李永鑫

（中路高科交通檢測檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司，北京100088）

聚氨酯（PU）防水涂料是一種最新的高分子防水涂料，它具有涂膜防水層無接縫、體積收縮小、黏結(jié)性好、抗拉強(qiáng)度高、延伸性與彈性較好的優(yōu)點(diǎn)，并且其組份比例容易調(diào)節(jié)、維修施工十分方便、對基層裂縫伸縮性的變形有很強(qiáng)的適應(yīng)性，因此廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域的堵漏防水工程[1]。我國現(xiàn)在的高鐵發(fā)展較快，其中橋梁在高鐵專線中的占比較大。因此把防水層設(shè)置在橋梁混凝土橋面，能夠較好地阻止水滲入到橋面結(jié)構(gòu)中，減少鋼筋出現(xiàn)生銹，混凝土出現(xiàn)老化的情況，提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。為了提升高鐵的運(yùn)行壽命與安全，我國對黏接卷材的聚氨酯涂料的斷裂伸長率≥450%，拉伸強(qiáng)度≥3.5MPa；使用在防水層中的聚氨酯防水涂料的斷裂伸長率≥450%，拉伸強(qiáng)度≥6.0MPa。但是通常的防水層都需要聚氨酯防水涂料的拉伸強(qiáng)度要大于2.45MPa[2]。

1 研究內(nèi)容

1.1 制備工藝

A 組分：根據(jù)配方在三口燒瓶中計(jì)量加入聚醚多元醇，開啟攪拌，溫度升高至110～120℃，-0.1MPa 下真空脫水1.5～2h，降溫至60℃以下，分批添加TDI，再次升溫至75～80℃反應(yīng)2～3h。待到反應(yīng)完全進(jìn)行后，降低溫度并予以30min 真空脫泡，出料，即可獲得聚氨酯預(yù)聚體，通常稱其為A 組分。

B 組分：將粉狀填料、氯化石蠟、MOCA 加入三口燒瓶中，開啟攪拌，溫度升高至110～120℃，-0.1MPa 下真空脫水1h。降溫至80℃以下，保持?jǐn)嚢杓尤胂輨┡c辛酸亞錫，降溫出料，就可以獲得固化劑B 組分。

1.2 力學(xué)性能測試

根據(jù)我國的《聚氨酯防水涂料》標(biāo)準(zhǔn)，把A、B 兩組分根據(jù)比例進(jìn)行混合，分2～3 次完成涂膜，得到厚度為（2±0.1）mm 的涂膜。涂膜在常規(guī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中養(yǎng)護(hù)168h（濕度（50±5）%，溫度（23±2）℃）后進(jìn)行力學(xué)性能測試。

2 研究結(jié)果

2.1 預(yù)聚體內(nèi)聚醚比例對涂膜性能的作用

方法：在研究內(nèi)確保B 組分配方與-NCO 的含量保持一致，只變化預(yù)聚體內(nèi)各聚醚間的質(zhì)量比。通過實(shí)驗(yàn)可知，隨著合成預(yù)聚體的三官能度聚醚質(zhì)量的提升，也使得涂膜的撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度提升，但斷裂伸長率卻為減弱的趨勢。同時(shí)，在預(yù)聚體中二官能度聚醚的相對分子質(zhì)量的提升也會(huì)使得涂膜的斷裂伸長率變大。綜上，在設(shè)計(jì)預(yù)聚體配方時(shí)，三官能團(tuán)聚醚與兩官能團(tuán)聚醚的比例為1∶2 時(shí)，涂膜的性能優(yōu)異。

2.2 -NCO 對涂膜性能的作用

方法：在研究的過程中，確保B 組分不會(huì)出現(xiàn)改變，分析A 組分內(nèi)-NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對聚氨酯防水涂料總體水平的影響。通過研究顯示，由于-NCO 含量的提升，會(huì)使得涂料的斷裂伸長率慢慢減弱，而撕裂強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度卻逐步提升。其原因?yàn)?，隨著-NCO 含量的提升，會(huì)出現(xiàn)更多的剛性鏈段，過多的剛性鏈段會(huì)使得涂料的伸長率減弱，總體性能下降。相反地，如果-NCO 含量減少，那么就會(huì)出現(xiàn)更多的柔性鏈段，過量的柔性鏈段會(huì)使得拉伸強(qiáng)度減弱。所以，能夠按照多種設(shè)計(jì)需求來挑選適宜的-NCO 含量。所以，在研究中使用的-NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好保持在約7%的設(shè)計(jì)值。

2.3 B 組分變化對涂膜性能的作用

方法:在研究時(shí)確保A、B 中的多個(gè)成分質(zhì)量相同，且只調(diào)整B 組分中的聚醚種類。通過研究能夠發(fā)現(xiàn)，隨著B 組分中兩官能團(tuán)聚醚相對分子質(zhì)量的提升，撕裂強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度沒有明顯的改變，而斷裂伸長率逐步變大。相比之下，三官能團(tuán)聚醚所得到涂料其斷裂伸長率減弱，撕裂強(qiáng)度與拉伸能力更佳。通過研究了解到，自制的高相對分子質(zhì)量聚醚多種性能十分優(yōu)越。其原因是由于自制的聚醚羥值約22，相對分子質(zhì)量較大。且在設(shè)計(jì)分子的過程中，首選雙金屬催化劑，通過這種方式獲得的聚醚相對分子質(zhì)量分布較窄，獲得的產(chǎn)品總體性能更好[3]。

2.4 填料的添加量和種類對涂膜性能的作用

添加固體填料能夠優(yōu)化涂膜性能、降低產(chǎn)品的成本。大多數(shù)情況下固體顆粒的粒徑要小，大約為800 目。通常使用的調(diào)料有滑石粉、絹云母粉、輕質(zhì)碳酸鈣等。本次研究挑選絹云母粉和輕質(zhì)碳酸鈣作為填料。在研究時(shí)，保持配方的統(tǒng)一，只是變化填料的添加量與類型，分析其對涂膜性能的作用。詳細(xì)資料詳見表1。

通過表1 能夠發(fā)現(xiàn)，隨著填料的加入量越來越多，撕裂強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)為增加的趨勢，其原因是在低含量的范圍中，粉狀填料的效果是填充，解決涂膜的問題，使得膜片變得更為致密，所以撕裂強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度就慢慢變大。但由于添加量的逐步提升，聚氨酯分子鏈內(nèi)加入了大量的填料，破壞了分子鏈的規(guī)整性，因此拉伸強(qiáng)度也表現(xiàn)為了減弱的趨勢。相比于云母粉與輕質(zhì)碳酸鈣，如果防水涂料是使用后者作為填料，那么其撕裂強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度都與使用云母粉作為填料的防水涂料相當(dāng)，但是斷裂伸長率要小得多。其原因是由于云母粉擁有明顯的層狀硫酸鹽結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為細(xì)小鱗片狀，能夠使得材料的層間滑動(dòng)變得更佳。通過研究能夠得出，添加的填料保持在約30%是最合理的。

表1 填料添加量與類型對涂膜性能的作用

3 結(jié)語

本研究采用MOCA、TDI、聚醚多元醇來制備性能較高的高鐵專線專用聚氨酯防水涂料。分析了填料的添加量與填料種類、B 組分中聚醚種類、預(yù)聚體中的聚醚占比、-NCO 含量等對涂膜性能的作用。通過研究顯示，在設(shè)計(jì)預(yù)聚體配方的過程中，兩官能團(tuán)聚醚與三官能團(tuán)聚醚的比例為2∶1，且-NCO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持在約7%時(shí)的涂膜效果更佳。通過研究還了解到，自制的聚醚因?yàn)榉植驾^窄且相對分子質(zhì)量較高，因此多項(xiàng)性能十分優(yōu)越，且確保填料的添加量在約30%時(shí)是最為合理的。