MDI生产高性能环保型聚氨酯防水涂料的研制

MDI生产高性能环保型聚氨酯防水涂料的研制

高伟华1 孙威2 江书雄3 周华利4
(1-辽宁工程技术大学资源与环境工程学院环境09-1,阜新 123000)
(2-辽宁工程技术大学机械工程学院液压09-2,阜新 123000)
(3-辽宁工程技术大学理学院信息与计算科学10-2,阜新 123000)
(4-辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,阜新 123000)

聚氨酯涂料因其具有优异的弹性、耐久性、耐磨性、耐药品性、防水层轻、无接缝、容易修补、适宜作外露防水层等特点而被广泛应用[1]。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[2]。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[3-4]。本实验用MDI制备聚氨酯涂料,并且添加了膨润土,旨在获得综合性能优异,并且环保无毒的防水涂料。

1 实验部分
1.1 主要原料
二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),上海雨田化工有限公司;聚醚二元醇(DL2000),山东蓝星东大化工有限责任公司;三羟甲基丙烷,国药集团化学试剂有限公司;邻苯二甲酸二辛脂,沈阳迪高;二月桂酸二丁基锡,天津市瑞金特化学品有限公司;膨润土,沈阳钠基泥浆膨润土厂。

1.2 主要仪器与设备
数显恒温水浴锅,H H – 4 型, 常州国华电器厂; 热重测试仪,STA449C型,德国耐驰公司; 傅里叶红外光谱,F T 2 0 0 0 型, 美国尼高力公司;拉伸试验,XLD-1KN,承德试验机有限责任公司; 漆膜冲击机,QCJ型,南京安铎贸易有限责任公司。

1.3 涂膜的制备
先将一定量的DL2000在高温下脱水,接着按顺序放入一定比例的MDI,催化剂二月桂酸二丁基锡, 交联剂三羟甲基丙烷, 控制反应时间和温度,降温出料。最后依次加入一定量的邻苯二甲酸二辛脂和膨润土,室温下不断搅拌得到高性能环保型聚氨酯防水涂料。将制得的涂料涂在打磨平整光滑的铁板上,厚度约2mm。置于室温下2天,自然晾干成膜之后,在烘干箱中干燥得到厚度约为0.6~1mm的涂膜。配方见表1。
表1:涂料的基础配方

1.4 性能检测
傅里叶红外光谱仪检测内部基团;热重测试仪检测其热稳定性;附着力按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》标准测定;拉伸强度根据GB/T 16421-1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》标准测定;冲击强度根据GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》标准测定;吸水率,参照GB/T 1738-1979《绝缘漆漆膜吸水率测定法》标准进行;耐酸性和耐碱性根据GB/T 1763-1979《漆膜耐化学试剂性测定法》标准测定。

2 结果与讨论
2.1 正交实验设计
水平因素表见表2。
表2: 水平因素表

2.2 正交实验结果
由表3可知,通过正交实验的极差分析,各因素对涂膜的平均冲击强度的影响顺序是:A>B>E>C>D。故最佳方案为A3B3C3D1 E3。即NCO/OH的比值为2:1,交联剂添加量为3%,催化剂添加
量为2%,反应温度为60℃,反应时间为70min。
表3: 正交实验表

2.3 红外光谱分析
从图1可以看出,NCO与OH反应得到的NH的吸收振动峰在3342cm-1处,2917cm-1的峰值表示C-H吸收振动峰,2261cm-1处的峰值表示NCO存在,1732cm-1左右处峰为氨酯键中羰基C=O的伸缩振动峰,由此看来,NCO与OH 确实发生了反应生成了新的NHCOO基团。红外光谱证实了DL2000与MDI形成了聚氨酯。

2.4 膨润土加入量对涂膜冲击强度的影响
从图2可以看出,当膨润土的加入量为4%时,涂膜的冲击强度达到最佳值。这是由于随着膨润土的加入,其在体系内部均匀分散,使整体的化学键更加稳定,提高了涂膜的冲击强度;但是当含量超过4%时,体系的结构被破坏,键与键之间的连接被阻碍,导致涂膜的冲击强度会下降。

2.5 热重分析
由图3可知,添加膨润土的涂料的起始分解温度Ti为293.24℃,50%热失重的温度为363.48℃,热反应终止温度Tf为650.12℃。未添加膨润土的涂料的Ti为278.53℃,50%热失重的温度为352.51℃,Tf为632.35℃。这些数据表明,添加膨润土后,涂料的热稳定性能大大提高了,这是由于添加膨润土后的体系结构更加紧密,相互之间的作用力也更加显著,从而体现出较高的热稳定
性能。

2.6 涂料的主要性能指标
性能指标表见表4。
表4 性能指标表

3 结论
1)制备高性能环保型聚氨酯防水涂料的最佳工艺条件为MDI和DL2000的最佳配比NCO/OH=2:1,交联剂添加量为3%,催化剂添加量为2%,反应温度为60℃,反应时间为70min。
2)NCO与OH 确实发生了反应生成了新的NHCOO基团,DL2000与MDI形成了聚氨酯。
3)膨润土的最佳添加量为4%,并且提高了涂膜的热稳定性。
4)制备的防水涂料具有较高的力学强度,良好的附着力、较低的吸水率、较好的热稳定性和耐酸碱性能。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注