非焦油型双组分聚氨酯防水涂料的研制

马俊

    （广东科顺化工实业有限公司，广东佛山528303）

    摘要：通过一定比例合成含有NCO的聚氨酯预聚体为A组分，将粉料、聚醚、MOCA、助剂等制成B组分，将A、B组分按质量比1∶2混合成膜制得非焦油型双组分聚氨酯涂料。探讨了NCO含量、MOCA、催化助剂、消泡剂对双组分聚氨酯涂料的影响，结果表明：NCO含量在4.0%~4.6%、MOCA含量在2.5%~4.0%、催化剂在0.08%~0.12%、消泡剂在0.3%~0.7%，可以制得性能优异的双组分聚氨酯涂料。

    关键词：非焦油；双组分；聚氨酯涂料；消泡剂

    中图分类号：TQ633 文献标识码：A 文章编号：1007-9548（2012）08-0020-03

    0·引言

    NCO/OH型双组分聚氨酯涂料是现在市场上常用的聚氨酯涂料之一。它以聚醚多元醇和异氰酸酯合成含有—NCO预聚体为A组分和以含有—OH活性基团、交联剂等的B组分构成，它的基本反应是—NCO与—OH、—NH2交联反应形成网络结构，使膜具有一定的强度和弹性。因此聚氨酯涂料可以常温固化，形成交联结构的涂膜，对各种底材均有良好的附着力、柔韧性、耐摩擦性、耐水性、耐溶剂性，涂膜外观光亮丰满[1]。目前市面上的双组分聚氨酯涂料仍存在着一些问题：聚氨酯材料中掺入大量的煤焦油作为活性填充剂，然而煤焦油中含有挥发性芳香族化合物，具有强烈的刺激性气味，其中的蒽、萘等成分对人体的危害性极大，大大危害了施工人员的身体健康[2]；双组分聚氨酯防水涂料的施工和涂膜干燥过程中，始终存在着表干时间长、固化慢、气泡多的问题，消泡的好坏甚至成了聚氨酯涂料性能好坏的关键性指标。

    本文基于上述问题制备了一种非焦油型双组分聚氨酯防水涂料，不含有害的活性填充剂，表干快、固化后性能好，成膜无气泡。

    1·试验部分

    1.1主要原料

    聚醚二元醇（N220）、聚醚三元醇（330N）：山东东大；甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）：进口；氯化石蜡（52#）：弘旺化工；滑石粉：广州铧骏化工；液体MOCA（ML-200）：湘园特种精细化工；邻苯二甲酸二丁酯（DBP）：广州壮达化工；煅烧高岭土：亿峰化工；溶剂油（120#）；烷烃油：广州联卓贸易；二月桂酸二丁基锡（T-12）：惠州科盛贸易；DMDEE：上海鑫锐化工；消泡剂（ST-530、ST-580）：三拓化学。

    1.2基本配方

    A、B组分基本配方见表1。

表1 A、B 组分基本配方

    1.3制备过程A组分：将聚醚多元醇、滑石粉、氯化石蜡等按一定比例加入四口烧瓶中，升温至120℃并保持压力在-0.085MPa以下脱水2h，降温至82℃加入TDI、MDI反应3h，降温出料即可。

    B组分：将氯化石蜡、聚醚多元醇、烷烃油、粉料等按一定比例分散好，加入到四口烧瓶中，升温至120℃脱水2h，降温至50℃，加入溶剂油、助剂、液体MOCA等搅拌均匀即可出料。

    1.4性能测试

    将A、B组分按质量比1∶2混合搅拌3~5min后涂膜，在标准试验条件下[温度（23±2）℃，相对湿度（60±15）%]养护并检测。

    涂料干燥时间按GB/T16777—1997进行测试，采用B法；拉伸性能按GB/T16777—1997，用WDW-5型电子万能拉力试验机（广州澳金工业自动化系统有限公司）进行测定，拉伸速度为500mm/min；其他性能均按照GB/T19250—2003《聚氨酯防水涂料》检测。

    2·结果与讨论

    2.1检测结果

    根据GB/T19250—2003进行各项性能检测，结果见表2。各项检测性能均符合国家标准，尤其具有优异的不透水性、耐热性、耐酸性和耐碱性。

表2 双组分聚酯涂料检测结果

    2.2A组分中NCO含量对成膜性能的影响

    固定B组分配方，以一定的二元醇、三元醇比例制得不同NCO含量的A组分，将A、B组分按质量比1∶2混合成膜，检测其拉伸强度和延伸率，结果见表3。

表3 A 组分中NCO 含量对成膜性能的影响

    NCO含量增加，拉伸强度、延伸率增加；当NCO含量大于4.4%时，延伸率逐渐减小。这是因为NCO含量增加，交联反应越完全，当NCO含量大于4.4%时，交联过大，导致延伸率开始降低。根据GB/T19250—2003规定，拉伸强度需大于1.9MPa，延伸率大于450%，所以NCO含量应控制在4.0%~4.8%之间。

    2.3B组分中液体MOCA含量对成膜性能的影响

    液体ML-200是与固体MOCA的化学结构、物理性能类似的产品，它有着常温呈液体，反应速度比固体MOCA快，且安全性比固体MOCA优良的特点，为其使用在工艺和环境安全上提供了诸多有利条件与因素。

    选择NCO含量为4.0%的A组分，在配方中加入不同含量的MOCA（ML-200）得到不同的B组分，与A组分成膜，按标准检测物理性能指标，见表4。

表4 MOCA 含量对成膜性能的影响

    随着ML-200含量的增加，成膜的交联度增加，所以拉伸强度和延伸率都增强；当ML-200含量在3.0%时，延伸率达到最大值，而拉伸强度继续增加，这是因为交联度过大，对延伸率造成影响；当ML-200含量继续增加，延伸率减小，所以应控制ML-200含量在2.5%~4.0%之间。

    2.4B组分中催化助剂对干燥时间的影响

    选择NCO含量为4.0%的A组分，B组分中ML-200添加量为2.5%时，改变催化剂的配比及含量，与A组分成膜，按标准检测其干燥时间，结果见表5。

表5 催化助剂对干燥时间的影响

    只用T-12或DMDEE时，成膜实干时间都比较慢，同时使用2种催化剂时，由于催化剂的协同作用大大提高了表干与实干时间。当T-12∶DMDEE=3∶1时，表干时间和固化时间均满足GB/T19250—2003要求，为了施工方便，应控制其含量在0.08%~0.12%为宜，可使涂料表干时间在1~4h之间，实干时间在12~18h。

    2.5B组分中消泡剂对成膜的影响

    由于双组分聚氨酯中的一部分—NCO会与空气中的湿气（水分）反应产生CO2，在表干固化的过程中有一部分CO2未能及时溢出膜的表面，导致膜的内部出现气孔，影响膜的物理性能，所以在B组分中加入一定的消泡剂会有效地抑制膜内起泡，提升膜的物理性能。消泡剂的加入量与成膜情况见表6。

表6 消泡剂的加入量与成膜情况

    消泡剂ST-530与聚氨酯混溶效果良好，在B组分中，添加0.3%~0.7%能有效地抑制CO2所形成的气泡，消除鱼眼、针孔等缺陷；消泡剂ST-580与聚氨酯相容性稍差，抑泡效果不好，所以在B组分中添加ST-530含量在0.3%~0.7%能有效改善成膜效果。

    3·结语

    1）根据试验数据，在此A组分配方中，NCO含量应控制在4.0%~4.8%之间，制得的聚氨酯膜的拉伸强度在2.2MPa以上，延伸率在500%以上。

    2）在B组分中，控制MOCA含量在2.5%~4.0%之间，制得涂膜延伸率＞470%，拉伸强度＞2.2MPa。

    3）在B组分中，控制催化剂比例T-12∶DMDEE=1∶3，总百分含量在0.08%~0.12%之间，可以调节涂料的表干时间在1~4h，实干时间在12~18h。

    4）在B组分中，消泡剂ST-530添加0.3%~0.7%能有效地抑制CO2所形成的气泡，消除鱼眼、针孔等缺陷。

    5）本文所设计的配方中不含任何有害的焦油型活性物质，所用的MOCA是经过改性的液态ML-200，大大地减小了对人体的伤害，所以此配方具有环保性。

    参考文献：

    [1]李淑娴.提高NCO/OH型双组分聚氨酯涂料干燥速度的初探[J].河南化工，1994（12）：4-6.

    [2]刘益军.聚氨酯树脂及其应用[M].北京：化学工业出版社，2012：336.