蜀羊防水：MDI 水固化聚氨酯防水涂料及應(yīng)用性能的研究.doc

蜀羊防水：MDI體系水固化聚氨酯防水涂料及應(yīng)用性能的研究 前言我國目前在防水施工中,實際應(yīng)用的單組份聚氨酯防水涂料一般都加入了溶劑，在固化過程中溶劑的揮發(fā)環(huán)境的污染較大；其成膜原理是含NCO端基的涂料涂覆后與空氣當中的水分（OH含有羥基成分）發(fā)生化學反應(yīng)后交聯(lián)固化成膜。當環(huán)境溫度高、空氣中的濕度也高的時候，固化成膜時間越短，否則固化成膜時間就越長；因此在使用過程中受氣溫的高、低，環(huán)境濕度的影響較大，使用受環(huán)境的限制。單組份水固化聚氨酯防水涂料是近兩年發(fā)展起來的一個新品種，其機理是在施工配料時以水為固化劑, 促使涂膜表里迅速固化。不添加溶劑，無溶劑揮發(fā)、施工無污染、固化迅速等優(yōu)點,降低了產(chǎn)品毒性，深受廣大用戶喜愛。但是目前市場所售水固化聚氨酯防水涂料基本都采用毒性較大的甲苯二異氰酸酯（TDI）作為主要原料所制，在生產(chǎn)和使用過程中，其游離的TDI都會對人體造成傷害，無法真正達到無毒無害的環(huán)保要求。這與其他單組分聚氨酯防水涂料明顯不同,擴大了單組份聚氨酯防水涂料施工時的環(huán)境受限范圍。本課題采用無毒的二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）取代傳統(tǒng)的劇毒化學品甲苯二異氰酸酯(TDI)為主要原料，不含苯和任何可揮發(fā)溶劑；研究了在MDI水固化聚氨酯防水涂料中水對涂膜力學性能的影響，以及水和催化劑等用量對涂膜力學性能影響的研究；為加水固化確定合理的施工配比提供依據(jù),對水固化聚氨酯防水涂料的實際應(yīng)用具有很好的指導意義,使水固化聚氨酯防水涂料真正朝著健康、環(huán)保的方向發(fā)展。1.MDI水固化聚氨酯防水涂料的制備1.1主要原料聚醚EP-330NG，聚醚DL-2000D，液體改性樹脂，增塑劑，MI（二苯基甲烷二異氰酸酯），二月桂酸二丁基錫(T-12)，防老劑，CO2吸收劑，防沉劑、分散劑、脫水劑、高嶺土、滑石粉、氧化鐵顏料按照一定的配比配制。1.2涂料的制備先將聚醚多元醇(DL-2000D和EP-330NG)、液體改性樹脂、增塑劑加入在密閉容器中開始升溫，在高速攪拌下加入分散劑、防沉劑、填料(顏料)、CO2吸收劑分散均勻后，在(1203)、-0.095MPa條件下減壓脫水120min ,使之含水率0.05%；降溫至7580滴加MI,在(802)條件下恒溫反應(yīng)2.5h, 加入適量的催干劑二月桂酸二丁基錫(T-12),繼續(xù)反應(yīng)0.5h。抽樣檢測聚合物的NCO含量,當預聚體的NCO質(zhì)量分為5.70%5.80%時,即可停止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后在攪拌狀態(tài)下加入消泡劑、抗氧化劑,保溫攪拌0.5h,冷卻降溫至70以下,分散均勻即可出料。1.3涂膜的制備將制備好的聚氨酯防水涂料按照GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料規(guī)定的標準條件下放置24h，不加入稀釋劑攪拌均勻后，倒入GB/T16777-2008建筑防水涂料試驗方法8.1規(guī)定的模具中成膜，為便于脫模涂覆前可用石蠟或硅油處理模具表面，可一次涂覆至規(guī)定厚度（1.50.2mm），5min后刮去表面的氣泡，按照GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料6.3.2要求進行養(yǎng)護。養(yǎng) 護完成后，用沖片機裁樣進行檢測。2.性能指標測試按照GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料和GB/T16777-2008建筑防水涂料試驗方法的相關(guān)規(guī)定進行測試。由表1可以看出，加水后，其性能指標全部滿足GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料標準要求。表1 加水后聚氨酯防水涂料的力學性能檢 驗 項 目性能指標檢測結(jié)果物 理 性 能表干時間 h125實干時間 h246拉伸強度 Mpa2.02.88斷裂伸長率 %500821撕裂強度 Mpa1516.2流平性20min時，無明顯齒痕20min后，無明顯齒痕低溫彎折性-35 無裂紋-35 無裂紋不透水性0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120min不透水注：加水15%3.分析與討論3.1采用MDI聚合的水固化聚氨酯防水涂料的原理水固化聚氨酯防水涂料是以聚醚多元醇和多異氰酸酯進行加成反應(yīng)，制成端NCO 基的大分子預聚體，施工時加入一定量的水，固化后成為致密的聚氨酯彈性體涂膜。其反應(yīng)機理為：異氰酸酯與水反應(yīng)， 生成不穩(wěn)定的氨基甲酸，然后由氨基甲酸分解成二氧化碳及胺，在過量的異氰酸酯存在下，所生成的胺與異氰酸酯繼續(xù)反應(yīng)生成脲，水可看作是聚氨酯防水涂料的固化劑，使分子鏈增長，生成脲鍵而固化成膜。由此可見，必須在過量的異氰酸酯存在的情況下，才能夠保證加水后涂料的綜合性能不受影響。采用甲苯二異氰酸酯（TDI），在生產(chǎn)和使用過程當中，其過量的游離部分會對人體會造成傷害；因此本課題采用無毒的二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）代替甲苯二異氰酸酯（TDI）來制備水固化聚氨酯防水涂料，避免了游離TDI的產(chǎn)生，更加符合生態(tài)、環(huán)保要求。由于氰酸酯與水反應(yīng)生成CO2氣體的原理，因此在水固化聚氨酯防水涂料的制備中，關(guān)鍵是如何消除反應(yīng)生成的CO2，使涂料成為致密的聚氨酯彈性體通過加入CO2吸收劑，將CO2氣體吸收，形成內(nèi)部無氣泡、表面無針孔的涂膜。3.2水分的添加量對聚氨酯防水涂料的力學性能和涂料混合后的膠凝時間的影響在溫度23、相對濕度56%的標準環(huán)境條件下，分別加入5%、10%、15%、20%、25%、30%的水，對聚氨酯防水涂膜進行檢測。由表2可以看出，隨著加水量的加大，聚氨酯涂膜的施工性越差、可操作時間越短、干燥時間越短，由此可看出水作為水固化型聚氨酯防水涂料的固化劑,其加入比例嚴重影響著涂膜的力學性能和涂料混合后的膠凝時間。從表2顯示,在一定范圍內(nèi)，隨著加水比例的增大, 聚氨酯防水涂料涂膜的最大應(yīng)力、斷裂延伸率和撕裂強度都隨之增加。但是當加水比例超過10015時,拉伸強度和撕裂強度開始遞減，涂膜性能不能滿足GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料標準要求，并且通過實驗觀察，加水后涂膜有收縮現(xiàn)象,加水比例越大,收縮越大,嚴重影響涂膜的使用效果。通過實驗分析，為保證涂膜質(zhì)量，我們將加水量定在10%15%。表2 水的添加量對涂膜力學性能的影響加水量%51015202530表干時間 h976654實干時間 h1186.56.55.55拉伸強度 Mpa2.782.952.982.732.652.34斷裂伸長率 %730815829772715713撕裂強度 Mpa18.117.616.213.912.712.3流平性20min時，無明顯齒痕20min時，無明顯齒痕20min時，無明顯齒痕20min時，無明顯齒痕20min時，無明顯齒痕20min時，無明顯齒痕低溫彎折性-35 無裂紋-35 無裂紋-35 無裂紋-35 無裂紋-35 有輕微裂紋-35 有裂紋不透水性0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120min不透水3.3催化劑的選擇以及用量對涂料的力學性能和涂料混合后的膠凝時間的影響相比雙組份聚氨酯防水涂料，單組份水固化聚氨酯防水涂料的固化速度受天氣、季節(jié)等客觀因素的影響較大，嚴重影響聚氨酯防水涂料的使用。為保證單組份水固化聚氨酯防水涂料的正常使用，通常在制備單組份聚氨酯固化防水涂料時，都會加入一定量的催化劑，提高異氰酸酯和聚醚多元醇的反應(yīng)速度。在聚氨酯合成過程中常用的催化劑主要有叔胺催化劑和有機金屬化合物催化劑兩大類。一般情況下，叔胺類催化劑主要促進異氰酸酯與水反應(yīng)，放出二氧化碳，容易產(chǎn)生發(fā)泡現(xiàn)象；金屬類催化劑對異氰酸酯與醇類（羥基）反應(yīng)有較好的催化效果，為保證材料的貯存穩(wěn)定性和使用效果，我們選擇了對異氰酸酯與羥基反應(yīng)的催化效率更顯著的有機金屬類催化劑的二月桂酸二丁基錫(T-12)作為水固化聚氨酯防水涂料的催化劑來加快聚氨酯防水涂料的凝膠速度。表2催化劑用量對涂料的力學性能和涂料混合后的膠凝時間的影響催化劑用量 %00.010.020.030.040.050.10.2表干時間 h13118.56.5543.53.5拉伸強度 Mpa1.892.172.342.552.953.553.512.71斷裂延伸率 %671713733726829716531481凝膠時間 min9085685035282520（注：加水量為15%）由表2可以看出，催化劑可以改變涂料的化學反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時間，在一定范圍內(nèi)可以提高涂膜的力學性能；超過一定范圍后，反而會降低涂料的綜合性能。如表2 所示，催化劑的添加量的范圍在3%4%時，涂料綜合性能最好，才能保證涂料在滿足GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料標準的條件下正常使用。3.4 潮濕基面對涂料粘接力的影響施工時,基層的含水率對涂膜附著力具有重要的影響。普通聚氨酯防水涂料對基層的干燥 度要求較高，實際工程應(yīng)用中，都要對經(jīng)常積水環(huán)境的地下室、廚房和衛(wèi)生間進行防水處理，普通聚氨酯防水涂料難以滿足工程要求；相對于普通聚氨酯防水涂料，水固化聚氨酯防水涂料對基層的含水率要求較低，一般的聚氨酯防水涂料對基層含水率要求較高,實際施工時往往難以滿足要求。我們依照GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料標準的要求，采用GB/T16777-2008建筑涂料試驗方法7.1中A法，用水固化聚氨酯防水涂料分別對干燥基面和潮濕基面的粘接性做了對比測試（表3）。以70*70的砂漿試塊作為涂覆基面；潮濕基面試驗是將水泥試塊在水中浸泡24h,取出后用濾紙吸干表面的水分立即涂覆水固化聚氨酯防水涂料，涂料厚度0.5mm1mm，試驗面積為40*40，分別各涂覆5個試樣。在標準條件下養(yǎng)護7d再按照圖1方法進行檢測。圖1 測試方法干燥基面 Mpa1.78潮濕基面潮濕基面粘接強度 Mpa加水量 %0510152025300.150.230.310.580.550.410.35表3 潮濕基面對涂料粘接的影響3.5 與普通聚氨酯防水涂料施工應(yīng)用效果對比目前市場用的普通聚氨酯防水涂料，雙組份聚氨酯防水涂料的固化機理是二異氰酸酯的聚氨酯預聚體A組份和含有防老劑、硫化劑、催化劑等多種助劑混合反應(yīng)而成的B組份，按一定比例配合，通過硫化劑的交聯(lián)固化成膜。配合過程中配比不準確或攪拌不均勻都會破壞涂膜質(zhì)量，以及其交聯(lián)固化劑MOCA的致癌問題，雙組份聚氨酯防水涂料已經(jīng)被部分城市禁止使用。單組份聚氨酯防水涂料主要為濕固化產(chǎn)品其良好的性能及方便的施工贏得了用戶，但是在冬季氣溫較低和空氣干燥地區(qū)使用時，往往由于空氣的濕度不夠，致使固化時間延長，厚涂時容易出現(xiàn)容易出現(xiàn)只表干不實干或慢實干的現(xiàn)象，需多次涂刷，因而耽誤工期。特別是北方干燥的環(huán)境下和冬季氣溫較低時最明顯。潛固化聚氨酯防水涂料化雖然可以解決厚涂的問題，但是在氣溫較低的環(huán)境下固化時間也較長。由表1和表2數(shù)據(jù)可以看出，水固化聚氨酯防水涂料加水后表、實干時間幾乎同時進行，可以克服以上缺點；既可以在標準條件下滿足標準固化時間要求，又可以在空氣濕度較小，氣溫較低的環(huán)境下使用時可通過加熱水和催化劑的辦法保證固化時間，一般-5以上的氣溫下都可進行施工。還可以在搶工期的時候用于潮濕基面的施工，同樣也可以保證涂膜的防水效果。結(jié)論水固化聚氨酯防水涂料采用用揮發(fā)性和毒性較小的二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）作為原料，以水作為固化劑，配方中不含TDI，無游離物產(chǎn)生，不含溶劑等可揮發(fā)物，不會對人和環(huán)境造成危害；能在較寬的溫度范圍內(nèi)固化，滿足潮濕基面的使用，由于是通過