自修复防水材料的研究与应用开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：传统防水材料如沥青、聚氨酯、橡胶等为了追求高强度及弹性，通常是由不可逆的共价键构筑而成的，生命周期短、渗透率高。但防水涂料在使用过程中出现裂缝、破损是无法避免的问题，其在约束条件下调整基层裂缝的能力有限，解决不了大部分宏观裂缝的漏水问题。

研究目的与意义：为了解决这一问题，研究者将可逆网络和不可逆网络集成在同一聚合物中，制备具有高韧性和自修复双重网络的防水材料。自修复防水材料可以实现材料对自身裂纹的检测并自发完成对材料损伤的修复，从而可以预防材料由于产生裂纹而存在的潜在破坏，降低了渗透率，延长了材料的使用寿命。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

1、优选原材料进行配方设计：以苏州市月星建筑防水材料有限公司聚氨酯防水涂料为基材，加入改性高吸水性树脂、助剂等制备吸水性聚氨酯防水材料；

2、性能检测配方优化：研究投料比、吸水树脂用量对防水材料自修复性能、力学性能、耐穿刺性能、透水率和最大质量膨胀倍率(Δwe)的影响。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

1、文献研究法：

提出课题或假设、研究设计、搜集文献、整理文献和进行文献综述。文献法的提出课题或假设是指依据现有的理论、事实和需要，对有关文献进行分析整理或重新归类研究的构思。研究设计首先要建立研究目标，研究目标是指使用可操作的定义方式，将课题或假设的内容设计成具体的、可以操作的、可以重复的文献研究活动，它能解决专门的问题和具有一定的意义。

2、控制变量法：

为了研究一个事物同影响它的多个因素中某因素的关系，将除了这个因素外的其他因素人为地控制起来，再比较研究，得出结论。在制备自修复聚氨酯防水涂料时，以不同的配方配比甲、乙双组份聚氨酯，高吸水纤维包覆液，过氧化苯甲酰，过氧化二异丙苯和氧化锌，找出最优配方。

3、扫描电子显微镜观察法：

是一种介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的一种观察手段。其利用聚焦的很窄的高能电子束来扫描样品, 通过光束与物质间的相互作用, 来激发各种物理信息, 对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的。

4、傅里叶变换红外光谱法：

用计算机技术与红外光谱相结合的分析鉴定方法。主要由光学探测部分和计算机部分组成。当样品放在干涉仪光路中，由于吸收了某些频率的能量，使所得的干涉图强度曲线相应地产生一些变化，通过数学的傅立叶变换技术，可将干涉图上每个频率转变为相应的光强，而得到整个红外光谱图，根据光谱图的不同特征，可检定未知物的功能团、测定化学结构、观察化学反应历程、区别同分异构体、分析物质的纯度等。

步骤：

1.、改性高吸水纤维的制备

在250mL圆底烧瓶中加入10g异丙醇，将环氧树脂加热到（90℃左右）可流动的状态，用滴管取40g缓慢滴加，室温下强力搅拌，得到混合溶液。称取高吸水性纤维0.2g，少量多次投加到混合溶液中，继续强力搅拌3h，得到改性高吸水纤维悬浊液。用乙醇洗去多余的环氧树脂，离心，干燥，得到高吸水纤维包覆液。

2、自修复聚氨酯防水涂料的制备

按照配方称取如下原料：适量的甲、乙双组份聚氨酯，高吸水纤维包覆液，过氧化苯甲酰，过氧化二异丙苯，氧化锌（具体配比请见表1）。将上述材料依次加入容器搅拌，混合均匀，得到自修复聚氨酯复合均相液。将2mm厚度模具平放在油纸上，将自修复聚氨酯复合均相液均匀倒入，自然流平，固化24h，得到自修复聚氨酯防水涂料（见图1）。

表1 配方设计与试验条件

注：高吸水纤维包覆液、DCP、BPO、ZnO添加量为甲、乙双组份聚氨酯质量总和的百分比。

图1 自修复防水材料结构示意图

3、分析表征

（1）材料形貌与元素分析：用日本日立公司S-4700 型冷场发射型扫描电子显微镜（配备EDAX 能谱仪）分析材料的表面形貌和元素组成；

（2）化学结构分析：用德国Bruker 公司的Vetex 80 型傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）分析材料的化学结构，扫描范围为4000-400 nm；

（3）力学性能测试：制备哑铃形试件，尺寸为4×75 mm。采用万能材料试验机，设定拉伸速率50 mm/min，测试试样的断裂延伸率、拉伸强度和撕裂强度；

（4）防水涂料自修复性能测试：将拉断的材料自然放置48h进行自修复，再对其进行抗拉性能测试。同时，将防水涂料用刀切断，自修复30min后观察其自修复效果；

（5）防水性能测试：将自修复防水涂料制作成直径为150mm的圆形试样，采用中国建材检验认证集团苏州有限公司的BTS-001电动不透水仪对自修复防水涂料样品进行加压测试2h，观察材料是否有透水现象，压力表上下限分别设定为0.3MPa和0.4MPa。同时，将自修复防水涂料切断，自修复24h后进行测试；

（6）交联度测试：采用索式提取器，水为溶剂，130℃下提取，冷凝、回流自修复自修复聚氨酯防水涂料24h，通过溶胀后干重质量m₂与溶胀质量前干重质量m₁比值m₂/m₁来表示交联度。

4. 参考文献

[1]傅斌,项晓睿.自修复聚合物水泥防水涂料修复方法研究与效果评价[j].中国建筑防水,2020(07):14-16 21.

[2]李想. 功能化自修复超疏水/超双疏涂层的制备及性能研究[d].吉林大学,2020.

[3]宗泽,赵丹,董延茂,傅星宇,汤晓蕾,杨雨杰,李志立,丁聪,邵正洋,李忠人,袁妍,祝妍华.橡胶基多效协同自修复防水复合材料的研究[j].高分子通报,2020(01):47-56.

5. 计划与进度安排

（1）2020-2022-1学期17-20周~2020-2022-2学期第1周~第2周（2022-3-1~2022-3-12），查阅资料，筛选高吸水树脂和助剂及其改性方法，准备开题报告，外文论文翻译；

（2）第3周~第5周（2022-3-15~4-2），高吸水树脂和无机粒子改性技术路线设计、实验；

（3）第6周~第9周（2022-4-5~4-30），自修复防水聚氨酯涂层（片材）制备，确定原材料组成、加工工艺参数；防水聚氨酯性能检测与组成结构优化；