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        鐵路橋梁用高性能聚氨酯防水涂料的研制工藝
        發布時間:2014-08-09

          聚氨酯防水涂料是以聚氨酯樹脂為主要原材料制成的現場施工的防水材料,由于具有拉伸強度高、彈性好、斷裂伸長率大、耐寒、耐熱、耐老化性能好、防水性能極佳、防水壽命長、適用范圍廣、施工簡便和維修容易[1]等優點而在防水涂料中占有很大的比例!惰F路橋梁用聚氨酯防水涂料》同GB/T19250—2003《聚氨酯防水涂料》技術標準相比,要求表干時間更短、拉伸強度更大、固體含量更高。目前國內市售的鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料在某些性能上能達到《鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料》技術標準的要求,但普遍存在著固含量偏低的問題,給環境帶來很大的污染。因此發展高性能、環保型[2]聚氨酯防水涂料越來越受到人們的重視。本文采用自制預聚物、液體填料、固化劑、顏填料等制備了雙組分無溶劑鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料[3-5]。該防水涂料性能全部達到了《鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料》技術標準的要求。

          

          2試驗部分

          

          2.1主要原材料及規格

          

          預聚物(自制),固化劑、催化劑、液體填料、滑石粉、輕鈣、鈦白粉、分散劑和消泡劑等均為工業級,阻聚劑為試劑級。

          

          2.2主要試驗儀器及設備

          

          NH500型電子調溫加熱套、DJIC增力電動攪拌器、四口燒瓶、三口燒瓶、溫度計、真空泵、冷凝管、燒杯、AGS-J拉力試驗機、錐形磨、高速分散機等。

          

          2.3聚氨酯防水涂料乙組分的制備

          

          將配方量的液體填料、固化劑、分散劑、消泡劑、催化劑、滑石粉、輕鈣和鈦白粉等依次加入到燒杯中攪拌均勻,然后在錐形磨上研磨至合適的細度,過濾出料即得聚氨酯防水涂料乙組分。

          

          2.4聚氨酯防水涂料的制備

          

          預聚物作為防水涂料甲組分,按一定比例將甲、乙組分在室溫下混合均勻,即得高性能聚氨酯防水涂料。

          

          2.5聚氨酯防水涂料的性能測試

          

          將甲、乙組分按一定比例在室溫下混合均勻后,按鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料技術標準的要求進行涂膜、養護、制備試件和性能檢測。

         

         

          3結果與討論

          

          3.1異氰酸酯質量分數對涂料性能的影響

          

          甲組分中異氰酸酯(—NCO)的質量分數是影響聚氨酯防水涂料綜合性能的關鍵因素,因此可以通過調整甲組分中—NCO的質量分數來改善聚氨酯防水涂料的綜合性能。甲組分中—NCO質量分數對聚氨酯防水涂料綜合性能的影響見表1。

          表1—NCO質量分數對涂料性能的影響

          由表1可見隨著—NCO質量分數的增加,適用期、表干時間逐漸縮短,斷裂伸長率逐漸降低,拉伸強度逐漸增加!狽CO質量分數過高將生成更多的剛性鏈段,剛性鏈段過多將導致伸長率過低,綜合性能變差;反之—NCO質量分數過低將生成更多的柔性鏈段,柔性鏈段過多將導致拉伸強度過低,實干時間過長,因此—NCO質量分數須具有一個合適的范圍。綜合對比可以發現當—NCO質量分數在5.2%時,綜合性能最優。

          

          3.2—NCO和活性H物質的量比對涂料性能的影響

          

          —NCO和活性H物質的量比過高或過低對聚氨酯防水涂料的性能都有很大影響,過高生成的氣泡過多,導致拉伸強度及斷裂伸長率均不能滿足要求,過低導致乙組分不能充分反應,輕者導致拉伸強度及斷裂伸長率均不能滿足要求,重者導致防水涂料不能實干!狽CO和活性H物質的量比對聚氨酯防水涂料性能的影響如圖1、2所示。

          圖1、2—NCO和活性H物質的量比對聚氨酯防水涂料性能的影響

          由圖1、2可以發現斷裂伸長率隨著—NCO和活性H物質的量比的升高,先升高然后逐漸降低,拉伸強度隨著—NCO和活性H物質的量比的升高逐漸升 

         

         高。隨著—NCO和活性H物質的量比增加,硬段含量增加、大分子的剛性增大、氫鍵密度增大,分子間作用力增大,聚氨酯分子鏈間物理交聯點的密度也增加,從而使拉伸強度、延伸率和撕裂強度增大;隨著—NCO和活性H物質的量比的繼續增加,硬段的含量過多,氨酯鍵和脲鍵的密度過大,雖然其拉伸強度和撕裂強度會有所提高,但是聚氨酯分子鏈間作用力增大使分子鏈的運動受阻、柔性降低,涂膜的硬度增大、斷裂伸長率有所下降,同時涂料的施工性及流平性不好。若超過一定比值時,涂膜發脆,氣泡和針孔增多;同時游離的—NCO基含量增加,游離單體的揮發使人體受到傷害。因此,—NCO和活性H物質的量比不宜過高,綜合對比當—NCO和活性H物質的量比在1.1時綜合性能最優。

          

          3.3液體填料和固化劑配比對涂料性能的影響

          

          液體填料一方面可以參與交聯反應,另一方面可以幫助潤濕填料起到降低聚氨酯防水涂料黏度的作用。液體填料和固化劑的合適配比(物質的量比)不但能保證聚氨酯防水涂料有較好的施工黏度而且能保證其有較優的綜合性能。液體填料和固化劑配比的不同對聚氨酯防水涂料綜合性能的影響見表2。

          表2液體填料和固化劑配比對涂料性能的影響

          由表2可以看出,在液體填料含量較高時表干時間及拉伸強度不能滿足要求,固化劑含量較高時,伸長率不能滿足要求;這是因為—NCO和液體填料的反應速率低于—NCO和固化劑的反應速率,所以隨著液體填料含量的增加表干時間增加,適用期延長;此外液體填料還起到增塑劑的作用,液體填料含量過高將導致柔性鏈段增加、剛性鏈段減少,—NCO和固化劑反應生成剛性鏈段,固化劑含量過高導致拉伸強度增加,斷裂伸長率下降。綜合對比,當液體填料∶固化劑(物質的量比)為7∶3時,綜合性能最優。

          

          3.4顏基比的不同對聚氨酯防水涂料性能的影響

          

          合適的顏基比不但能降低成本,而且還能起到提高聚氨酯防水涂料綜合性能的目的。顏基比的不同對聚氨酯防水涂料性能的影響如圖3、4所示。

         

          圖3、4顏基比的不同對聚氨酯防水涂料性能的影響

          由圖3、4可以看出隨著顏基比的增大,斷裂伸長率及拉伸強度逐漸降低。這是因為,一方面,顏填料和基料樹脂混合后,形成交聯網絡和硬段塑料相網絡;以小分子狀態存在的顏填料將被固定于整個網絡之中!

         

          聚氨酯軟硬段聚集所形成的交聯網絡空間只能容納一定量的顏填料,當顏填料用量過多時,多余的顏填料游離在體系中,阻礙交聯,降低交聯度,增加了短鏈分子的數量,同時還降低了分子間的相互作用力;另一方面可能是由于顏基比過高使得部分顏填料發生了抱團現象,這樣只有顏填料團表面上的顏填料與材料中的大分子發生了物理結合,而且這種抱團現象使材料產生缺陷的幾率增加,在表面及內部形成了氣泡、針孔等應力集中物,從而造成試樣拉伸過程中的應力集中,最終導致斷裂伸長率及拉伸強度大大下降。綜合考慮聚氨酯防水涂料的性能及成本,選擇顏基比為0.8。通過以上討論可得聚氨酯防水涂料的較優配方,見表3。

          表3聚氨酯防水涂料的較優配方

          由較優配方制得的聚氨酯防水涂料綜合性能檢測結果和鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料技術標準對比見表4。

          表4自制聚氨酯防水涂料的綜合性能

          4結語

          

          本文討論了—NCO含量、—NCO和活性H物質的量比、液體填料和固化劑配比以及顏基比的不同對聚氨酯防水涂料綜合性能的影響;當—NCO含量在

          

          5.2%、—NCO和活性H物質的量比在1.1、液體填料和固化劑配比在7∶3、顏基比在0.8時所制備的聚氨酯防水涂料綜合性能最優。由較優配方制備的聚氨酯防水涂料具有表干、實干時間短,拉伸強度、斷裂伸長率高等綜合性能優異的特點,完全能滿足鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料技術標準的要求。



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