蜀羊防水：MDI水固化聚氨酯防水涂料及應(yīng)用性能的研究

1、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(guó)目前在防水施工中，實(shí)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(guò)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(dāng)中的水分（QH含有羥基成分）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后交聯(lián)固化成膜。當(dāng)環(huán)境溫度高、空氣中的濕度 也高的時(shí)候，固化成膜時(shí)間越短，否則固化成膜時(shí)間就越長(zhǎng)；因此在使用過(guò)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(lái)的一個(gè)新品種，其機(jī)理是在施工配料時(shí)以水為固化劑，促使涂膜表里迅速固化。不添加溶劑，無(wú)溶劑揮發(fā)、施工無(wú)污染、固化迅速等優(yōu)點(diǎn)，降低了產(chǎn)品毒

2、性，深受廣大用戶喜愛。但是目前市場(chǎng)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氟酸酯（TDI）作為主要原料所制，在生產(chǎn)和使用過(guò)程中，其游離的TDI都會(huì)對(duì)人體造成傷害，無(wú)法真正達(dá)到無(wú)毒無(wú)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(kuò)大了單組份聚氨酯防水涂料施工時(shí)的環(huán)境受限范圍。本課題采用無(wú)毒的二苯基甲烷二異氟酸酯（MDI）取代傳統(tǒng)的劇毒化學(xué)品甲苯二異氟酸酯（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(duì)涂膜力學(xué)性能的影響，以及水和催化劑等用量對(duì)涂膜力學(xué)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(duì)水固化聚氨酯防水涂料的實(shí)際應(yīng)用具有

3、很好的指導(dǎo)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。.MDI水固化聚氨酯防水涂料的制備主要原料聚醒EP-330NG聚醒DL-2000D,液體改性樹脂，增塑劑， MI （二苯基甲烷二異氟酸酯），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。涂料的制備先將聚醒多元醇（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（120 3） C、-0.095MPa條件下減壓脫水 120min ,使之含水率w 0

4、.05%；降溫至 7580c滴加MI,在（80 2） C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(cè)聚合物的一 NCO含量，當(dāng)預(yù)聚體的一NCO質(zhì)量分為5.70%5.80%時(shí),，保溫?cái)嚢?.5h,冷卻降溫即可停止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后在攪拌狀態(tài)下加入消泡劑、抗氧化劑 至70c以下，分散均勻即可出料。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(biāo)準(zhǔn)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(yàn)方法規(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

5、覆至規(guī) 定厚度(1.5 0.2mm), 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(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)完成后，用沖片機(jī)裁樣進(jìn)行檢測(cè)。.性能指標(biāo)測(cè)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(yàn)方法的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。由表1可以看出，加水后，其性能指標(biāo)全部滿足 GB/T19250-2013 聚氨酯防水涂料標(biāo)準(zhǔn)要求。表1加水后聚氨酯防水涂料的力學(xué)性能檢驗(yàn)項(xiàng)目性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果物理性能表干時(shí)間h0 125實(shí)干時(shí)間h2.02.88斷裂伸長(zhǎng)率 500821撕裂強(qiáng)度 Mpa1516.2流平性20min時(shí)，無(wú)明顯齒痕20m

6、in后，無(wú)明顯齒痕低溫彎折性-35 C無(wú)裂紋-35 C無(wú)裂紋不透水性0.3Mpa,120min 不透水0.3Mpa,120min 不透水注：加水15%.分析與討論采用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醛多元醇和多異氟酸酯進(jìn)行加成反應(yīng)，制成端一NCO基的大分子預(yù)聚體，施工時(shí)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(jī)理為：異氟酸酯與水反應(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(guò)量的異氟酸酯存在下，所生成的胺與異氟酸酯繼續(xù)反應(yīng)生成月尿，水可看作是聚氨酯防水涂料的固化劑，使分子鏈增長(zhǎng)，生成月尿鍵而固化成膜。由此可見，必須在過(guò)量的異鼠

7、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。采用甲苯二異氟酸酯（TDI）,在生產(chǎn)和使用過(guò)程當(dāng)中，其過(guò)量的游離部分會(huì)對(duì)人體會(huì)造成傷害；因此本課題采 用無(wú)毒的二苯基甲烷二異氟酸酯（MDI ）代替甲苯二異氟酸酯（TDI ）來(lái)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。由于氟酸酯與水反應(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(guò)加入CO?吸收劑，將CO2氣體吸收，形成內(nèi)部無(wú)氣泡、表面無(wú)針孔的涂膜。水分的添加量對(duì)聚氨酯防水涂料的力學(xué)性能和涂料混合后的膠凝時(shí)間的影響 在溫度23 C

8、、相對(duì)濕度 56%勺標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，分別加入5% 10% 15% 20% 25%30%勺水，對(duì)聚氨酯防水涂膜進(jìn)行檢測(cè)。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(shí)間越短、干燥時(shí)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(yán)重影響著涂膜的力學(xué)性能和涂料混合后的膠凝時(shí)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(qiáng)度都隨之增加。但是當(dāng)加水比例超過(guò)100： 15時(shí)，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度開始遞減，涂膜性能不能滿足 GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料標(biāo)準(zhǔn)要求，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，加水后涂 膜有收縮現(xiàn)象，加

9、水比例越大，收縮越大，嚴(yán)重影響涂膜的使用效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)涂膜力學(xué)性能的影響加水量%51015202530表干時(shí)間h976654實(shí)干時(shí)間h1186.56.55.55拉伸強(qiáng)度Mpa2.782.952.982.732.652.34斷裂伸長(zhǎng)率 %730815829772715713撕裂強(qiáng)度Mpa18.117.616.213.912.712.3流平性20min 時(shí)，無(wú)明顯齒 痕20min時(shí)，無(wú) 明顯齒痕20min時(shí)，無(wú) 明顯齒痕20min時(shí)，無(wú) 明顯齒痕20min時(shí)，無(wú) 明顯齒痕20min 時(shí)，無(wú)明顯齒痕低溫彎折性-35 C 無(wú)裂紋-35

10、 C 無(wú)裂紋-35 C 無(wú)裂紋-35 C 無(wú)裂紋-35 C 有輕微裂紋-35 C有裂紋不透水性0.3Mpa,12 0min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,120 min不透水催化劑的選擇以及用量對(duì)涂料的力學(xué)性能和涂料混合后的膠凝時(shí)間的影響季節(jié)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、等客觀因素的影響較大， 嚴(yán)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(shí)，都會(huì)加入一定量的催化劑，提高異氟酸

11、酯和聚醍多元醇的反應(yīng)速度。在聚氨酯合成過(guò)程中常用的催化劑主要有叔胺催化劑和有機(jī)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(jìn)異氟酸酯與水反應(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(duì)異氧酸酯與醇類（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(duì)異氟酸酯與羥基反應(yīng)的催化效率更顯著的有機(jī)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(lái)加快聚氨酯防水涂料的凝膠速度。表2催化劑用量對(duì)涂料的力學(xué)性能和涂料混合后的膠凝時(shí)間的影響催化劑用量%00.010.020.030.040.050.10.2表干時(shí)間 h13118.56.5543

12、.53.5拉伸強(qiáng)度Mpa1.892.172.342.552.953.553.512.71斷裂延伸率%671713733726829716531481凝膠時(shí)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(xué)反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間，在一定范圍內(nèi)可 以提高涂膜的力學(xué)性能；超過(guò)一定范圍后，反而會(huì)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附，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(biāo)準(zhǔn)的條件下正常使用。潮濕基面對(duì)涂料粘接力的影響施工時(shí)，基層的含水率對(duì)涂膜附著力具有重要的影響。普通聚氨酯防水涂

13、料對(duì)基層的 干燥 度要求較高，實(shí)際工程應(yīng)用中，都要對(duì)經(jīng)常積水環(huán)境的地下室、廚房和衛(wèi)生間進(jìn)行 防水處理，普通聚氨酯防水涂料難以滿足工程要求；相對(duì)于普通聚氨酯防水涂料，水固化 聚氨酯防水涂料對(duì)基層的含水率要求較低，一般的聚氨酯防水涂料對(duì)基層含水率要求較高實(shí)際施工時(shí)往往難以滿足要求。我們依照GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料標(biāo)準(zhǔn)的要求， 采用GB/T16777-2008建筑涂料試驗(yàn)方法7.1中A法，用水固化聚氨酯防水涂料分別對(duì)干燥基面和潮濕基面的粘接性做了對(duì)比測(cè)試（表3）。以70*70的砂漿試塊作為涂覆基面；潮濕基面試驗(yàn)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

14、氨酯防水涂料，涂料厚度0.5mm1mm試驗(yàn)面積為40*40 ,分別各涂覆 5個(gè)試樣。在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7d再按照?qǐng)D1方法進(jìn)行檢測(cè)。圖1測(cè)試方法表3潮濕基面對(duì)涂料粘接的影響干燥基面 Mpa1.78潮濕基面潮濕基面粘接強(qiáng)度Mpa加水量%0510152025300.150.230.310.580.550.410.35與普通聚氨酯防水涂料施工應(yīng)用效果對(duì)比目前市場(chǎng)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(jī)理是二異氟酸酯的聚氨酯預(yù)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(guò)硫化劑的交聯(lián)固化成膜。 配合過(guò)程中配比不準(zhǔn)確或攪拌不均勻都 會(huì)破壞涂膜質(zhì)量，以及

15、其交聯(lián)固化劑 MOCA勺致癌問題，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(shí)，往往由于空氣的濕度不夠，致使固化時(shí)間延長(zhǎng)，厚涂時(shí)容易出現(xiàn)容易出現(xiàn)只表干不實(shí)干或慢實(shí)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(shí)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(shí)間也較長(zhǎng)。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(shí)干時(shí)間幾乎同時(shí)進(jìn)行，可以克服以上缺點(diǎn)；既可以在標(biāo)準(zhǔn)條件下滿足標(biāo)準(zhǔn)固化時(shí)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(shí)可通過(guò)加熱水和催化劑的辦法保證固化時(shí)間，一般-5 C以上的氣溫下都可進(jìn)行施工。還可以在搶工期的時(shí)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氟酸酯（MDD作為原料，以水作為固化劑，配方中不含 TDI,無(wú)游離物產(chǎn)生，不含溶劑等可揮發(fā)物，不會(huì)對(duì)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(guò)加水使