王宏偉，朱浩鵬，趙 麗，李運(yùn)成

吉林建筑大學(xué) 建筑節(jié)能技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室,長春 130118

0 引言

聚氨酯防水涂料(簡稱PU防水涂料)是以含異氰酸酯基的聚氨酯預(yù)聚體和含有多羥基或氨基的固化劑為主要原料,配以其它助劑制備的一種反應(yīng)性涂膜防水涂料[1].聚氨酯防水涂料因其優(yōu)異的物理性能和獨(dú)特的防水性能,現(xiàn)已成為建筑防水應(yīng)用領(lǐng)域中一種重要的建筑材料[2-3].聚氨酯防水涂料涂膜強(qiáng)度高、延伸性好、耐腐蝕,所以在國內(nèi)外建筑防水行業(yè)中已得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用[4-5].

聚氨酯防水涂料在使用過程中會(huì)受到基層變形、溫度、濕度等因素影響[6],如果涂料的拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長率達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，那么涂膜就會(huì)發(fā)生斷裂和滲漏.本文研究了異氰酸酯基的含量、異氰酸酯基的加入方式、聚醚二元醇和聚醚多元醇的比例以及鄰苯二甲酸二丁酯的含量對涂料拉伸性能的影響.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

聚醚二元醇D2000,淄博德信聯(lián)邦化學(xué)工業(yè)有限公司;聚醚多元醇330 N,淄博德信聯(lián)邦化學(xué)工業(yè)有限公司;二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI),煙臺(tái)萬華化工集團(tuán);4,4'-二氨基-3,3'-二氯二苯甲烷(MOCA),蘇州鼎泰化工有限公司;鄰苯二甲酸二丁酯,濟(jì)南林?；び邢薰?重鈣(CaCO3),上海諾成藥業(yè)股份有限公司;滑石粉,上海誠致化工制品有限公司;辛酸亞錫,安徽省沃土化工有限公司;乙酸乙酯,濟(jì)南林?；び邢薰?以上原料均為工業(yè)級.

真空干燥箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;智能磁力攪拌器,西安太康生物科技有限公司;微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī),深圳市蘭博三思材料檢測有限公司.

1.2 制備過程

A組份：將聚醚多元醇置于裝有電動(dòng)攪拌、溫度計(jì)的四口燒瓶中,攪拌并升溫至110 ℃,減壓至-0.09 MPa脫水1 h[7],降溫出料,分步加入MDI,控溫至80℃左右,反應(yīng)2 h～3 h后,取料并密封保存.

B組份：將MOCA、滑石粉放入燒瓶中,然后放置在真空干燥箱中升溫至110 ℃脫水2 h,降溫出料,加入鄰苯二甲酸二丁酯、重鈣等各種助劑,放置在智能磁力攪拌裝置中攪拌均勻即可出料.

將A,B組份按照一定比例混合攪拌均勻,涂刷成膜,涂膜厚度為(2.0±0.2)mm,在溫度為(23±2)℃、相對濕度為(50±10)%標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7 d[8].

1.3 聚氨酯防水涂料性能測試

聚氨酯防水涂料的性能測試依照GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行測試[9].

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 預(yù)聚體中NCO含量對涂料性能的影響

由圖1，圖2可知,隨著NCO含量的增加,拉伸強(qiáng)度不斷增加,而斷裂伸長率卻呈下降趨勢.這是由于異氰酸酯基的加入量變大,預(yù)聚體中苯環(huán)等剛性鏈段增加,極性基團(tuán)增多,容易形成氫鍵,加之涂膜后交聯(lián)密度增大,所以拉伸強(qiáng)度增加.但是,隨著NCO含量的增加，預(yù)聚體的分子鏈長度相對縮短,分子量減小，拉伸形變量降低,加之成膜后剛性鏈段的增加也導(dǎo)致分子鏈的運(yùn)動(dòng)受阻,導(dǎo)致涂膜斷裂伸長率降低.綜合比較,當(dāng)異氰酸酯基的含量為4.5 %時(shí),所得涂料的性能較為良好.

圖1 NCO含量對斷裂伸長率的影響

圖2 NCO含量對拉伸強(qiáng)度的影響

2.2 異氰酸酯基的加入方式對涂料性能的影響

保持其它條件不變的情況下,在合成A組份的時(shí)候分別選擇一次添加和二次添加異氰酸酯基,影響結(jié)果見表1.

表1 異氰酸酯基的加入方式對性能的影響

從表1可以看出,分二次添加異氰酸酯基的方式得到的涂膜性能優(yōu)于一次添加異氰酸酯基,這是因?yàn)榈谝淮渭覯DI能提供長鏈,第二次加MDI能提供剛性,致使涂膜性能提高,因此,選擇二次添加異氰酸酯基的方式.

2.3 聚醚二元醇與聚醚多元醇的比例對涂料性能的影響

在預(yù)聚體中異氰酸酯基含量不變的前提下,在制備A組份時(shí)改變預(yù)聚體中聚醚二元醇D2000與聚醚多元醇330N的比例,并考察了聚醚二元醇D2000與聚醚多元醇330 N的比例對涂膜性能的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3，圖4所示.

圖3 n(D 2000)∶n(330 N)對斷裂伸長率的影響

圖4 n(D 2000)∶n(330 N)對拉伸強(qiáng)度的影響

由圖3，圖4可知,隨著聚醚二元醇的比例增加,涂膜的拉伸強(qiáng)度呈降低趨勢,而斷裂伸長率呈增高趨勢.當(dāng)聚醚二元醇與聚醚多元醇的比例較小時(shí),預(yù)聚物中生成大量的支化點(diǎn),經(jīng)固化劑進(jìn)一步交聯(lián)固化成膜后的漆膜的交聯(lián)密度大,拉伸性能強(qiáng),但是涂膜比較脆,容易斷裂.隨著聚醚二元醇與聚醚多元醇的比例增加,涂膜交聯(lián)密度降低,柔性增強(qiáng),斷裂伸長率變大,拉伸強(qiáng)度降低.當(dāng)聚醚二元醇與聚醚多元醇比例為1.0～1.5之間時(shí),所得涂料的性能較好.

2.4 鄰苯二甲酸二丁酯含量對涂料性能的影響

增塑劑可以改善樹脂涂料的加工性能和涂膜的使用性能.鄰苯二甲酸二丁酯是常用的增塑劑,在聚氨酯防水涂料的制備過程中起著重要的作用,從圖5可以看出,隨著鄰苯二甲酸二丁酯用量的增加,聚氨酯涂膜的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,斷裂伸長率隨著鄰苯二甲酸二丁酯用量的增加而增加,但當(dāng)鄰苯二甲酸二丁酯用量超過9 %時(shí),斷裂伸長率增加的趨勢減緩(如圖6所示).

圖5 鄰苯二甲酸二丁酯含量對斷裂伸長率的影響

圖6 鄰苯二甲酸二丁酯含量對拉伸強(qiáng)度的影響

在聚氨酯涂料中當(dāng)鄰苯二甲酸二丁酯的含量較少時(shí),鄰苯二甲酸二丁酯比較容易進(jìn)入高分子物質(zhì)中,使軟鏈段更易自由運(yùn)動(dòng),而苯環(huán)類硬段自由運(yùn)動(dòng)不易.但當(dāng)鄰苯二甲酸二丁酯含量過多時(shí),鄰苯二甲酸二丁酯就可以潤滑苯環(huán)類的硬鏈段,從而使得拉伸強(qiáng)度降低,斷裂伸長率增大.綜上,鄰苯二甲酸二丁酯的用量在7.0 %～9.0 %之間時(shí)涂料性能最優(yōu).

2.5 制得的聚氨酯防水涂料的性能

當(dāng)采用分次加入異氰酸酯基的方式,預(yù)聚體中異氰酸酯基的含量為4.5 %、聚醚二元醇與聚醚多元醇的比例為1.5、鄰苯二甲酸二丁酯的含量為9.0 %時(shí)，制得的聚氨酯防水涂料的性能檢測結(jié)果見表2.

表2 聚氨酯防水涂料性能的檢測結(jié)果

3 結(jié)論

(1)研究表明,在聚氨酯防水涂料研制過程中,預(yù)聚體中異氰酸酯基含量、異氰酸酯基的加入方式、聚醚多元醇的比例、鄰苯二甲酸二丁酯的含量對聚氨酯防水涂料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率有重要影響.

(2)試驗(yàn)結(jié)果表明，采用分次加入異氰酸酯基的方式,當(dāng)預(yù)聚體中異氰酸酯基的含量為4.5 %、聚醚二元醇與聚醚多元醇的比例在為1.5、鄰苯二甲酸二丁酯的含量為9.0 %時(shí),得到的聚氨酯防水涂料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率性能比較優(yōu)異，所得到的聚氨酯防水涂料斷裂伸長率為590 %，拉伸強(qiáng)度為3.00 MPa.