近年來(lái) , 隨著我國(guó)建筑業(yè)的迅速發(fā)展 , 建筑物的滲漏問(wèn)題已成為衡量建筑質(zhì)量好壞的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) , 我國(guó)房屋平均滲漏率為 60 % , 全國(guó)每年要投入大量的人力物力對(duì)滲漏房屋進(jìn)行修繕 , 費(fèi)用高達(dá)幾十億元 , 傳統(tǒng)的瀝青防水涂料及防水卷材 , 由于在經(jīng)歷寒冬和酷暑后往往會(huì)出現(xiàn)新的滲漏現(xiàn)象 , 其防水效果已不能滿足建筑防水的要求。針對(duì)以上問(wèn)題 ,20 世紀(jì) 80 年代后期 , 國(guó)內(nèi)有部分研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)研制了焦油型和溶劑型聚氨酯防水涂料 , 對(duì)建筑防水涂料的發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用 , 但焦油型聚氨酯彈性體防水涂料色調(diào)單一 , 不宜著色 , 有臭味 ; 而溶劑型聚氨酯防水涂料由于采用有機(jī)溶劑作為稀釋劑 , 不僅氣味大 , 而且易燃、易爆 , 使用不安全 , 其應(yīng)用已受到了嚴(yán)格限制 [1 ] 。因此研制一種既無(wú)焦油 , 又無(wú)溶劑 , 施工安全可靠 , 價(jià)格合理并可加入顏料進(jìn)行調(diào)色的聚氨酯彈性體防水涂料十分必要。


1 　實(shí)驗(yàn)部分

1 . 1 　主要原料

聚醚多元醇 3050 , M n = 3 000 ,f = 3 , 工業(yè)品 , 淄博東大化工集團(tuán) ; 聚醚多元醇 Tdiol -2000 , M n = 2 000 ,f= 2 , 工業(yè)品 , 天津石化三廠 ;3 ,3 ' - 二氯 -4 ,4 ' - 二氨基二苯基甲烷 (MOCA) , 工業(yè)品 , 江蘇農(nóng)藥集團(tuán) ; 甲苯二異氰酸酯 (TDI -80 Π 20) , 工業(yè)品 ,Bayer 公司 ; 紫外線吸收劑 (UV -327) , 工業(yè)品 , 天津天大化工公司 ; 催化劑、防老劑、填料等均為市售工業(yè)品。

1 . 2 　制備工藝

1. 2. 1 A 組分的制備在裝有攪拌器、控溫儀、真空接口的三口燒瓶中 ,

加入定量的聚醚多元醇 , 于 100 ～ 120 ℃ , -0 . 098 MPa 下脫水至無(wú)氣泡 , 然后降溫至 80 ℃ 以下 , 加入計(jì)量的二異氰酸酯 , 在 80 ± 2 ℃ 的條件下反應(yīng) 1 . 5 ～ 2 h , 然后脫氣至無(wú)氣泡 , 得 A 組分。

1. 2. 2 B 組分的制備將一定配比的聚醚多元醇、擴(kuò)鏈劑、填料均勻混合并研磨 , 然后在 100 ～ 120 ℃ , -0 . 098 MPa 下脫水至無(wú)氣泡 , 得 B 組分。

1. 2. 3 　試片的制備稱取一定量的 A 、 B 組分 , 在室溫下混合均勻 , 倒入模具中 , 在室溫下放置一周后進(jìn)行性能測(cè)試。

1 . 3 　測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及方法

1. 3. 1 　常規(guī)物理性能測(cè)試

硬度 : GB Π T 531 — 1999 ; 拉伸強(qiáng)度 : GB Π T 528 — 1998 ; 扯斷伸長(zhǎng)率 : GB Π T 528 — 1998 。

1. 3. 2 　耐水性及耐光老化性能測(cè)試

耐水性的測(cè)試 : 室溫下將裁好的試樣浸泡于密封的盛滿水的玻璃容器中 , 浸泡一段時(shí)間后進(jìn)行性能測(cè)試 , 測(cè)試方法同常規(guī)物理性能測(cè)試。

耐日光老化性 : 將裁好的試樣均勻排列在木板上 , 置于室外陽(yáng)光下照射 , 實(shí)驗(yàn)時(shí)間 6 ～ 8 月份。

2 　結(jié)果與討論

2 . 1 A 組分中游離 — NCO 對(duì)物理機(jī)械性能的影響

制備聚氨酯涂料時(shí) , 在保證機(jī)械性能的同時(shí) , 工藝性能也十分重要。利用半預(yù)聚物法合成游離

— NCO 含量較高的預(yù)聚物 , 可減少 A 、 B 組分之間的混合比例 , 使二者比例接近 , 粘度接近 , 提高混合效果。實(shí)驗(yàn)中采用相對(duì)分子質(zhì)量為 2 000 的環(huán)氧丙烷聚醚多元醇與 TDI 反應(yīng)合成預(yù)聚物 , 固定 A 、 B 組分混合時(shí)的異氰酸酯指數(shù)為 1 . 1 和其他條件不變 , 改變預(yù)聚物中游離 — NCO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù) , 所得材料的物理機(jī)械性能如表 1 所示。

表 1 　預(yù)聚物中游離 — NCO 含量對(duì)物理機(jī)械性能的影響

　　注 :A 、 B 組分混合時(shí)設(shè)定的 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4 % , 催化劑加入量為 0 . 2 % 。 表 1 結(jié)果表明 , 采用純環(huán)氧丙烷聚醚 ( Tdiol -2000) 合成的聚氨酯彈性體試樣的硬度變化較小 , 而其他性能 , 如拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率隨著預(yù)聚物中 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大先增大 , 后減小 ; 而扯斷永久變形則先減小 , 后增大 , 在 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 9 % ～ 10 % 時(shí)性能較好。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是 : 采用半預(yù)聚物法合成預(yù)聚物 , 隨著 A 組分中 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高 ,A 中聚合的大分子鏈長(zhǎng)度縮短 , 游離 TDI 含量增多 , 當(dāng) A 、 B 組分混合時(shí) ,B 組分中的高活型、小分子量的固化劑會(huì)很快的和 A 中游離的 TDI 反應(yīng) , 降低了 — NCO 基團(tuán)和聚醚多元醇的反應(yīng)程度 , 不能形成理想的分子結(jié)構(gòu)。同時(shí)隨著預(yù)聚物中游離 — NCO 含量的提高 , 固化時(shí)在設(shè)定游離 — NCO 含量不變的情況下 ,B 組分的量逐漸增大 ,B 組分中聚醚多元醇與 MOCA 的量也隨之增大 , 且 A 、 B 比例相差變大 , 從而加劇了體系的不規(guī)整性。而在 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 9 % ～ 10 % 時(shí)性能較好 , 究其原因 , 可能是由于此時(shí)預(yù)聚物的粘度、 A 、 B 比例比較接近 , 混合效果好、反應(yīng)較完全。

2 . 2 A 、 B 組分混合時(shí)游離 — NCO 含量對(duì)彈性體物理機(jī)械性能的影響

　　在預(yù)聚物合成過(guò)程中 , 游離 — NCO 含量的高低對(duì)彈性體的性能影響較大 , 隨著游離 — NCO 含量的提高 , 材料的硬段含量增高 , 分子間作用力增大 , 硬度、拉伸強(qiáng)度增大。以聚醚 Tdiol -2000 與 TDI 采用半預(yù)聚物法制備游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 % 的預(yù)聚物 ,A 、 B 組分混合時(shí)設(shè)定游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 10 % 分別降為 2 % ,3 % ,4 % ,5 % ,6 % , 配制時(shí)的異氰酸酯指數(shù)為 1 . 1 , 測(cè)得聚氨酯彈性體的物理機(jī)械性能如表 2 所示。

表 2 　游離 — NCO 含量對(duì)彈性體物理機(jī)械性能的影響

　　由表 2 可知 , 隨著 A 、 B 組分混合時(shí)游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加 , 聚氨酯彈性體材料的硬度、拉伸強(qiáng)度增大 , 伸長(zhǎng)率、扯斷永久變形減小。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是 , 隨著硬段含量的增加 , 大分子的剛性增大 , 分子間作用力增大 , 分子鏈的運(yùn)動(dòng)受阻 [1 ] , 導(dǎo)致聚氨酯彈性體材料的硬度、拉伸強(qiáng)度增大 , 而伸長(zhǎng)率、扯斷永久變形減小。

2 . 3 A 組分中多元醇的比例對(duì)物理機(jī)械性能的影響

在預(yù)聚物合成過(guò)程中 , 為了改善預(yù)聚物的分子結(jié)構(gòu) , 調(diào)節(jié)交聯(lián)密度 , 采用相對(duì)分子質(zhì)量為 3 000 的聚醚多元醇 3050 與相對(duì)分子質(zhì)量為 2 000 的 Tdiol -2000 混合合成 TDI 預(yù)聚物 , 改變 3050 與 Tdiol -2000 的混合比例 , 所制得的聚氨酯彈性體涂料的物理機(jī)械性能如表 3 所示。

表3 　預(yù)聚物中多元醇的比例不同對(duì)彈性體性能的影響

由表 3 可見(jiàn) , 聚氨酯彈性體材料的拉伸強(qiáng)度隨半預(yù)聚物中 3050/ Tdiol -2000 混合比 ( 質(zhì)量比 ) 的增大而先增大后減小 , 伸長(zhǎng)率則先減小后增大 , 產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是 : 隨著 3050/ Tdiol -2000 混合質(zhì)量比增大 , 三官能度的 3050 用量增加 , 交聯(lián)密度增大 , 分子間作用力增大 , 導(dǎo)致了材料拉伸強(qiáng)度與硬度增大 , 伸長(zhǎng)率、扯斷永久變形逐漸減小。當(dāng) 3050/ Tdiol -2000 混合質(zhì)量比增大到一定程度時(shí) , 分子的聚集密度會(huì)變得很大 , 導(dǎo)致體系粘度增加 , 影響了大分子中軟段和硬段的均勻分布及分子鏈的運(yùn)動(dòng)及取向等 [ 2 ] 。從而使拉伸強(qiáng)度隨半預(yù)聚物中 3050/Tdiol -2000 混合質(zhì)量比的增大先增大后減小 , 伸長(zhǎng)率先減小后增大 , 而硬度逐漸增大 , 扯斷永久變形逐漸減小。

2 . 4 B 組分中聚醚多元醇的質(zhì)量比對(duì)材料物理機(jī)械性能的影響

　　以聚醚多元醇 Tdiol -2000 和 TDI 合成半預(yù)聚物 , 選定 A 、 B 組分配制時(shí)的異氰酸酯指數(shù)為 1 . 1 , 改變 B 組分中聚醚多元醇 3050 與 Tdiol -2000 的比例 , 得彈性體材料的物理機(jī)械性能如表 4 所示。


表 4 B 組分中 3050/ Tdiol -2000 的質(zhì)量比對(duì)材料性能的影響

　　注 :A 組分游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 % , A 、 B 混合時(shí)設(shè)定游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3 % , 催化劑加入量為 0 . 2 % 。 從表 4 可以看出 , 隨著 3050 與 Tdiol -2000 混合比例的增加 , 材料的硬度、拉伸強(qiáng)度都有所增大 , 伸長(zhǎng)率、扯斷永久變形逐漸減小。造成該結(jié)果的原因是 3050 和 Tdiol -2000 分別為三官能度和兩官能度的環(huán)氧丙烷聚醚 , 隨著 3050 加入量的增大 , 材料的交聯(lián)密度不斷增大 , 從而使硬度、拉伸強(qiáng)度增大 , 扯斷永久變形、伸長(zhǎng)率逐漸減小。

2 . 5 　填料加入量對(duì)聚氨酯防水材料力學(xué)性能的影響

為了降低成本 , 材料中加入一定量的填料 , 填料應(yīng)不溶于水 , 通常選用陶土、 CaCO 3 等固體填料 , 試驗(yàn)中以 CaCO 3 為主 , 通過(guò)改變其加入量 , 制得材料的性能如表 5 所示。

表 5 CaCO 3 加入量對(duì)材料性能的影響

　　注 :A 組分由 3050 與 Tdiol -2000 以 0 . 4 質(zhì)量比混合 , 游離 — NCO 含量 ( 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 為 10 % , A 、 B 混合時(shí)設(shè)定游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4 % , 催化劑加入量為 0 . 2 % , 填料加入量以 A 、 B 總量 ( 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 計(jì)。

由表 5 可知 , 隨著填料加入量的增加 , 材料的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率逐漸減小 , 究其原因 , 是因?yàn)?nbsp;CaCO 3 是一種無(wú)機(jī)填料 , 均勻地分散在聚氨酯彈性體中 , CaCO 3 的加入增大了分子之間的距離 , 削弱了分子間氫鍵的作用 ; 而硬度逐漸增加的原因是 CaCO 3 為剛性粒子 , 加入量對(duì)硬度影響明顯 ; 扯斷永久變形隨著填料加入量的增加而增加。

2 . 6 　材料老化性能探討

聚氨酯防水材料作為一種室內(nèi)、外工程材料 , 不僅要有良好的物理機(jī)械性能 , 而且還要有良好的耐水、耐熱、耐紫外線等耐老化性能 , 基于上述原因 , 選擇多元醇時(shí)以聚醚類多元醇為主 , 分別對(duì)材料的耐水、耐日光老化等性能進(jìn)行了研究。

2. 6. 1 　耐水性

將試樣放置在室溫下封閉的水浴中浸泡 , 考察不同浸泡時(shí)間對(duì)材料性能的影響 , 結(jié)果如表 6 所示。

表 6 　浸泡時(shí)間對(duì)材料性能的影響

由表 6 可知 , 隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng) , 材料的拉伸強(qiáng)度、硬度逐漸減小 , 伸長(zhǎng)率、扯斷永久變形逐漸增大 , 但幅度不大。原因是由于聚氨酯彈性體中含有大量的極性基團(tuán) , 容易和水結(jié)合而吸水 , 隨著浸泡時(shí)間

的延長(zhǎng) , 吸水量越來(lái)越多 , 降低了材料分子內(nèi)部氫鍵的作用 ; 同時(shí)水的存在還會(huì)使部分基團(tuán)發(fā)生水解 , 從而產(chǎn)生了上述結(jié)果。

2. 6. 2 　耐日光老化性

由于聚氨酯防水材料主要用于室內(nèi)、外涂裝 , 在室外紫外線的長(zhǎng)期作用下會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象 , 通常要加入紫外線吸收劑來(lái)提高材料抵抗紫外線的能力 , 在同樣的光線照射下 , 通過(guò)改變紫外線吸收劑的加入量 , 及加入量相同但照射時(shí)間不同對(duì)材料性能的影響如表 7 、 8 所示。

表 7 　紫外線吸收劑加入量對(duì)材料性能的影響

　　注 :A 組分由 3050 與 Tdiol -2000 以 0 . 4 質(zhì)量比混合 , 游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 % ,A 、 B 混合時(shí)設(shè)定游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5 . 5 % , 紫外線吸收劑加入量以 A 、 B 混合時(shí)總質(zhì)量的百分比計(jì)。

表 8 　不同照射時(shí)間對(duì)材料性能的影響

　　注 : 1) A 組分由 3050 與 Tdiol -2000 以 0 . 4 質(zhì)量比混合 , 游離— NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10 % ,A 、 B 混合時(shí)設(shè)定游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4 % , 紫外線吸收劑加入量為 A 、 B 混合時(shí)總量的 0 . 3 % 。 2) 標(biāo) # 為未加紫外線吸收劑試樣。

由表 7 可知 , 隨著紫外線吸收劑加入量的提高 , 材料的硬度變化不大 , 而拉伸強(qiáng)度有所提高 , 伸長(zhǎng)率和扯斷永久變形均有所下降 , 即紫外線吸收劑的加入對(duì)材料的耐老化性能有所提高。由表 8 可知 , 在紫外線吸收劑加入量相同的情況下 , 隨著照射時(shí)間的延長(zhǎng) , 材料的性能均有下降 , 但與未加紫外線吸收劑的試樣相比 , 下降較小。日光中紫外線的波長(zhǎng)一般在 290 ～ 400 nm 之間 , 無(wú)紫外線吸收劑時(shí) , 長(zhǎng)時(shí)間的紫外線照射會(huì)使聚氨酯分子斷鏈 , 造成性能下降 , 加入紫外線吸收劑 UV -327 后 , 大部分紫外線能量被其吸收 , 轉(zhuǎn)化成一種振動(dòng)能 , 而不對(duì)聚氨酯的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害 [3 ] , 但由于 UV -327 價(jià)格較高 , 加入量大時(shí)會(huì)使材料造價(jià)增加 , 因此在保證性能的情況下 , 加入量應(yīng)盡量少 ,0 . 3 % 左右即可。

2 . 7 　催化劑加入量對(duì)操作時(shí)間的影響

本試驗(yàn)主要采用有機(jī)錫類催化劑 , 催化劑的加入量不僅對(duì)材料的力學(xué)性能有一定的影響 , 而且影響到材料的工藝性能 , 加入量多 , 固化快 , 可操作時(shí)間短 , 不利于材料的流平 ; 加入量少 , 固化慢 , 操作時(shí)間長(zhǎng) , 雖有利于流平 , 但生產(chǎn)周期長(zhǎng) , 效率低。通過(guò)改變催化劑的加入量所得的材料的流平時(shí)間、凝膠時(shí)間、不粘時(shí)間如表 9 所示。

表 9 　催化劑加入量對(duì)操作時(shí)間的影響

　　注 : 混合溫度均為室溫 , 催化劑加入量以 A 、 B 混合時(shí)總量的質(zhì)量百分比計(jì)。 由表 9 可知 , 催化劑加入量為 0 . 2 % ～ 0 . 3 % 時(shí) , 操作時(shí)間較為合適。

3 　結(jié)　語(yǔ)

① 以聚醚 3050 和 Tdiol -2000 合成半預(yù)聚物時(shí) , A 組分游離 — NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 9 % ～ 10 % 、 3050/ Tdiol -2000 質(zhì)量比為 0 . 6 、填料加入量為 20 % ～ 30 % 時(shí) , 材料的綜合性能較好。

② 紫外線吸收劑加入量為 0 . 3 % 左右時(shí) , 材料耐日光老化性能較好。

③ 催化劑加入量為 0 . 2 % ～ 0 . 3 % 時(shí) , 材料的工藝性能較好。

④ 在 B 組分中可加入顏料 , 制得彩色涂料。