客运专线桥梁专用聚氨酯(脲)防水涂料的研制

客运专线桥梁专用聚氨酯(脲)防水涂料的研制

王瑶1,管云林2,管汉瑛2,倪志广2
(1.天津市建筑材料质量监督检测中心,天津300381;2.天津开发区科泰化工新材料开发有限公司,天津300060)

目前,正在我国全面展开的大规模、高标准的铁路建设,为高性能聚氨酯(脲)防水涂料提供了广阔的市场空间。普通建筑物的防水主要考虑的问题是混凝土热胀冷缩产生的收缩裂缝,而铁路混凝土桥梁桥面防水更需要考虑的是在使用过程中重载车辆运营的影响。因此,铁路桥梁混凝土桥面用防水材料的要求更高,必须具备强度高、断裂伸长率大、抗疲劳性好、粘结性好、耐温变性好、耐老化和耐腐蚀性好等性能。
本课题采用了嵌段聚合物和互穿网络技术,以甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、含活泼氢的化合物制备聚氨酯A 料,在此基础上研制出了客运专线桥梁专用双组分高性能聚氨酯(脲)防水涂料,以下简称聚氨酯(脲)防水涂料。本文讨论了其合成工艺和性能影响因素。

1 试验
1.1 原料
制备聚氨酯(脲)防水涂料的原料和规格见表1。

1.2 制备
1.2.1 A 料的合成
按配方比例先将所有已经脱水处理的聚醚多元醇投入到反应釜中,搅拌下升温至(50±2)℃,加入TDI,生成端羟基半预聚物。然后加入经羟基化处理的618 环氧树脂,搅拌均匀后,再加入氢化MDI,将端羟基半预聚物转化成端—NCO 基的嵌段半预聚物。取样分析,当—NCO%分析值接近或达到理论值时,认为反应完全,脱气、降温、装桶,密封备用。物料为浅黄色粘稠液体。

1.2.2 B 料的合成
按配方将聚醚多元醇、交联剂、增强剂、颜料、填料、抗氧剂、紫外线吸收剂等原料一次投入高速分散釜中,高速(800~1200 r/min)分散30 min,然后经砂磨机研磨,使细度≤80 μm,最后在脱水脱气釜中进行真空脱水脱气,完毕后降温出料,装桶备用。B 料为各色液体。

1.2.3 产品性能
聚氨酯(脲)防水涂料的性能见表2。


2 结果与讨论
2.1 工艺因素
2.1.1 水分
异氰酸酯中的—NCO 是一个异常活泼的基团,能与原料和空气中的微量水分反应生成脲,后者可继续与过量存在的—NCO 反应生成缩二脲基的支化结构。因此,水分的存在,一方面消耗一部分—NCO,使体系的—NCO/—OH 降低;另一方面生成相当数量的支化产物而导致体系黏度增大。原料异氰酸酯在储存时如发现有白色片状物沉淀,即表明已有缩二脲生成。所以,原料和A 料应隔绝水分,保持在干燥状态,并对原料进行含水量分析,严格控制其含水量。

2.1.2 合成温度
A 料的合成是一个放热的过程,实际温度取决于合成设备规模的大小、散热条件和聚醚树脂中的含水量。反应初期,反应速度快,要注意勿使温度过高,必要时需进行冷却。反应后期,随着反应物浓度的减小和体系黏度的增加,分子链活动能力减弱,反应趋向缓和,此时需适当加热,使反应能较快地向深度转化。所控制的反应温度随A 料型号不同而异,反应温度过高易使生成的氨基甲酸酯与过量存在的二异氰酸酯反应而生成支化结构,导致体系黏度增加;反应温度也不可过低,以致影响反应速率,使A 料的合成时间延长。

2.1.3 搅拌
为了使反应热及时散出,避免局部过热而产生支化结构,以及为使反应物分散均匀,强而有效的搅拌非常重要,否则会导致产物的黏度过大,甚至凝胶固结报废。

2.2 涂膜性能的影响因素
2.2.1 交联剂用量
交联剂的用量与涂膜拉伸强度及断裂伸长率的关系见图1、2。

从图1、2 可以看出,交联剂用量增加时,涂膜的拉伸强度也随之升高,而断裂伸长率随之下降。

2.2.2 B 组分用量
B 组分用量对涂膜拉伸强度及断裂伸长率的影响见图3、4。

从图3、4 可以看出,随着B 组分用量的增加,涂膜的拉伸强度呈上升趋势,而断裂伸长率下降。

2.2.3 温度
温度对聚氨酯(脲)涂料固化时间的影响见图5。从图5 可以看出,温度升高,反应速度加快,涂膜固化时间缩短。

2.2.4 催化剂用量
在恒温(0±1)℃条件下,催化剂辛酸亚烯用量对涂膜固化时间的影响如图6 所示。从图6 可以看出,催化剂用量增加,涂膜的固化时间缩短。

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