室温固化非焦油型双组分聚氨酯防水涂料

室温固化非焦油型双组分聚氨酯防水涂料
                                   南博华1，郑水蓉1，孙曼灵1，王红丽2，郑高峰1
   （1.西北工业大学理学院应用化学系，西安710072；2.秦岭中学，兴平713107）   
　　摘要：对室温固化非焦油型双组分聚氨酯防水涂料研究表明：预聚体中的NCO含量为10%，轻钙用量15%，石油树脂用量30%时，涂料的拉伸强、伸长率均可满足建筑防水材料性能要求；石油树脂与邻苯二甲酸二辛酯(DOP)作为液体填料时，由于石油树脂有一定的活性，其表干时间相对较短。
　　关键词：双组分聚氨酯；防水涂料；聚醚；异氰酸酯
　　聚氨酯防水涂料与传统的三毡四油防水材料相比，具有施工简便、易操作、质量易保证的优点。其液态施工整体防水效果好，对各种形状需要防水的基面能形成连续不断的整体防水层，是其它防水卷材无法达到的。其成膜后伸长率大，富有弹性，耐寒、耐热、耐老化，气密性高，防水性能极佳，防水寿命长[1]。但是常规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，不利于环保和施工人员的健康，受到了一定的限制。
　　近年来，随着建筑业的发展，对防水涂料的需求量越来越大，而聚氨酯涂料以其优异的防水效果、可靠的性能稳定性、施工维修方便等优点而备受重视。室温固化非焦油型聚氨酯防水涂料的研究则成为当前聚氨酯涂料开发的重点。本预聚体法生产非焦油型双组分聚氨酯防水涂料，其优点在于液体填料是无毒的石油树脂，在预聚体的合成时简化了聚合工艺。
　　1实验部分
　　1.1实验用原料
　　聚醚二元醇(N-220)：工业品，羟值(53.0～56.0)KOHmg/g，聚醚三元醇（N-330）：工业品，羟值(53.0～56.0)KOHmg/g，上述产品均为金陵石化二厂；甲苯二异氰酸酯（TDI）：日本聚氨酯工业公司；3，3'-二氯-4，4'-二氨基二苯基甲烷（MOCA）：工业品，苏州前进化工厂；邻苯二甲酸二辛酯：分析纯，西安试剂厂；石油树脂：市售；轻质碳酸钙（轻钙）：400目，市售；滑石粉：400目，市售；辛酸亚锡：浙江诸暨市精细化工厂。
　　1.2预聚体的合成
　　在1000mL三口烧瓶中加入500g聚醚二元醇N-220，减压至-0.09MPa，加热到（120±5）℃进行抽真空脱水处理3h，然后降温至室温，按比例2.6/1(N-220/TDI)滴加TDI，滴加过程中保持反应温度在40℃以下，TDI滴加约40min，滴加完毕后，采用油浴升温，使反应温度保持在（75±5）℃，回流反应3h；反应完成后降温至室温，出料，即得到预聚体。
　　1.3试样的制备
　　将预聚体、固化剂(MOCA)和N-330、催化剂辛酸亚锡、液体填料石油树脂、固体填料轻钙和其它辅助助剂消泡剂及分散剂按比例、顺序加入混料桶中，在室温下混合均匀，按照国标要求制得涂膜，将试样进行养护。养护要求按照GB/T16777??997标准。
　　1.4工艺流程
   （1）A组分预聚体的生产工艺简图如下：在预聚体的合成过程中，反应温度不能超过85℃，防止暴聚。
工艺流程
　　1.5物理机械性能测试
　　拉伸强度和伸长率按GB/T19250??003测定。
　　2结果与讨论
　　2.1预聚体中游离-NCO对试样物理机械性能的影响
　　在制备PU防水涂料时，预聚体中-NCO含量(质量分数，下同)对试样的物理机械性能有较大的影响，通过改变预聚体中-NCO的含量，可以对PU涂料的物理机械性能进行调节，见表1。
表 1 -NCO 含量对试样物理机械性能的影响
　　从表1中可以看出，随着预聚体中-NCO含量的增加，试样的拉伸强度增大，而伸长率则减小。这说明随着预聚体中-NCO含量的增加，预聚体中的刚性链段增加，极性基团增多，易于形成氢键，使得涂膜后试样的拉伸强度增大；而在-NCO含量增大的同时，预聚体的分子链长度将变短，分子量减小，而且刚性基团的增加限制了分子链在拉伸过程中的运动，使得涂膜后试样的伸长率减小。预聚体中的-NCO含量应控制在10%左右。
　　2.2固体、液体填料含量对试样物理机械性能的影响
　　固体填料对试样的物理机械性能存在影响，固体填料在降低试样伸长率的同时，对试样又起到了一定的补强作用[2]，使拉伸强度有一定程度的增加，而且随着固体填料含量的增加，涂膜硬度也增加，无机填料用量对涂膜性能的影响见表2。
表 2 无机填料用量对涂膜性能的影响
　　从表2中可以看出，试样的拉伸强度随着固体填料含量的增加而增大、伸长率减小。
　　向明[3]等人对无机填料表面处理的研究表明，利用C18、C20和C22以上高碳醇对碳酸钙进行表面处理，用于塑料薄膜或注塑制品，可以获得具有优异力学性能和加工性能的材料。这种经过表面处理的碳酸钙用于PU防水涂料时，可以增加它在PU中的相容性，形成更多的物理交联点，对于PU防水涂料的补强作用将更为明显。同时，纳米粒子的添加也是改善PU涂料力学性能的研究重点。经研究[4]表明：由于纳米轻质碳酸钙粒子具有大的比表面积，表面原子处于高度活化状态，与聚合物界面强的相互作用等性质，通过添加纳米碳酸钙对聚氨酯弹性体的力学性能有一定的提高。但是在所研究的体系中纳米粒子分散性不好，随着其分散性的提高[5，6]，对聚氨酯弹性体力学性能的提高也许会更大。
　　液体填料可以降低树脂粘度，使施工性能得到改善，同时还可以降低成本。但是，液体填料的用量过多时会使固化后PU防水涂料的拉伸强度和伸长率都有所下降。
　　随着液体填料含量的增加，拉伸强度减小、伸长率也减小。但是在试验中发现，对于其它组分相同的试样来说，用邻苯二甲酸二辛酯作为液体填料添加的试样的物理机械性能基本符合表中的规律。而以石油树脂作为液体填料的试样则不尽然，这可能是因为邻苯二甲酸二辛酯是惰性填料和分子量小的原因所致，与邻苯二甲酸二辛酯相比，石油树脂则具有一定的活性，且其分子量相对要大一些。石油树脂作为液体填料添加的最终结果是提高试样的拉伸强度和伸长率。
　　研制过程中所采用的固体填料、液体填料分别为轻钙和石油树脂。在实验中，参考以上资料，对轻钙用量和石油树脂用量的聚氨酯防水涂料性能的影响分别进行了分析。
　　试验中液体填料（石油树脂）添加量一定时，固体填料（轻钙）添加量对涂膜性能的影响见表3。
表 3 轻钙用量对涂膜性能的影响
　　试验中固体填料（轻钙）添加量一定时，液体填料（石油树脂）用量对涂膜性能的影响见表4。
表 4 石油树脂用量对涂膜性能的影响
　　从表3、表4的性能比较的结果可以看出，轻钙用量为15%，石油树脂用量为30%时，聚氨酯防水涂料的物理机械性能较好一些。根据这个比例制得的聚氨酯防水涂料试样的拉伸强度为3.74MPa，伸长率为538%。
　　2.3石油树脂对涂膜表干时间的影响
　　在试验中发现石油树脂有一定的活性，这从涂膜表干时间中可以看出，见图1。
图 1 液体填料对涂膜表干时间的影响
　　从图1可以看出，在以轻钙作为固体填料且用量一定的情况下，以石油树脂作为液体填料的试样表干时间要比以邻苯二甲酸二辛酯为填料的试样表干时间短，且以石油树脂为液体填料的试样，随着石油树脂用量的增加，表干时间变短。由此可见石油树脂具有一定的活性，在试样的固化过程中起了一定的作用。以滑石粉为固体填料的试样也同样说明这一点。
　　3结论
　　综合上述试验结果，其结论：预聚体中的NCO含量在10%左右，轻钙用量为总量的15%，石油树脂为总量的30%时，可制得在室温下固化的非焦油型双组分PU防水涂料试样，其断裂强度为3.74MPa，断裂延伸率为538%，可满足建筑防水材料的性能要求；石油树脂与邻苯二甲酸二辛酯作为聚氨酯涂料的液体填料，由于石油树脂有一定的活性，其表干时间相对较短。

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