一種鐵路用高強(qiáng)度聚氨酯防水涂料的研制

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    馬俊 （廣州大禹防漏技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，廣州511430）

    0 引言

    聚氨酯材料由于具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，滿(mǎn)足高速鐵路用材料的要求，以聚氨酯為基礎(chǔ)，可制成的產(chǎn)品有泡沫塑料、彈性體、涂料、黏合劑等，在軌道交通的防震減噪、防水、灌封等方面有著廣泛的應(yīng)用[1-2]。

    隨著近年來(lái)高速鐵路的快速發(fā)展，聚氨酯防水涂料在高鐵工程項(xiàng)目中應(yīng)用越來(lái)越廣泛[3]，《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》中嚴(yán)格規(guī)定了直接用作防水層的聚氨酯防水涂料的拉伸強(qiáng)度≥6.0MPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥450%。本文基于這一標(biāo)準(zhǔn)要求，探討了聚氨酯涂料中聚醚、異氰酸酯、交聯(lián)劑、助劑對(duì)聚氨酯防水涂料的影響，制備了一種滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求的高強(qiáng)度聚氨酯防水涂料。

    1、試驗(yàn)部分

    1.1原材料

    聚醚多元醇（DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG）：工業(yè)級(jí)，山東藍(lán)星東大化工有限責(zé)任公司；甲苯二異氰酸酯（TDI）：工業(yè)級(jí)，拜耳材料科技（中國(guó)）有限公司；氯化石蠟（52#）：工業(yè)級(jí)，南京榮基化工有限公司；煅燒滑石粉（1250目）：工業(yè)品，陽(yáng)山縣華興精細(xì)微粉廠；鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）：工業(yè)品，廣州市壯達(dá)化工有限公司；3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷（MOCA）：工業(yè)品，湘園特種精細(xì)化工有限公司；辛酸亞錫（T-9）：工業(yè)級(jí)，上海雨田化工有限公司；防老劑BHT264：工業(yè)級(jí)，德國(guó)YOUNGING（洋櫻）集團(tuán)。

    1.2基本配方

    A、B組分的基本配方見(jiàn)表1。

    1.3制備工藝

    A組分：將聚醚DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG按一定比例加入四口燒瓶中，升溫至110℃并保持壓力在-0.085MPa以下脫水2h，降溫至80℃，加入TDI反應(yīng)3h，降溫出料即可。

    B組分：將氯化石蠟、DBP、EP-330NG、MOCA、滑石粉等按一定比例分散好，加入到四口燒瓶中，升溫至110℃脫水2h，降溫至50℃，加入T-12、BHT264攪拌均勻即可出料。

    1.4主要儀器

    電熱鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9070，上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；低溫試驗(yàn)箱：DX-40，天津港源試驗(yàn)儀器廠；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱：JBY-30B，滄州科達(dá)路橋試驗(yàn)儀器廠；電子萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)：WDW-5型，廣州澳金工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司。

    1.5性能測(cè)試

    將A、B組分按質(zhì)量比1∶1混合攪拌3~5min制膜，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件（溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（60±15）%）下養(yǎng)護(hù)并檢測(cè)。

    性能測(cè)試按照TB/T2965—2011《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》進(jìn)行物理性能測(cè)試。

    2、結(jié)果與討論

    2.1涂料主要性能檢測(cè)結(jié)果

    按上述A、B組分基本配方合成高強(qiáng)度聚氨酯防水涂料，按照TB/T2965—2011進(jìn)行物理性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

    表2檢測(cè)結(jié)果顯示，該涂料各項(xiàng)物理性能指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而且性能良好。

    2.2NCO含量對(duì)涂料性能的影響

    B組分配方固定，制得NCO含量不同的A組分，與B組分按質(zhì)量比1∶1混合制膜，檢測(cè)其強(qiáng)度和延伸率，結(jié)果見(jiàn)表3。

    由表3可知，當(dāng)NCO含量增加，A料中剛性鏈段增加，極性基團(tuán)增多，易于形成氫鍵，涂膜后交聯(lián)密度增大，試樣較硬，拉伸強(qiáng)度則比較大。但剛性鏈段的增加限制了分子鏈在拉伸過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)，使得涂膜后延伸率減小。為使涂料綜合性能突出，試驗(yàn)中A組分的NCO含量應(yīng)控制在8.0%~8.5%。

    2.3聚醚多元醇對(duì)涂料性能的影響

    在聚醚二元醇DL-1000D、DL-2000D物質(zhì)的量比一定的條件下，不同的二元醇與三元醇的物質(zhì)的量比合成A料，保持預(yù)聚體中NCO含量不變，2種聚醚的物質(zhì)的量比對(duì)涂膜性能的影響見(jiàn)表4。

    由表4可以看出，物質(zhì)的量比增大，涂膜強(qiáng)度減小，斷裂伸長(zhǎng)率增大。原因是聚醚二元醇以直鏈為主，主要提升延伸性能，聚醚三元醇在與TDI反應(yīng)時(shí)，起交聯(lián)作用，主要增加涂膜的強(qiáng)度。所以在配方優(yōu)選時(shí)，n（二元醇）/n（三元醇）物質(zhì)量比控制在14~15，制得的涂料涂膜性能良好。

    2.4B組分中固化劑MOCA含量對(duì)涂料性能的影響

    MOCA可以在聚氨酯、聚脲類(lèi)制品的生產(chǎn)中作為擴(kuò)鏈劑、固化劑使用。不同MOCA含量制得的B組分與NCO含量為8.0%的A組分按1∶1制膜，測(cè)得涂料涂膜性能結(jié)果見(jiàn)表5。

    從表5可以看出，MOCA含量增加，反應(yīng)加快，使得表干時(shí)間縮短，拉伸強(qiáng)度增加，而斷裂延伸率則先增大后減小。原因是改性MOCA交聯(lián)劑中含有4個(gè)活潑氫原子，活性高，反應(yīng)后交聯(lián)密度大，且?guī)У谋江h(huán)是屬于剛性鏈段，隨著用量增加，剛性鏈段增加，強(qiáng)度增強(qiáng)，斷裂延伸率則是增加到一定程度后開(kāi)始下降，作為配方優(yōu)選，MOCA含量應(yīng)控制在12%~14%，制得的涂料涂膜性能優(yōu)異。

    2.5B組分中抗氧劑含量對(duì)涂料熱老化性能的影響

    聚氨酯防水涂料成膜后，在光和熱的作用下，分子中的部分直鏈和基團(tuán)會(huì)分解斷裂，造成涂膜性能下降。在配方中加入一定量的抗氧劑，能有效地減緩性能的老化過(guò)程，目前聚氨酯涂料常用的抗氧劑是受阻酚類(lèi)。B組分中抗氧劑BHT264含量對(duì)涂料熱處理性能的影響見(jiàn)表6。

    從表6中可以看出，隨著抗氧劑含量的增加，涂膜的熱處理強(qiáng)度保持率和熱處理延伸率都增大，使得聚氨酯涂膜的耐熱性能得到大幅提升，當(dāng)增加到2.0%后，熱處理性能變化不大，作為配方優(yōu)選，BHT264應(yīng)控制在1.5%~2.0%。

    2.6聚氨酯防水涂料黏度變化對(duì)施工性能的影響

    聚氨酯防水涂料在施工時(shí)，需將A、B組分按一定的配比混合攪拌均勻后方可施工，A、B組分在混合后，就開(kāi)始反應(yīng)，黏度隨時(shí)間而增大，黏度增大過(guò)快，將影響施工的涂刮性能。所以，在配方研制過(guò)程中，需要適度控制反應(yīng)的速度來(lái)控制涂料混合后的黏度，使涂料具有更好的施工性能。通過(guò)調(diào)節(jié)催化劑的含量，室溫（25℃）下測(cè)試涂料在A、B組分混合后30min的黏度變化見(jiàn)圖1。

    從圖1中可以看出，催化劑T-9含量在0.05%~0.10%時(shí)，A、B組分混合30min后，黏度在20000~30000mP·s，且黏度變化平穩(wěn)，不會(huì)急劇增大，涂料的涂刮性良好。T-9含量大于0.1%后，涂料黏度急劇增大，不利于施工，所以在該體系中T-9含量應(yīng)控制0.05%~0.10%。

    3、結(jié)語(yǔ)

    本試驗(yàn)重點(diǎn)分析了NCO含量、二元醇與三元醇物質(zhì)的量比、MOCA含量、抗氧劑含量對(duì)涂膜性能的影響，還討論了催化劑T-9含量對(duì)A、B組分混合后黏度的影響。經(jīng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比，該鐵路用高強(qiáng)度聚氨酯防水涂料配比中，NCO含量為8.0%~8.5%、n（二元醇）/n（三元醇）物質(zhì)的量比在14~15、MOCA含量在12%~14%、抗氧劑BTH264含量在1.5%~2.0%、催化劑T-9含量在0.05%~0.10%時(shí)制得的聚氨酯防水涂料物理性能和施工性能達(dá)到最佳。（來(lái)源：全球涂料網(wǎng)）（更多資訊請(qǐng)登錄：全球涂料網(wǎng) http://srglobaltrade.com/）