高铁客运专线桥梁用高强度聚氨酯防水涂料的研制

0 前言
本项目是根据铁道部科技司于2007年4月5曰发布的科技基~[200716,号《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》修订稿的要求,而研制的高速铁路专用高强度聚氨酯防水涂料。该“技术条件”规定用于粘结卷材的聚氨酯涂料拉伸强度要求不小于3.5 MPa,断裂延伸率不小于450%;用于防水层的聚氨酯防水涂料拉伸强度要求不小于6.0 MPa,断裂延伸率不小于450%,而用于普通防水层的聚氨酯防水涂料拉伸强度要求仅不小于2.45 MPa。
本研制的高铁客运专线桥梁专用高强度聚氨酯防水涂料(TDI型),属双组份反应型涂膜防水材料,A组份是带有—NC0基团的聚醚预聚物,B组份是以填料、硫化剂、催化剂、防老剂和增塑剂等组成的含有-0H和-NH 基团的棕色稠状的固化剂混合物。使用时,将A组份和B组份按一定比例均匀混合后,涂抹在混凝土防水基面上,经数小时后,固结成既富有弹性、坚韧又具有耐久性的整体涂膜防水层。产品适用于铁路混凝土桥梁有碴桥面、无碴桥面及铁路桥梁涵洞防水工程,也适用于对防水性能有较高要求的其它建筑物、构筑物的防水。

1 实验部分
1.1 主要原料
A组分:聚醚多元醇(N220、N330),上海高桥石化三厂;甲苯二异氰酸TDI(T-80),上海巴斯夫公司;稳定剂,市售。
B组分:液体填料,江苏句容化工有限公司厌津大港油田炼油厂;增塑剂,市售;粉填料(轻钙800目、滑石粉800目),市售;催化剂有机锡,市售;3,3’一二氯一4,4’二氨基二苯基甲烷(MOCA,俗称莫卡),苏州前进化工厂;紫外线吸收剂UV531,南京米兰化工有限公司;抗氧剂264,南京米兰化工有限公司;触变剂,市售。

1.2 试样制备
A组份:在t000 ml三口烧瓶中加入混合聚醚(N220、N330),加热到(105~5)oC对其进行真空脱水处理1 h,然后降至60 以下,加入稳定剂,搅拌均匀后,滴加TDI。滴加完毕后,升温至(80±5) ,恒温反应2 h,降温至60 以下,出料包装,即得A组分预聚体。
B组份:在2000 ml搪瓷烧杯中,加入计量好的液体填料、增塑剂,边搅拌边升温,至(100±5) 加入复合硫化剂(MOCA、聚醚N330)、防老剂264、紫外线吸收剂、粉填料、触变剂,在1 10 oC下进行真空脱水1 h。冷却至70 以下加入有机锡。搅拌均匀后研磨2遍,出料包装,即得含有硫化剂的混合物。

1.3 工艺流程
(1)A组分预聚体工艺流程(见图1)

(2)B组分固化剂混合物工艺流程(见图2)

1.4 l生能测试方法及涂膜制备
涂料性能按GB/T 19250–2003《聚氨酯防水涂料》进行测试。配比按m(A组分):m(B组分)=1:2进行混合。制膜时分2—3次涂膜,制得(2-~0.1)mill的涂膜,在标准条件[(23±2)‘C,湿度(50±5)%】下成膜,养护168 h。然后切成标准哑铃型试样,采用江都市明珠实验机械厂的MZ一2000C型拉伸试验机测试拉伸强度和断裂伸长率。

2 结果和讨论
2.1 涂料的物理 陛能测试结果(见表1)

从表1可知,本研制的TDI型高强度双组分聚氨酯防水涂料各项性能指标均达到或优于TB/T 2965-2007《铁路混凝土桥梁桥面TQF—I型防水层技术条件》的要求。

2.2 聚醚多元醇组合对聚氨酯防水涂料性能的影响
在预聚体合成过程中,采用了二官能团聚醚N220和三官能团聚醚N330按不同配比进行。在保持预聚体~NC0含量相同的情况下,2种聚醚的投料摩尔比对产品力学性能的影响见图3。

图3 聚醚多元醇N330/N220(摩尔BD对涂膜力学性能的影响

图3试验结果表明,随着三官能度聚醚含量的增加,所得产品的拉伸强度呈现增大的趋势,但弹性和断裂延伸率呈降低趋势;因此,在合成聚氨酯防水涂料预聚体的过程中,应采用合适的聚醚多元醇混合配比。

2.3 预聚体中一NCO含量对聚氨酯防水涂料性能的影响
预聚体中—NC0含量是决定聚氨酯防水涂料性能的一个最主要的技术参数。在制备高强度聚氨酯防水涂料时,预聚体中—lNC0含量对其机械物理性能影响最大,通过改变预聚体中的—NC0含量可以调节聚氨酯防水涂料的物理性能(见图4)。

由图4可见,物理力学性能在总体上呈现增长的趋势,当预聚体随一NC0含量达到一定值时,聚氨酯防水涂料的物理力学性能呈增长趋缓。当预聚体中一NC0含量再增加时,涂膜机械强度虽有提高,但涂膜的弹性和柔韧性趋向降低,导致延伸率下降。因此,可以根据不同设计要求,选择合适的预聚体中一NC0含量。

2.4 硫化剂用量对聚氨酯防水涂料性能的影响
用MOCA和N330作为高强度聚氨酯防水涂料的复合硫化剂,在预聚体中—lNC0含量一定的情况下,研究了MOCA~N330(质量比)对聚氨酯防水涂料物理性能的影响(见表2)。

表2实验结果表明,随着硫化剂MOCA/N330比例增加,聚氨酯防水涂料的拉伸强度明显增大,而断裂伸长率呈现先增大而后趋缓、减小的规律。这是因为MOCA中含有刚性链段苯环,随着MOCA用量的增加,分子链中刚性链段增加,所以其拉伸强度随着MOCA用量的增加而增大。

2.5 填料选用及加入量对聚氨酯防水涂料性能的影响
填料的加入除了降低产品成本、填充补强外,还可以提高涂膜的耐候、耐磨、耐撕裂等性能。用于聚氨酯防水涂料的粉状填料主要有滑石粉、轻钙、重钙、陶土、高岭土等,液体填料主要为石油树脂。本实验采用800目滑石粉和石油树脂,通过在乙组分中加入量的变化,研究其对高强度聚氨酯防水涂料性能的影响(见图5)。

图5实验结果表明,当滑石粉用量开始增加时,粉状填料有较好的充填效果,能有效消除涂膜的微气孔缺陷,所以其拉伸强度随滑石粉用量的增加而提高,且对断裂延伸影响较小;当滑石粉增加到一定量,聚氨酯防水涂料的物理力学性能呈明显的下降趋势。这是因为粉状填料用量的进一步增加,改善涂膜微气孔缺陷的作用已不再明显,而且增大了涂料的黏度,不利于泡沫的消除,从而影响了涂膜的性能。而液体填料能明显改善涂膜的延伸性能和流平性。
在实际应用中,应采用2种或2种以上的粉状填料复合使用,以提高产品的物理性能。

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