MDI生产环保型聚氦酯防水涂料的影响因素

0 前言
随着社会经济的发展,建筑物、路桥、地铁、隧道等工程对防水产品的要求越来越高。聚氨酯防水涂料具有耐水,耐油、耐化学介质腐蚀、耐高低温等特性,拉伸强度高,延展性好,是目前市场上性能优异的防水产品,基本能满足大部分防水工程的需要。2007年6月14日建设部发布了659号《技术公告》,将聚氨酯防水涂料列为重点推荐的防水材料。
目前国内市场上主要使用甲苯二异氰酸酯( TDI)生产聚氨酯防水涂料,这也是最早在聚氨酯材料中使用的异氰酸酯近年来,由于TDI应用领域广泛,工艺成熟,以及原材料价格上涨,造成TDI价格一路攀升 给聚氨酯防水涂料生产企业带来了极大的生存压力。二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)是继TDI后发展起来的一种极其重要的异氰酸酯,分子量比TDI大,蒸汽压低,产品挥发性较小,没有TDI的强烈刺激性气味,环境污染小,能耗低,对人体毒性相对较小,有利于工业安全防护和工人身体健康,受到聚氨酯行业的欢迎 。

1 实验部分
1.1 主要原料
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI):工业纯,上海巴斯夫聚氨酯有限公司;聚氧化丙烯三醇(聚醚N330),Mn为3000+100,羟值54- 58 mg KOH/g、聚氧化丙烯二醇(聚醚N220),Mn为2000~100,羟值52 -60 mg KOH/g,工业纯,上海高桥石油化工有限公司;聚氧乙烯山梨酐单油酸酯(T一80):化学纯,无锡市民丰试剂厂;邻苯二甲酸二辛酯(DBP):工业纯,南京双润化工有限公司;软化剂DEO:分析纯,无锡市亚盛化工有限公司;茚树脂、滑石粉、氢氧化钙、轻质碳酸钙:工业品。

1.2 聚氨酯防水涂料的制备
在带有高速搅拌机、温度计的三口瓶中加入计量的MDI、聚醚N330和聚醚N220,控制NCO/OH(摩尔)大于1,在75—80℃下反应3 h,降温密封保存,得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚体,即制得A组分。将T一80溶于计量的热水中,加入茚树脂充分乳化,然后加入各种填料充分搅拌,混合均匀,再通过三辊研磨机研磨2- 3遍,即制得B组分。

1.3 力学性能测试
取A、B组分按照l:2的比例混合,在标准实验条件『(23±2)℃,湿度(50±5)%1下成膜养护。在标准实验条件下固化成膜7 d,然后切成标准哑铃型试样,涂膜拉伸强度和断裂伸长率按照GBtr 19250–2003,采用江都市明珠实验机械厂的MZ-20ooC型拉伸试验机进行测试。

2 结果与讨论
2.1 涂膜性能测试结果
本实验室设计的新型聚氨酯防水涂料基本性能见表l。
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聚氨酯防水涂膜拉伸曲线见图1。
本研究设计的MDI型防水涂料方案己经投入生产应用,通过检测,产品各项指标均达到了GB/T 19250–2003要求。由于采用了毒性较小的MDI生产预聚体,并用无污染的水替代MOCA固化,不添加任何溶剂,有利于环境保护和工人健康,属于绿色环保产品。
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2.2 异氰酸酯含量的影响(见表2)
预聚体A组分中异氰酸酯(一NCO)质量分数,是影响聚氨酯防水涂料固化成膜时间的关键因素,其含量对涂膜物理力学性能影响较大,通过预聚体中一NCO的质量分数调整,可以改善聚氨酯防水涂料的力学性能。

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表2结果表明,当组分中一NCO含量过低时,聚氨酯涂膜不能正常固化甚至不固化,造成表面发粘,涂膜内部发脆,延伸率和强度都达不到要求。随着一NCO含量的提高,涂膜固化速度明显提高,涂膜的弹性、柔韧性以及强度都随之提高,但是当一NCO含量过高时,会造成涂膜的弹性和柔韧性降低,以致延伸率有所降低。

2.3 固体、液体填料的影响(见图2)
在聚氨酯防水涂料中使用的填料,主要包括液体填料和固体填料2大类。固体填料除了降低成本还具有一定填充性,可提高涂膜的延展性能,防止渗油。液体填料可以降低涂料的黏度,改善涂料的可施工性。
由图2可以看出,涂膜拉伸强度随固体填料的增加先增大后减少,而断裂伸长率却随着固体填料的增量而减小,液体填料的影响正好与固体填料相反。不过固体填料掺量过高,会导致成膜组分黏度增大,影响施工性,液体填料掺量过高却会导致涂膜渗油。由实验结果可以得出,固体填料适宜掺量为25%- 55%,液体填料掺量取15%- 40%。
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2.4 不同种类聚醚多元醇混合比例的影响
聚醚多元醇化合物的分子量和官能度,直接影响涂膜的弹性、硬度、强度、耐溶剂性和耐化学腐蚀性。分别采用PPG多元醇N330、N220进行不同比例混合制备MDI预聚体,设定一NCO含量为4.5%,所得弹性体的物理力学性能如表3所示。
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表3结果表明,N330含量越高,涂膜拉伸强度也越大,即聚醚多元醇官能度越高,交联密度大,涂膜硬度和耐溶剂性及化学品性也随之提高。但是涂膜的柔韧性和弹性随之降低。

2.5 化学助剂的影响
对于高聚物防水涂料,尤其是用MDI生产的聚氨酯防水涂料来说,涂膜的强度和柔韧性是一个矛盾体,通过增加A组分中的—NCO含量可以提高防水涂料的拉伸强度,但是其拉伸性能却会相应地下降。为了满足各种施工的需要,在对强度要求的同时,延伸率也是保证防水涂料使用寿命的一个重要参数,只借助组分自身和填料调节很难使聚氨酯防水涂料同时满足强度和延伸率指标瑚。所以必需借助一些化学助剂来提升聚氨酯防水涂料的力学性能。
本实验选用市场上常见的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和软化剂(DEO),以此来改善涂料的延伸性能。其物理力学性能测试结果见表4
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表4结果表明,添加DBP和软化剂都能使聚氨酯防水涂膜的柔韧性得到明显的提高,而对涂膜的拉伸强度影响不明显,能使涂膜的物理力学性能同时达到指标要求。

3 结论
根据市场发展的需要,利用目前价格相对较低,且安全性能更高的MDI取代TDI,设计了一种更环保的非焦油型聚氨酯防水涂料,探讨了一NCO含量、填料、聚醚多元醇种类以及助剂等因素对防水涂料成膜后力学性能的影响。采用本设计方案通过工厂放大生产,产品经送检检测,各项指标均优于GB/T 19250—2003要求,其中强度达到2.41MPa、延伸率559%。产品不含溶剂,属于水固化环保型聚氨酯防水涂料,且相对TDI生产的聚氨酯防水涂料更经济,具有较为广泛的市场前景。

下载:http://ref.so/m2tg

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