摘要 : 阐述了在水固化聚氨酯防水涂料中对水和催化剂等用量的研究 , 并讨论了影响涂膜力学性能的各种因素 , 确定了合理的施工配比 , 对涂料的实际应用具有很好的指导意义。

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 . 5 h, 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 J C/ 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 J C/ 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见表 5 。

表 5 　催干剂对涂膜力学性能的影响 
 

　注 : 涂膜干燥时间为 25d , 涂层为一次成膜。

　　从表 5 可见 , 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。