室溫固化非焦油型雙組分聚氨酯防水涂料

1、室溫固化非焦油型雙組分聚氨酯防水涂料南博華1，鄭水蓉1，孫曼靈1，王紅麗2，鄭高峰1 （1.西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，西安710072；2.秦嶺中學(xué)，興平713107）摘要：對室溫固化非焦油型雙組分聚氨酯防水涂料研究表明：預(yù)聚體中的NCO含量為10%，輕鈣用量15%，石油樹脂用量30%時，涂料的拉伸強、伸長率均可滿足建筑防水材料性能要求；石油樹脂與鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）作為液體填料時，由于石油樹脂有一定的活性，其表干時間相對較短。關(guān)鍵詞：雙組分聚氨酯；防水涂料；聚醚；異氰酸酯聚氨酯防水涂料與傳統(tǒng)的三氈四油防水材料相比，具有施工簡便、易操作、質(zhì)量易保證的優(yōu)點。其液態(tài)施工整體防水效果好，對

2、各種形狀需要防水的基面能形成連續(xù)不斷的整體防水層，是其它防水卷材無法達到的。其成膜后伸長率大，富有彈性，耐寒、耐熱、耐老化，氣密性高，防水性能極佳，防水壽命長。但是常規(guī)的煤焦油型聚氨酯防水涂料由于添加了含有蒽、菲、咔唑、吡啶以及可致癌的3,4-苯并芘的煤焦油，不利于環(huán)保和施工人員的健康，受到了一定的限制。近年來，隨著建筑業(yè)的發(fā)展，對防水涂料的需求量越來越大，而聚氨酯涂料以其優(yōu)異的防水效果、可靠的性能穩(wěn)定性、施工維修方便等優(yōu)點而備受重視。室溫固化非焦油型聚氨酯防水涂料的研究則成為當(dāng)前聚氨酯涂料開發(fā)的重點。本預(yù)聚體法生產(chǎn)非焦油型雙組分聚氨酯防水涂料，其優(yōu)點在于液體填料是無毒的石油樹脂，在預(yù)聚體的合

3、成時簡化了聚合工藝。1 實驗部分1.1實驗用原料聚醚二元醇（N-220）：工業(yè)品，羥值（53.056.0）KOHmg/g，聚醚三元醇（N-330）：工業(yè)品，羥值（53.056.0）KOHmg/g，上述產(chǎn)品均為金陵石化二廠；甲苯二異氰酸酯（TDI）：日本聚氨酯工業(yè)公司；3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷（MOCA）：工業(yè)品，蘇州前進化工廠；鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）：分析純，西安試劑廠；石油樹脂：市售；輕質(zhì)碳酸鈣（輕鈣）：400目，市售；滑石粉：400目，市售；辛酸亞錫：浙江諸暨市精細化工廠。1.2預(yù)聚體的合成在1000mL三口燒瓶中加入500g聚醚二元醇N-220，減壓

4、至-0.09MPa，加熱到（120±5）進行抽真空脫水處理3h，然后降溫至室溫，按比例2.6/1（N-220/TDI）滴加TDI，滴加過程中保持反應(yīng)溫度在40以下，TDI滴加約40min，滴加完畢后，采用油浴升溫，使反應(yīng)溫度保持在（75±5），回流反應(yīng)3h；反應(yīng)完成后降溫至室溫，出料，即得到預(yù)聚體。1.3試樣的制備將預(yù)聚體、固化劑（MOCA）和N-330、催化劑辛酸亞錫、液體填料石油樹脂、固體填料輕鈣和其它輔助助劑消泡劑及分散劑按比例、順序加入混料桶中，在室溫下混合均勻，按照國標(biāo)要求制得涂膜，將試樣進行養(yǎng)護。養(yǎng)護要求按照GB/T16777-1997標(biāo)準(zhǔn)。1.4工藝流程（1）

5、A組分預(yù)聚體的生產(chǎn)工藝簡圖如下：在預(yù)聚體的合成過程中，反應(yīng)溫度不能超過85，防止暴聚。聚醚無水聚醚預(yù)聚體（A組份）TDI加熱脫水降溫加熱聚合（2）B組分的制備工藝助劑聚醚混合物固化劑（B組份）石油樹脂MOCA加熱，溶解混合攪拌（3）涂膜工藝A組份混合B組份涂膜成膜1.5物理機械性能測試?yán)鞆姸群蜕扉L率按GB/T19250-2003測定。2 結(jié)果與討論2.1預(yù)聚體中游離-NCO對試樣物理機械性能的影響在制備PU防水涂料時，預(yù)聚體中-NCO含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）對試樣的物理機械性能有較大的影響，通過改變預(yù)聚體中-NCO的含量，可以對PU涂料的物理機械性能進行調(diào)節(jié)，見表1。表1-NCO含量對試樣物理

6、機械性能的影響-NCO含量/%拉伸強度/MPa伸長率/%2.40.562603.70.712803.80.752959.81.4221110.12.65145從表1中可以看出，隨著預(yù)聚體中-NCO含量的增加，試樣的拉伸強度增大，而伸長率則減小。這說明隨著預(yù)聚體中-NCO含量的增加，預(yù)聚體中的剛性鏈段增加，極性基團增多，易于形成氫鍵，使得涂膜后試樣的拉伸強度增大；而在-NCO含量增大的同時，預(yù)聚體的分子鏈長度將變短，分子量減小，而且剛性基團的增加限制了分子鏈在拉伸過程中的運動，使得涂膜后試樣的伸長率減小。預(yù)聚體中的-NCO含量應(yīng)控制在10%左右。2.2固體、液體填料含量對試樣物理機械性能的影響固

7、體填料對試樣的物理機械性能存在影響，固體填料在降低試樣伸長率的同時，對試樣又起到了一定的補強作用，使拉伸強度有一定程度的增加，而且隨著固體填料含量的增加，涂膜硬度也增加，無機填料用量對涂膜性能的影響見表2。表2無機填料用量對涂膜性能的影響無機填料添用量/份拉伸強度/MPa伸長率/%251.52740502.69688752.783651003.24225從表2中可以看出，試樣的拉伸強度隨著固體填料含量的增加而增大、伸長率減小。向明等人對無機填料表面處理的研究表明，利用C18、C20和C22以上高碳醇對碳酸鈣進行表面處理，用于塑料薄膜或注塑制品，可以獲得具有優(yōu)異力學(xué)性能和加工性能的材料。這種經(jīng)過

8、表面處理的碳酸鈣用于PU防水涂料時，可以增加它在PU中的相容性，形成更多的物理交聯(lián)點，對于PU防水涂料的補強作用將更為明顯。同時，納米粒子的添加也是改善PU涂料力學(xué)性能的研究重點。經(jīng)研究表明：由于納米輕質(zhì)碳酸鈣粒子具有大的比表面積，表面原子處于高度活化狀態(tài)，與聚合物界面強的相互作用等性質(zhì)，通過添加納米碳酸鈣對聚氨酯彈性體的力學(xué)性能有一定的提高。但是在所研究的體系中納米粒子分散性不好，隨著其分散性的提高，對聚氨酯彈性體力學(xué)性能的提高也許會更大。液體填料可以降低樹脂粘度，使施工性能得到改善，同時還可以降低成本。但是，液體填料的用量過多時會使固化后PU防水涂料的拉伸強度和伸長率都有所下降。隨著液體填

9、料含量的增加，拉伸強度減小、伸長率也減小。但是在試驗中發(fā)現(xiàn)，對于其它組分相同的試樣來說，用鄰苯二甲酸二辛酯作為液體填料添加的試樣的物理機械性能基本符合表中的規(guī)律。而以石油樹脂作為液體填料的試樣則不盡然，這可能是因為鄰苯二甲酸二辛酯是惰性填料和分子量小的原因所致，與鄰苯二甲酸二辛酯相比，石油樹脂則具有一定的活性，且其分子量相對要大一些。石油樹脂作為液體填料添加的最終結(jié)果是提高試樣的拉伸強度和伸長率。研制過程中所采用的固體填料、液體填料分別為輕鈣和石油樹脂。在實驗中，參考以上資料，對輕鈣用量和石油樹脂用量的聚氨酯防水涂料性能的影響分別進行了分析。試驗中液體填料（石油樹脂）添加量一定時，固體填料（輕

10、鈣）添加量對涂膜性能的影響見表3。表3輕鈣用量對涂膜性能的影響輕鈣用量/份拉伸強度/MPa伸長率/%152.85429202.46413251.70175301.86203351.85120試驗中固體填料（輕鈣）添加量一定時，液體填料（石油樹脂）用量對涂膜性能的影響見表4。表4石油樹脂用量對涂膜性能的影響石油樹脂用量/份拉伸強度/MPa伸長率/%154.81376204.635410254.51372303.55364354.64470從表3、表4的性能比較的結(jié)果可以看出，輕鈣用量為15%，石油樹脂用量為30%時，聚氨酯防水涂料的物理機械性能較好一些。根據(jù)這個比例制得的聚氨酯防水涂料試樣的拉伸強度為3.74MPa，伸長率為538%。2.3石油樹脂對涂膜表干時間的影響在試驗中發(fā)現(xiàn)石油樹脂有一定的活性，這從涂膜表干時間中可以看出，見圖1。圖1 液體填料對涂膜表干時間的影響從圖1可以看出，在以輕鈣作為固體填料且用量一定的情況下，以石油樹脂作為液體填料的試樣表干時間要比以鄰苯二甲酸二辛酯為填料的試樣表干時間短，且以石油樹脂為液體填料的試樣，隨著石油樹脂用量的增加，表干時間變短。由此可見石油樹脂具有一定的活性，在試樣的固化過程中起了一定的作用。以滑石粉為固體填料的試樣也同樣說明這一點。3 結(jié)論