馬來酸二丁酯、馬來酸甲基丙基酯等。其中，無機(jī)納米材料包括納米TiO2、納米SiO2、納米ZnO、納米CaCO3、納米Fe3O4中的一種或幾種。其中，固化劑為多種具有不同結(jié)構(gòu)的固化劑，所述的固化劑為甲苯二異氰酸酯、異
氰酸正丁酯、聚異氰酸酯、多異氰酸酯、對(duì)氯苯基異氰酸酯、氯磺酰異氰酸酯、對(duì)甲苯磺酰異氰酸酯、甲基異氰酸酯、異丙基異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、1，6_六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯中的二種或二種以上在室溫下的均勻混合物。其中，有機(jī)硅偶聯(lián)劑為KH550、KH570、KH151、KH171、KH792 (均可市購)中的一種或幾種；所述的活性稀釋劑為乙醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的一種或幾種。水工抗氣蝕材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟以不同二官能團(tuán)伯胺與馬來酸酯進(jìn)行反應(yīng)，獲得具有不同凝膠時(shí)間的聚天冬氨酸酯，同時(shí)加入無機(jī)納米材料與聚天冬氨酸酯材料復(fù)合，再加入相應(yīng)的有機(jī)硅偶聯(lián)劑和活性稀釋劑來改善其性能，作為水工抗氣蝕材料的A組分；通過選取多種具有不同結(jié)構(gòu)的固化劑作為水工抗氣蝕材料的B組分；所述原料組份聚天冬氨酸酯的重量份含量為100份，所述無機(jī)納米材料的重量份含量為O 80份，所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑的重量份含量為O 15份，所述活性稀釋劑的重量份含量為O 100份；所述固化劑的重量份含量為30-180份。使用時(shí)，將A組分和B組分混合即可，本發(fā)明材料的表干時(shí)間從幾分鐘到幾小時(shí)不等，完全固化并達(dá)到最佳性能的時(shí)間在7天左右。實(shí)施例I :水工抗氣蝕材料CW830 - A的制備。將3，3’ 一二甲基4，4’ 一二環(huán)己基甲烷二胺加入到四口燒瓶中，攪拌，通入氮?dú)狻＞徛渭玉R來酸二乙酯，并保持溫度在35°C左右。滴加完畢，升溫至90 100°C，反應(yīng)12 h左右得到聚天冬氨酸酯。選取固化劑2，4_、2，6-甲苯二異氰酸酯混合物(TDI)以及二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)按任意比例室溫下用攪拌機(jī)充分混合均勻。選取活性稀釋劑乙二醇和丙二醇按一定比例室溫下用攪拌機(jī)充分混合均勻。在聚天冬氨酸酯中加入納米SiO2、有機(jī)硅偶聯(lián)劑KH550和活性稀釋劑，充分?jǐn)嚢杈鶆?。然后加入固化體系進(jìn)行固化反應(yīng)。其中聚天冬氨酸酯100克，固化劑30克，納米材料50克，有機(jī)硅偶聯(lián)劑15克，活性稀釋劑100克?；炷帘砻姹Ｗo(hù)材料CW830-A的基本性能如下
權(quán)利要求
1.水工抗氣蝕材料，它由A組分和B組分組成，其特征在于所述的A組分至少包括聚天冬氨酸酯，所述的B組分包括固化劑，所述原料組分聚天冬氨酸酯的重量份含量為100份，固化劑的重量份含量為30-180份。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水工抗氣蝕材料，其特征在于所述的A組分還包括無機(jī)納米材料，有機(jī)硅偶聯(lián)劑，活性稀釋劑；所述無機(jī)納米材料的重量份含量為I 80份，所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑的重量份含量為I 15份，所述活性稀釋劑的重量份含量為I 100份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水工抗氣蝕材料，其特征在于所述的聚天冬氨酸酯的合成方法包括如下步驟①將二官能團(tuán)伯胺加入到四口燒瓶中，攪拌，通入氮?dú)?；②緩慢滴加馬來酸酯，并保持溫度在35 V ;③滴加完畢，升溫至90 100°C，反應(yīng)12h得到聚天冬氨酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水工抗氣蝕材料，其特征在于所述的二官能團(tuán)伯胺為如下二官能團(tuán)伯胺中的一種或幾種①低分子量的二官能團(tuán)伯胺己二胺、異佛爾酮二胺、二環(huán)己基甲烷二胺或3，3’一二甲基4，4’一二環(huán)己基甲烷二胺；②二官能團(tuán)聚醚胺聚丙二醇二胺或聚乙二醇二胺；③二官能團(tuán)雜環(huán)二胺4，7- 二氧雜癸烷-1，10- 二胺、4，9- 二氧雜十二烷-1，12-二胺或4，7，10-三氧雜三癸烷-1，13-二胺；所述的馬來酸酯為馬來酸二乙酯、馬來酸二甲酯、馬來酸二丙酯、馬來酸二丁酯、馬來酸甲基丙基酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水工抗氣蝕材料，其特征在于所述的無機(jī)納米材料包括納米TiO2、納米SiO2、納米Zn。、納米CaCO3、納米Fe3O4中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水工抗氣蝕材料，其特征在于所述的固化劑為多種具有不同結(jié)構(gòu)的固化劑，所述的固化劑為甲苯二異氰酸酯、異氰酸正丁酯、聚異氰酸酯、多異氰酸酯、對(duì)氯苯基異氰酸酯、氯磺酰異氰酸酯、對(duì)甲苯磺酰異氰酸酯、甲基異氰酸酯、異丙基異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、1，6_六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯中的二種或二種以上在室溫下的均勻混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水工抗氣蝕材料，其特征在于所述的有機(jī)硅偶聯(lián)劑為KH550、KH570、KH151、KH171、KH792中的一種或幾種；所述的活性稀釋劑為乙醇、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的一種或幾種。
8.水工抗氣蝕材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟以不同二官能團(tuán)伯胺與馬來酸酯進(jìn)行反應(yīng)，獲得具有不同凝膠時(shí)間的聚天冬氨酸酯，同時(shí)加入無機(jī)納米材料與聚天冬氨酸酯材料復(fù)合，再加入相應(yīng)的有機(jī)硅偶聯(lián)劑和活性稀釋劑來改善其性能，作為水工抗氣蝕材料的A組分；通過選取多種具有不同結(jié)構(gòu)的固化劑作為水工抗氣蝕材料的B組分；所述原料組份聚天冬氨酸酯的重量份含量為100份，所述無機(jī)納米材料的重量份含量為O 80份，所述有機(jī)硅偶聯(lián)劑的重量份含量為O 15份，所述活性稀釋劑的重量份含量為O 100份； 所述固化劑的重量份含量為30-180份。
全文摘要
水工抗氣蝕材料，它由A組分和B組分組成，所述的A組分至少包括聚天冬氨酸酯，所述的B組分包括固化劑，所述原料組分聚天冬氨酸酯的重量份含量為100份，固化劑的重量份含量為30-180份。本發(fā)明保護(hù)材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和超強(qiáng)的耐候性與耐老化性。本發(fā)明還同時(shí)公開了這種水工抗氣蝕材料的制備方法。
文檔編號(hào)C08L75/02GK102898813SQ201210376370
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者韓煒, 馮菁, 李珍, 汪在芹, 魏濤, 邵曉妹, 陳亮, 肖承京, 廖靈敏, 李曉鄂 申請(qǐng)人:長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院