水固化聚氨酯防水涂料及应用性能的研究

data-full-width-responsive="true"> 1 前 言我国目前在防水施工中, 实际应用的聚氨酯防水涂料主要包括焦油型和非焦油型两种。焦油型、石油沥青聚氨酯等成分复杂, 含有大量的蒽、萘、酚类等易挥发物质, 严重污染环境和危害人体健康, 随着人们环保意识的增强和科技的进步, 焦油型聚氨酯防水涂料的应用日益受到限制, 国家正提倡采用非焦油型聚氨酯防水涂料和聚醚型聚氨酯防水涂料[ 1] 。本文研制的水固化聚氨酯防水涂料是聚醚型、无溶剂环保型的高档合成高分子防水涂料, 与传统的焦油型、石油沥青聚氨酯防水涂料相比, 有着无溶剂挥发、无毒、无味、施工无污染、固化迅速等优点, 符合生态发展和环境保护的要求[ 2] , 在施工配漆时以水为固化剂, 这与其他单或双组分聚氨酯防水涂料明显不同, 体现出聚氨酯防水涂料研制开发的新思路、新工艺, 具有广阔的市场前景。2 水固化聚氨酯防水涂料的制备[ 3]21 主要原料聚醚多元醇, 工业牌号: T DIOL - 2000 和T EP- 330N; 甲苯二异氰酸酯( TDI) ; 邻苯二甲酸二异壬酯( DINP) ; 二丁基二月桂酸锡( T -12) ; 一缩二乙二醇( 二甘醇) ; 消泡剂; 脱水剂;抗氧剂; 填料等, 工业品。22 预聚体的合成先将聚醚多元醇( TDIOL - 2000 和TEP -330N) 在( 110~ 120)c 、- 0095MPa 下减压脱水( 40~ 60) min, 使之含水率[ 005% , 备用。在密闭容器中分别加入TDIOL - 2000、T DI 和TEP- 330N, 比例为9:25:1, 在( 90~ 95)c 、搅拌速度为400r/ min 条件下反应3h 左右。其间要多次抽样检测聚合物的) NCO 含量, 并根据其含量加入适量的一缩二乙二醇和补充适量的TDI, 当预聚体的) NCO 质量分为540% ~ 550% 时, 即可停止反应。23 涂料的制备在高速搅拌下加入增塑剂DINP、填料( 颜料) 、脱水剂, 分散均匀后备用。把已合成好的预聚体升温到95c , 并在高速搅拌下加入分散好的色浆、消泡剂、抗氧化剂, 保温搅拌15 h, 冷却降温至50c, 加入适量的催干剂二丁基二月桂酸锡( T- 12) , 分散均匀即可出料。24 性能指标[ 4]水固化聚氨酯防水涂料性能指标见表1。从表1 显示, 涂料的各项性能指标均达到或优于我国建材行业标准JC/ T500- 92 《聚氨酯防水涂料》 规定的指标。3 应用性能研究31 固化机理水固化型聚氨酯防水涂料是在合成时调节异氰酸指数R 在12~ 18, 利用扩链反应制取两端带有) NCO 基团且分子量足够大的预聚体, 由此预聚体再混入一些助剂和填料等即成涂料。这种涂料在使用时, 先加入一定量的水混合均匀, 利用预聚体所含有的) NCO 基团与水分反应生成脲键而固化成膜, 见式( 1) 。同时为了加快涂膜的固化速度, 降低外界湿度与温度的影响, 往往在制备时加入一定量的催干剂[ 5] 。32 加水比例的确定水的添加量与涂膜力学性能关系见表2。水作为水固化型聚氨酯防水涂料的固化剂, 其加入比例严重影响着涂膜的力学性能和涂料混合后的胶凝时间。从表2 显示, 随着加水比例的增大,水固化聚氨酯防水涂料涂膜的最大应力、断裂延伸率和最大应力伸长率都随之增加。但是当加水比例大于100:30 时, 涂膜开始明显收缩, 加水比例越大, 收缩越厉害, 严重影响聚氨酯防水涂料固化后的涂层性能, 容易导致涂层衔接处发生断裂。水的添加量与涂膜干燥时间的关系见表3。从表3 显示, 当加水比例不小于100:30 时,涂膜的表干时间才能满足JC/ T500- 92 规定的国家标准。由表2 和表3 可见, 只有当加水比例在100:30左右时, 水固化聚氨酯防水涂料才符合施工要求及最优的力学性能。33 催干剂T- 12 的影响水固化型聚氨酯防水涂料与其它双组分聚氨酯涂料相比, 缺点是其固化速度较慢, 对环境温度和湿度比较敏感, 不利于施工。为了提高防水涂料的固化速度, 降低外界湿度与温度的影响, 通常需要在涂料中加入一定量的催干剂, 其作用在于降低- NCO和-OH 反应活化能, 加速涂料交联反应的进行, 提高涂膜的交联密度, 从而提高涂膜的化学稳定性和耐化学腐蚀、耐水的性能。催干剂分为反应性催干剂和非反应性催干剂。由于反应性催干剂参与涂膜交联固化反应, 只能施工时添加, 造成实际应用的不便, 故在涂料中一般使用非反应性催干剂[ 6] 。配方中选用的催干剂为非反应性的二丁基二月桂酸锡( T - 12) 。催干剂用量与涂料凝胶时间关系见表4。为了便于施工, 工程上一般要求水固化型聚氨酯防水涂料的施工适应期在30min 左右。从表4 可以看出, 随着催干剂T - 12 的增加, 涂料胶凝时间即施工适应期随之缩短。当T - 12 的添加量在004% ~ 005%时, 涂料的胶凝时间比较理想。催干剂对涂膜力学性能的影响见表5。从表5 可见, 当加水比例小于100:20 时, 无催干剂时的涂膜力学性能明显优于有催干剂时的力学性能; 但当加水比例大于100:20 时, 情况却正好相反。说明当涂料的加水比例为100:30 时, 添加005% 的催干剂T - 12 对提高涂膜的力学性能具有明显的作用。34 基面环境的影响施工时, 基层的含水率对涂膜附着力具有重要的影响。一般的聚氨酯防水涂料对基层含水率要求较高, 实际施工时往往难以满足要求。而水固化聚氨酯防水涂料施工时对基层含水率要求不高, 与底涂配合, 可以在含水率较高( 但无明水) 的基层上施工应用, 具有较广的适应性。表6 为基面环境对涂膜附着力的影响。从表6 显示, 当基层干燥( 即含水率较低) 时, 无论是否使用底漆, 涂膜的附着力均大于1MPa, 符合施工要求; 当基层潮湿( 含水率较高) 时, 只有配合使用底漆, 涂膜的附着力才能达到要求。而且无论基层含水率的高低, 配合使用底漆, 涂膜附着性能均优于未使用底漆的涂膜。注: 试验是以水泥8 字模块作为涂覆基面; 潮湿基面试验是将水泥8 字模块在水中浸泡24h, 然后擦干表面的明水, 迅速涂底漆或水固化聚氨酯防水涂料。所有模块涂膜固化时间都为7d。4 结 论( 1) 以高分子量低不饱和度聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯( TDI ) 、邻苯二甲酸二异壬酯( DINP) 、二丁基二月桂酸锡( T - 12) 等为原料研制出了性能优异的水固化聚氨酯防水涂料。涂料以水作为固化剂, 不含有任何可挥发性有机溶剂( VOC) , 固化后无毒无味, 可适用于饮用水工程。( 2) 施工时, 加水比例为100:30 左右, 水固化聚氨酯防水涂料涂层的力学性能较优。( 3) 催干剂的添加量为004% ~ 005% 时,涂膜的固化速度较理想, 且涂层的力学性能也有一定的改善。( 4) 施工时, 配合使用底漆, 可大大提高涂膜的附着力, 改善涂层的粘接强度。