0 　引　言

聚氨酯防水涂料是 20 世纪 60 年代在欧美及日本发展起来的一种新型高分子防水材料 , 由于其克服了传统沥青防水涂料和防水卷材的不足 , 具有整体防水效果优异、性能稳定可靠、施工维修方便、易于调节比例、适用于建筑物不同部位的防水防潮以及土木工程中的堵漏等诸多优点而备受重视 , 主要用于建筑物的地下室、屋面、沟池、厕浴间的防水、防渗及化工厂地面和管道的防腐 , 也可用于人造草坪及弹性地面的防水等。

随着我国国民经济实力的增长及建筑工业的快速发展 , 聚氨酯系列防水涂料在建筑防水中的重要作用 , 已越来越引起社会及有关部门的普遍关注。然而 , 我国聚氨酯防水涂料长期以来以焦油型为主 , 常用的固化剂 MOCA 属于可疑致癌物 ; 除此之外 , 聚氨酯防水涂料中多含有苯类溶剂 , 环境污染严重。本实验研制了一种新型聚氨酯防水涂料 , 该产品以水为固化剂 , 克服了单组分湿固化聚氨酯防水涂料的固化速度受空气湿度的影响 , 并且不含任何有机溶剂 , 无任何刺激性气味。本文讨论了 N220/ N3050 质量比、 NCO 质量分数、固化剂含量、甲乙两组分质量比对其力学性能的影响。

1 　实验部分

1. 1 　主要原材料

聚醚二元醇 (N220) : M n = 2 000 , 山东东大化工 ( 集团 ) 公司 ; 聚醚三元醇 (N3050) : M n = 3 000 , 山东东大化工 ( 集团 ) 公司 ; 甲苯 -2 , 4 - 二异氰酸酯 (TD I) : 化学纯 , 沧州大化 TD I 有限公司 ; 软化剂 : 各石化公司 ; 其他助剂 : 市售。

1. 2 　生产工艺

1. 3 　性能检验

1. 3. 1 NCO 含量的测定

取适量的试样于 250 mL 磨口锥形瓶中 , 加 75 mL 无水甲苯 , 旋摇使试样完全溶解 ; 用移液管加入 25 mL 浓度为 0 . 1 mol/ L 的二正丁胺甲苯溶液 , 再旋摇 20 ～ 30 min , 并加 50 mL 异丙醇和 2 ～ 4 滴溴酚蓝指示液 , 用 0 . 1 mol/ L 盐酸标准溶液滴定至蓝色变成黄色 ,15 s 内不变色为滴定终点。同时做空白实验。

异氰酸酯基的含量由下式计算 :

NCO % = [ ( V 1 - V 2 ) × c × 0 . 0420/ m ] × 100 %

式中 V 1 、 V 2 — 分别为空白实验和试样消耗盐酸 标准溶液的体积 ,mL ; c — 盐酸标准溶液的浓度 ,mol/ L ; m — 试样的质量 ,g 。

1. 3. 2 　力学性能的检测

力学性能按 GB/ T 19250 — 2003 的《聚氨酯防水涂料》的检验标准执行。

2 　结果与讨论

2. 1 　聚醚多元醇质量比对涂膜性能的影响

当预聚物中 NCO 质量分数为 4 . 4 % 时 , 聚醚多元醇 N220 和 N3050 的质量比对涂膜的力学性能的影响如图 1 、图 2 所示。

图 1 N220/ N3050 质量比对拉伸强度和断裂伸长率的影响

　　从图 1 和图 2 可看出 , 随着 N220/ N3050 质量比的增加 , 拉伸强度和撕裂强度降低 , 而断裂伸长率增加。这是因 N220/ N3050 的质量比增加时 , 聚醚三元醇的质量分数降低 , 聚氨酯分子链交联度降低 , 其拉伸强度和撕裂强度降低 , 而断裂伸长率却相应增加。

图 2 N220/ N3050 质量比对撒裂强度的影响

2. 2 NCO 含量对涂膜性能的影响

当 N220/ N3050 质量比为 1 时 , 预聚物中 NCO 含量对涂膜的力学性能的影响如图 3 、图 4 所示。

图 3 NCO 含量对拉伸强度和断裂伸长率的影响

图 4 NCO 含量对撕裂强度的影响 　　

从图 3 、图 4 中可以看出 , 随着 NCO 含量的增加 , 拉伸强度和撕裂强度同时增加 , 而断裂伸长率先增加后降低。主要由于 NCO 含量增加时 , 聚氨酯分子链中的氨酯键和脲键增多 , 从而增强了聚氨酯分子

链中氢键强度和化学键作用力 , 涂膜的拉伸强度和撕裂强度也相应增加 ; 但涂膜的硬度增大、柔韧性降低 , 断裂伸长率有所下降。

2. 3 　水分含量对涂膜性能的影响

水分含量对聚氨酯防水涂料的力学性能的影响如图 5 、图 6 所示。

图 5 　水分含量对涂膜拉伸强度和断裂伸长率的影响

图 6 　水分含量对涂膜撕裂强度的影响

　　从图 5 、图 6 中可以看出 , 水分含量较低时 , 涂膜的固化速度较慢、力学性能较低 , 这主要是由于涂膜固化交联度不够 ; 随着水分含量的增加 , 力学性能相应提高 ; 当水分含量为 2 % 时 , 拉伸强度最大 ; 随着水分含量的继续增加 , 固化剂用量过多 , 力学性能反而有所下降。由此可以看出 : 水分不能过多 , 也不能过少 , 其用量有一个最佳范围 , 一般以 2 % 左右为宜。

2. 4 　甲乙两组分质量比对涂膜性能的影响

甲乙两组分质量比对涂膜力学性能的影响如图 7 、图 8 所示。　　从图 7 、图 8 中可以看出 , 随着甲组分质量分数 的增加 , 涂膜的力学性能相应增加 , 主要由于涂膜中聚氨酯预聚物是决定涂膜性能的主要因素。但在甲乙两组分质量比增至 2/ 3 后 , 涂膜的力学性能增加的幅度不大 ; 而且随着甲组分质量分数的增加 , 涂膜的成本也相应增加。因此从成本和性能方面综合考虑 , 甲乙两组分的质量比应在 1/ 2 ～ 2/ 3 之间为好。

图 7 　甲乙两组分质量比对涂膜拉伸强度和断裂伸长率的影响

图 8 　甲乙两组分质量比对涂膜撕裂强度的影响

3 　结　论

(1) N220/ N3050 质量比增加 , 预聚体的交联度降低 , 拉伸强度和撕裂强度降低 , 而断裂伸长率增加 ;

(2) NCO 含量增加 , 聚氨酯分子链中氢键强度和化学键作用力增强 , 拉伸强度和撕裂强度同时增加 , 而断裂伸长率降低 ;

(3) 水作为固化剂不能过低 , 也不能过高 , 一般以 2 % 左右为宜 ;

(4) 甲乙两组分的质量比不能过高也不能过低 , 甲组分质量分数过高 , 其成本相应增加 ; 甲组分质量分数过低 , 涂膜的力学性能不好 ; 从成本和性能方面综合考虑 , 甲乙两组分质量比应在 1/ 2 ～ 2/ 3 之间为好。