我國目前在防水施工中,實際應用的聚氨酯防水涂料主要包括焦油型和非焦油型兩種。焦油型、石油瀝青聚氨酯等成分復雜,含有大量的蒽、萘、酚類等易揮發物質,嚴重污染環境和危害人體健康,隨著人們環保意識的增強和科技的進步,焦油型聚氨酯防水涂料的應用日益受到限制,國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、無溶劑環保型的高檔合成高分子防水涂料,與傳統的焦油型、石油瀝青聚氨酯防水涂料相比,有著無溶劑揮發、無毒、無味、施工無污染、固化迅速等優點,符合生態發展和環境保護的要求[2],在施工配漆時以水為固化劑,這與其他單或雙組分聚氨酯防水涂料明顯不同,體現出聚氨酯防水涂料研制開發的新思路、新工藝,具有廣闊的市場前景。
2水固化聚氨酯防水涂料的制備[3]
2.1主要原料
聚醚多元醇,工業牌號:TDIOL-2000和TEP-330N;甲苯二異氰酸酯(TDI);鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP);二丁基二月桂酸錫(T-12);一縮二乙二醇(二甘醇);消泡劑;脫水劑;抗氧劑;填料等,工業品。
2.2預聚體的合成
先將聚醚多元醇(TDIOL-2000和TEP-330N)在(110～120)℃、-0.095MPa下減壓脫水(40～60)min,使之含水率≤0.05%,備用。在密閉容器中分別加入TDIOL-2000、TDI和TEP-330N,比例為9∶2.5∶1,在(90～95)℃、攪拌速度為400r/min條件下反應3h左右。其間要多次抽樣檢測聚合物的—NCO含量,并根據其含量加入適量的一縮二乙二醇和補充適量的TDI,當預聚體的— NCO質量分為5.40%～5.50%時,即可停止反應。
2.3涂料的制備
在高速攪拌下加入增塑劑DINP、填料(顏料)、脫水劑,分散均勻后備用。把已合成好的預聚體升溫到95℃,并在高速攪拌下加入分散好的色漿、消泡劑、抗氧化劑,保溫攪拌1.5h,冷卻降溫至50℃,加入適量的催干劑二丁基二月桂酸錫(T-12),分散均勻即可出料。
2.4性能指標[4]
水固化聚氨酯防水涂料性能指標見表1。
從表1顯示,涂料的各項性能指標均達到或優于我國建材行業標準JC/T500-92《聚氨酯防水涂料》規定的指標。
3應用性能研究
3.1固化機理
水固化型聚氨酯防水涂料是在合成時調節異氰酸指數R在1.2～1.8,利用擴鏈反應制取兩端帶有—NCO基團且分子量足夠大的預聚體,由此預聚體再混入一些助劑和填料等即成涂料。這種涂料在使用時,先加入一定量的水混合均勻,利用預聚體所含有的—NCO基團與水分反應生成脲鍵而固化成膜,見式 (1)。
同時為了加快涂膜的固化速度,降低外界濕度與溫度的影響,往往在制備時加入一定量的催干劑[5]。
3.2加水比例的確定
水作為水固化型聚氨酯防水涂料的固化劑,其加入比例嚴重影響著涂膜的力學性能和涂料混合后的膠凝時間。從表2顯示,隨著加水比例的增大,水固化聚氨酯防水涂料涂膜的最大應力、斷裂延伸率和最大應力伸長率都隨之增加。但是當加水比例大于100∶30時,涂膜開始明顯收縮,加水比例越大,收縮越厲害,嚴重影響聚氨酯防水涂料固化后的涂層性能,容易導致涂層銜接處發生斷裂。水的添加量與涂膜干燥時間的關系見表3。
從表3顯示,當加水比例不小于100∶30時,涂膜的表干時間才能滿足JC/T500-92規定的國家標準。由表2和表3可見,只有當加水比例在100∶30左右時,水固化聚氨酯防水涂料才符合施工要求及最優的力學性能。
注:所有樣片的涂膜干燥25d,涂層為一次成膜。
注:催干劑T-12的添加量為0105%,測定條件為:溫度23℃,濕度55%。
3.3催干劑T-12的影響
水固化型聚氨酯防水涂料與其它雙組分聚氨酯涂料相比,缺點是其固化速度較慢,對環境溫度和濕度比較敏感,不利于施工。為了提高防水涂料的固化速度,降低外界濕度與溫度的影響,通常需要在涂料中加入一定量的催干劑,其作用在于降低—NCO和—OH反應活化能,加速涂料交聯反應的進行,提高涂膜的交聯密度,從而提高涂膜的化學穩定性和耐化學腐蝕、耐水的性能。催干劑分為反應性催干劑和非反應性催干劑。由于反應性催干劑參與涂膜交聯固化反應,只能施工時添加,造成實際應用的不便,故在涂料中一般使用非反應性催干劑[6]。配方中選用的催干劑為非反應性的二丁基二月桂酸錫(T-12)。 注:加水比例為100∶30。
為了便于施工,工程上一般要求水固化型聚氨間即施工適應期隨之縮短。當T-12的添加量在酯防水涂料的施工適應期在30min左右。從表4可 0.04%～0.05%時,涂料的膠凝時間比較理想。催以看出,隨著催干劑T-12的增加,涂料膠凝時干劑對涂膜力學性能的影響。當加水比例小于 100∶20時,無催干劑時的涂膜力學性能明顯優于有催干劑時的力學性能;但當加水比例大于100∶20時,情況卻正好相反。說明當涂料的加水比例為 100∶30時,添加0.05%的催干劑T-12對提高涂膜的力學性能具有明顯的作用。
3.4基面環境的影響
施工時,基層的含水率對涂膜附著力具有重要的影響。一般的聚氨酯防水涂料對基層含水率要求較高,實際施工時往往難以滿足要求。而水固化聚氨酯防水涂料施工時對基層含水率要求不高,與底涂配合,可以在含水率較高(但無明水)的基層上施工應用,具有較廣的適應性。表6為基面環境對涂膜附著力的影響。從表6顯示,當基層干燥(即含水率較低)時,無論是否使用底漆,涂膜的附著力均大于1MPa,符合施工要求;當基層潮濕(含水率較高)時,只有配合使用底漆,涂膜的附著力才能達到要求。而且無論基層含水率的高低,配合使用底漆,涂膜附著性能均優于未使用底漆的涂膜。
注:試驗是以水泥8字模塊作為涂覆基面;潮濕基面試驗是將水泥8字模塊在水中浸泡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。所有模塊涂膜固化時間都為7d。
4結論
(1)以高分子量低不飽和度聚醚多元醇、甲苯二異氰酸酯(TDI)、鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)、二丁基二月桂酸錫(T-12)等為原料研制出了性能優異的水固化聚氨酯防水涂料。涂料以水作為固化劑,不含有任何可揮發性有機溶劑(VOC),固化后無毒無味,可適用于飲用水工程。
(2)施工時,加水比例為100∶30左右,水固化聚氨酯防水涂料涂層的力學性能較優。
(3)催干劑的添加量為0.04%～0.05%時,涂膜的固化速度較理想,且涂層的力學性能也有一定的改善。
(4)施工時,配合使用底漆,可大大提高涂膜的附著力,改善涂層的粘接強度。
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