水固化聚氨酯防水涂料及应用性能的研究
关键词:水固化;聚氨酯防水涂料;力学性能
1前言
我国目前在防水施工中,实际应用的聚氨酯防水涂料主要包括焦油型和非焦油型两种。焦油型、石油沥青聚氨酯等成分复杂,含有大量的蒽、萘、酚类等易挥发物质,严重污染环境和危害人体健康,随着人们环保意识的增强和科技的进步,焦油型聚氨酯防水涂料的应用日益受到限制,国家正提倡采用非焦油型聚氨酯防水涂料和聚醚型聚氨酯防水涂料1。本文研制的水固化聚氨酯防水涂料是聚醚型、无溶剂环保型的高档合成高分子防水涂料,与传统的焦油型、石油沥青聚氨酯防水涂料相比,有着无溶剂挥发、无毒、无味、施工无污染、固化迅速等优点,符合生态发展和环境保护的要求2,在施工配漆时以水为固化剂,这与其他单或双组分聚氨酯防水涂料明显不同,体现出聚氨酯防水涂料研制开发的新思路、新工艺,具有广阔的市场前景。
2水固化聚氨酯防水涂料的制备3
2.1主要原料
聚醚多元醇,工业牌号:TDIOL-2000和TEP-330N;甲苯二异氰酸酯(TDI);邻苯二甲酸二异壬酯(DINP);二丁基二月桂酸锡(T-12);一缩二乙二醇(二甘醇);消泡剂;脱水剂;抗氧剂;填料等,工业品。
2.2预聚体的合成
先将聚醚多元醇(TDIOL-2000和TEP-330N)在(110～120)℃、-0.095MPa下减压脱水(40～60)min,使之含水率≤0.05%,备用。在密闭容器中分别加入TDIOL-2000、TDI和TEP-330N,比例为9∶2.5∶1,在(90～95)℃、搅拌速度为400r/min条件下反应3h左右。其间要多次抽样检测聚合物的—NCO含量,并根据其含量加入适量的一缩二乙二醇和补充适量的TDI,当预聚体的—NCO质量分为5.40%～5.50%时,即可停止反应。
2.3涂料的制备
在高速搅拌下加入增塑剂DINP、填料(颜料)、脱水剂,分散均匀后备用。把已合成好的预聚体升温到95℃,并在高速搅拌下加入分散好的色浆、消泡剂、抗氧化剂,保温搅拌1.5h,冷却降温至50℃,加入适量的催干剂二丁基二月桂酸锡(T-12),分散均匀即可出料。
2.4性能指标4
水固化聚氨酯防水涂料性能指标见表1。
从表1显示,涂料的各项性能指标均达到或优于我国建材行业标准JC/T500-92《聚氨酯防水涂料》规定的指标。
表1水固化聚氨酯防水涂料性能指标
3应用性能研究
3.1固化机理
水固化型聚氨酯防水涂料是在合成时调节异氰酸指数R在1.2～1.8,利用扩链反应制取两端带有—NCO基团且分子量足够大的预聚体,由此预聚体再混入一些助剂和填料等即成涂料。这种涂料在使用时,先加入一定量的水混合均匀,利用预聚体所含有的—NCO基团与水分反应生成脲键而固化成膜,见式(1)。
同时为了加快涂膜的固化速度,降低外界湿度与温度的影响,往往在制备时加入一定量的催干剂5。
3.2加水比例的确定
水的添加量与涂膜力学性能关系见表2。
水作为水固化型聚氨酯防水涂料的固化剂,其加入比例严重影响着涂膜的力学性能和涂料混合后的胶凝时间。从表2显示,随着加水比例的增大,水固化聚氨酯防水涂料涂膜的最大应力、断裂延伸率和最大应力伸长率都随之增加。但是当加水比例大于100∶30时,涂膜开始明显收缩,加水比例越大,收缩越厉害,严重影响聚氨酯防水涂料固化后的涂层性能,容易导致涂层衔接处发生断裂。水的添加量与涂膜干燥时间的关系见表3。
从表3显示,当加水比例不小于100∶30时,涂膜的表干时间才能满足JC/T500-92规定的国家标准。由表2和表3可见,只有当加水比例在100∶30左右时,水固化聚氨酯防水涂料才符合施工要求及最优的力学性能。
表2水的添加量与涂膜力学性能的关系
注:所有样片的涂膜干燥25d,涂层为一次成膜。
表3水的添加量与涂膜表干、实干时间的关系
注:催干剂T-12的添加量为0105%,测定条件为:温度23℃,湿度55%。
3.3催干剂T-12的影响
水固化型聚氨酯防水涂料与其它双组分聚氨酯涂料相比,缺点是其固化速度较慢,对环境温度和湿度比较敏感,不利于施工。为了提高防水涂料的固化速度,降低外界湿度与温度的影响,通常需要在涂料中加入一定量的催干剂,其作用在于降低—NCO和—OH反应活化能,加速涂料交联反应的进行,提高涂膜的交联密度,从而提高涂膜的化学稳定性和耐化学腐蚀、耐水的性能。催干剂分为反应性催干剂和非反应性催干剂。由于反应性催干剂参与涂膜交联固化反应,只能施工时添加,造成实际应用的不便,故在涂料中一般使用非反应性催干剂6。配方中选用的催干剂为非反应性的二丁基二月桂酸锡(T-12)。催干剂用量与涂料凝胶时间关系见表4。
表4催干剂用量与涂料凝胶时间的关系
注:加水比例为100∶30。
为了便于施工,工程上一般要求水固化型聚氨间即施工适应期随之缩短。当T-12的添加量在酯防水涂料的施工适应期在30min左右。从表4可0.04%～0.05%时,涂料的胶凝时间比较理想。催以看出,随着催干剂T-12的增加,涂料胶凝时干剂对涂膜力学性能的影响。当加水比例小于100∶20时,无催干剂时的涂膜力学性能明显优于有催干剂时的力学性能;但当加水比例大于100∶20时,情况却正好相反。说明当涂料的加水比例为100∶30时,添加0.05%的催干剂T-12对提高涂膜的力学性能具有明显的作用。
3.4基面环境的影响
施工时,基层的含水率对涂膜附着力具有重要的影响。一般的聚氨酯防水涂料对基层含水率要求较高,实际施工时往往难以满足要求。而水固化聚氨酯防水涂料施工时对基层含水率要求不高,与底涂配合,可以在含水率较高(但无明水)的基层上施工应用,具有较广的适应性。表6为基面环境对涂膜附着力的影响。从表6显示,当基层干燥(即含水率较低)时,无论是否使用底漆,涂膜的附着力均大于1MPa,符合施工要求;当基层潮湿(含水率较高)时,只有配合使用底漆,涂膜的附着力才能达到要求。而且无论基层含水率的高低,配合使用底漆,涂膜附着性能均优于未使用底漆的涂膜。
表6 基面环境对涂膜附着力的影响
注:试验是以水泥8字模块作为涂覆基面;潮湿基面试验是将水泥8字模块在水中浸泡24h,然后擦干表面的明水,迅速涂底漆或水固化聚氨酯防水涂料。所有模块涂膜固化时间都为7d。
4结论
(1)以高分子量低不饱和度聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯(TDI)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、二丁基二月桂酸锡(T-12)等为原料研制出了性能优异的水固化聚氨酯防水涂料。涂料以水作为固化剂,不含有任何可挥发性有机溶剂(VOC),固化后无毒无味,可适用于饮用水工程。
(2)施工时,加水比例为100∶30左右,水固化聚氨酯防水涂料涂层的力学性能较优。
(3)催干剂的添加量为0.04%～0.05%时,涂膜的固化速度较理想,且涂层的力学性能也有一定的改善。
(4)施工时,配合使用底漆,可大大提高涂膜的附着力,改善涂层的粘接强度。
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