彩色双组分聚醚型聚氨酯防水涂料的研制

摘要：由于国家禁止使用的煤焦油聚氨酯防水涂料与石油沥青聚氨酯防水涂料较难分辨，使得聚氨酯防水涂料市场较为混乱。研究用石油树脂代替石油沥青生产彩色双组分聚醚型聚氨酯防水涂料，其产品性能优良，并减少了环境污染。

关键词：煤焦油；石油树脂；石油沥青；聚氨酯防水涂料

前言

随着人们环保意识的增强，沥青类防水涂料的使用越来越少，而聚氨酯防水涂料由于具有优异的弹性、耐久性、防水层轻、施工维修方便，组分易于调节、可用于建筑物不同部位及整体性好等诸多优点而受到重视。2004年建设部第218号文关于《建设部推广应用和限制禁止使用技术》的公告中，再次将焦油型聚氨酯防水涂料列为禁用产品。目前陕西省市场上黑色双组分聚氨酯防水涂料主要是石油沥青类，因为沥青气味低微、防老化等性能良好，所以从理论上讲用沥青代替焦油有很多优越性。但石油沥青主要由石油天然沥青质、芳香烃、脂肪烃以及硫、氧、氮等杂环化合物组成，其组成中不含带活泼氢的基团，本身不与聚氨酯预聚体发生反应，因此在涂料中只起填料的作用，根据相似相溶理论，沥青的选择就成了关键。市场上出售的所谓“沥青聚氨酯防水涂料”实际上可能是“煤沥青聚氨酯防水涂料”。考虑到以上问题，陕西省建设厅为配合国家的政策并考虑本省的具体情况，下文淘汰黑色双组份聚氨酯防水涂料。从环保角度考虑，水性聚氨酯防水涂料是今后的发展方向，但鉴于目前市场可供选用的非黑色双组分聚氨酯防水涂料很少，水性聚氨酯防水涂料的研究生产尚未普遍，生产成本过高及人们有一个接受过程等因素，我们决定研制生产非焦油彩色双组分聚醚型聚氨酯防水涂料，以满足市场需求。

1 实验

非焦油彩色双组分聚醚型聚氨酯防水涂料属反应固化型防水涂料，也是预聚体和固化剂分A、B料分别包装，现场施工时按一定比例配制后使用。

1.1原材料选择

1.1.1多异氰酸酯

TDI-80在涂料工业上应用最普遍，来源方便，但其预聚体耐旋光性差，长期户外曝露易返黄；PAPI是纯MDI（二苯甲烷二异氰酸酯）与多官能度的聚合MDI的混合物，对人体毒性比TDI较小，主要用于制备防水材料和聚氨酯硬泡。

1.1.2多元醇

聚醚多元醇比聚酯多元醇水解稳定性好，老化后物理性质变化小。常见产品有N-220、N-330、蓖麻油等。

1.1.3填料

用石油树脂替代石油沥青是本研制工作的重点。石油树脂可以看作是去除了小分子和沥青质的石油沥青，能较好地混入聚氨酯中，除很小部分参与反应外，大多是作为惰性材料存在。在试验中我们选用了一种化工试剂，其主要作用是使石油树脂能更好地与聚氨酯混溶。含水硅酸镁或轻质碳酸钙的加入，可使制得的防水涂料物理和施工性能优异。

1.1.4其它助剂

催化剂选用辛酸亚锡；交联剂选用液体MOCA；其它助剂有着色剂、消泡剂、防老剂和紫外线吸收剂等。

1.2生产工艺

1.2.1预聚体制备

将聚醚多元醇在一定温度、压力下脱水，然后和TDI或PAPI一起投入反应釜中，加入缓凝剂，在规定温度、压力下保持一定时间后即可包装。游离异氰酸酯基控制在3%～4%。

1.2.2固化剂制备

将聚醚多元醇在一定温度、压力下脱水，将填充料烘干，投入搅拌罐内，加稀释剂、交联剂、催化剂等助剂，充分反应后包装。

2 试验过程

2.1 预聚体制备

将TDI、N-220、N-330等原料按不同比例共制备5种预聚体，其—NCO含量分别为4.1%、3.7%、4.2%、10.3%、9.7%。

2.2双组分彩色聚氨酯的合成

我们用石油树脂代替石油沥青，引入N-220、N-330等聚醚多元醇，加入不同比例的助剂，部分试验配比及主要物理性能如表1所示。

表1  部分试验配比及主要物理性能

项目	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5	配方6	配方7
甲组份（预聚体）	100	100	100	100	100	100	100
乙组份（固化剂）
N—220	—	178	—	89	89	—	38
N—330	8	—	18	—	—	89	52
石油树脂	130	355	150	313	256	256	270
MOCA	—	—	—	23	12	12	23
轻钙	34	210	90	117	152	152	160
辛酸亚锡	0.8	2.5	1.0	1.6	2.0	1.0	1.6
其它助剂	0.5	1.0	0.5	0.5	1.0	0.5	1.0
拉伸强度/MPa①	1.12	0.60	1.38	1.76	0.76	0.85	1.42
断裂伸长率/%①	644	355	154	98	188	267	211

①甲组份（预聚体）∶乙组份（固化剂）=1∶2

转化为百分比：

项目	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5	配方6	配方7
甲组份（预聚体）	100	100	100	100	100	100	100
乙组份（固化剂）
N—220	—	23.84	—	16.36	17.38	—	6.96
N—330	4.62	—	6.94	—	—	17.43	9.53
石油树脂	75.01	47.56	57.80	57.53	50.00	50.15	49.49
MOCA	—	—	—	4.23	2.34	2.35	4.22
轻钙	19.62	28.13	34.68	21.50	29.69	29.77	29.33
辛酸亚锡	0.46	0.33	0.39	0.29	0.39	0.20	0.29
其它助剂	0.29	0.14	0.19	0.09	0.20	0.10	0.18
拉伸强度/MPa①	1.12	0.60	1.38	1.76	0.76	0.85	1.42
断裂伸长率/%①	644	355	154	98	188	267	211

通过实验可知：

（1）N-220作为预聚体主要成分，在乙组分中的比例应受到控制。相反，为改善产品机械强度和延伸率，可适当增加N-330在乙组分中的比例。

（2）MOCA作为交联剂加入，可使聚氨酯涂料机械强度增高，弹性优良。

（3）轻质碳酸钙作为填料，可使产品机械强度略微上升，但会使产品延伸率下降；石油树脂除极少部分可参与反应外，主要是作为填料掺加，降低成本。根据以上思路，我们经过多次试验，最终确定的双组分彩色聚醚型聚氨酯防水涂料配方为：

甲组分（质量分数）：

预聚体（—NCO 含量为4.1%） 100

乙组分（质量分数）：

N-220	N-330	石油树脂	MOCA	轻质碳酸钙	辛酸亚锡	其它助剂
21	39	98	20	50	1.5	0.5

按以上配方生产的彩色双组分聚氨酯防水涂料产品，经陕西省建设工程质量监督检验测试中心检测，其主要性能为：拉伸强度3.10MPa，断裂伸长率568%，撕裂强度23N/mm，-35℃低温弯折无裂纹，0.3MPa、30min不透水，固体含量96%，表干时间8h，实干时间为22h。产品性能符合GB/T 19250-2003中Ⅱ类产品的质量要求。

3 结论

（1）研制的彩色双组分聚氨酯防水涂料，与沥青聚氨酯防水涂料相比，生产工艺无明显改变，对于产品转型较为方便。

（2）用石油树脂代替石油沥青，可杜绝煤焦油型聚氨酯防水涂料的使用，减少污染。同时，石油树脂比石油沥青较易混溶。

（3）目前该配方的成本较沥青聚氨酯防水涂料高，但其性能优异，售价远高于沥青聚氨酯防水涂料，利润也较为可观。