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(duì)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(shí)，涂料的拉伸強(qiáng)、伸長(zhǎng)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(shí)，由于石油樹脂有一定的活性，其表干時(shí)間相對(duì)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(jiǎn)便、易操作、質(zhì)量易保證的優(yōu)點(diǎn)。其液態(tài)施工整體防水效果好，對(duì)

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(wú)法達(dá)到的。其成膜后伸長(zhǎng)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(zhǎng)。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(lái)，隨著建筑業(yè)的發(fā)展，對(duì)防水涂料的需求量越來(lái)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(diǎn)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(diǎn)。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(diǎn)在于液體填料是無(wú)毒的石油樹脂，在預(yù)聚體的合

3、成時(shí)簡(jiǎn)化了聚合工藝。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(xì)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(jìn)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(guó)標(biāo)要求制得涂膜，將試樣進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)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(jiǎn)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(wú)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(jī)械性能測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度和伸長(zhǎng)率按GB/T19250-2003測(cè)定。2 結(jié)果與討論2.1預(yù)聚體中游離-NCO對(duì)試樣物理機(jī)械性能的影響在制備PU防水涂料時(shí)，預(yù)聚體中-NCO含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）對(duì)試樣的物理機(jī)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(duì)PU涂料的物理機(jī)械性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，見表1。表1-NCO含量對(duì)試樣物理

6、機(jī)械性能的影響-NCO含量/%拉伸強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)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(qiáng)度增大，而伸長(zhǎng)率則減小。這說(shuō)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(tuán)增多，易于形成氫鍵，使得涂膜后試樣的拉伸強(qiáng)度增大；而在-NCO含量增大的同時(shí)，預(yù)聚體的分子鏈長(zhǎng)度將變短，分子量減小，而且剛性基團(tuán)的增加限制了分子鏈在拉伸過程中的運(yùn)動(dòng)，使得涂膜后試樣的伸長(zhǎng)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(duì)試樣物理機(jī)械性能的影響固

7、體填料對(duì)試樣的物理機(jī)械性能存在影響，固體填料在降低試樣伸長(zhǎng)率的同時(shí)，對(duì)試樣又起到了一定的補(bǔ)強(qiáng)作用，使拉伸強(qiáng)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(wú)機(jī)填料用量對(duì)涂膜性能的影響見表2。表2無(wú)機(jī)填料用量對(duì)涂膜性能的影響無(wú)機(jī)填料添用量/份拉伸強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%251.52740502.69688752.783651003.24225從表2中可以看出，試樣的拉伸強(qiáng)度隨著固體填料含量的增加而增大、伸長(zhǎng)率減小。向明等人對(duì)無(wú)機(jī)填料表面處理的研究表明，利用C18、C20和C22以上高碳醇對(duì)碳酸鈣進(jìn)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(shí)，可以增加它在PU中的相容性，形成更多的物理交聯(lián)點(diǎn)，對(duì)于PU防水涂料的補(bǔ)強(qiáng)作用將更為明顯。同時(shí)，納米粒子的添加也是改善PU涂料力學(xué)性能的研究重點(diǎn)。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(qiáng)的相互作用等性質(zhì)，通過添加納米碳酸鈣對(duì)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(duì)聚氨酯彈性體力學(xué)性能的提高也許會(huì)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(shí)還可以降低成本。但是，液體填料的用量過多時(shí)會(huì)使固化后PU防水涂料的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都有所下降。隨著液體填

9、料含量的增加，拉伸強(qiáng)度減小、伸長(zhǎng)率也減小。但是在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于其它組分相同的試樣來(lái)說(shuō)，用鄰苯二甲酸二辛酯作為液體填料添加的試樣的物理機(jī)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?yàn)猷彵蕉姿岫刘ナ嵌栊蕴盍虾头肿恿啃〉脑蛩拢c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(duì)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(qiáng)度和伸長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)中，參考以上資料，對(duì)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(jìn)行了分析。試驗(yàn)中液體填料（石油樹脂）添加量一定時(shí)，固體填料（輕

10、鈣）添加量對(duì)涂膜性能的影響見表3。表3輕鈣用量對(duì)涂膜性能的影響輕鈣用量/份拉伸強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%152.85429202.46413251.70175301.86203351.85120試驗(yàn)中固體填料（輕鈣）添加量一定時(shí)，液體填料（石油樹脂）用量對(duì)涂膜性能的影響見表4。表4石油樹脂用量對(duì)涂膜性能的影響石油樹脂用量/份拉伸強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)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(shí)，聚氨酯防水涂料的物理機(jī)械性能較好一些。根據(jù)這個(gè)比例制得的聚氨酯防水涂料試樣的拉伸強(qiáng)度為3.74MPa，伸長(zhǎng)率為538%。2.3石油樹脂對(duì)涂膜表干時(shí)間的影響在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)石油樹脂有一定的活性，這從涂膜表干時(shí)間中可以看出，見圖1。圖1 液體填料對(duì)涂膜表干時(shí)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(shí)間要比以鄰苯二甲酸二辛酯為填料的試樣表干時(shí)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(shí)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(shuō)明這一點(diǎn)。3 結(jié)論