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作者: 马俊
来源: 中国腐蚀与防护网
发布时间: 2016-07-22
关键词: 涂料, 聚氨酯
领域: 腐蚀领域
摘要: 一种铁路用高强度聚氨酯防水涂料的研制
正文: 引言聚氨酯材料由于具有优异的物理化学性能，满足高速铁路用材料的要求，以聚氨酯为基础，可制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、黏合剂等，在轨道交通的防震减噪、防水、灌封等方面有着广泛的应用。随着近年来高速铁路的快速发展，聚氨酯防水涂料在高铁工程项目中应用越来越广泛，《铁路混凝土桥面防水层技术条件》中严格规定了直接用作防水层的聚氨酯防水涂料的拉伸强度≥6.0 MPa，断裂伸长率≥450%。本文基于这一标准要求，探讨了聚氨酯涂料中聚醚、异氰酸酯、交联剂、助剂对聚氨酯防水涂料的影响，制备了一种满足标准要求的高强度聚氨酯防水涂料。 1 试验部分 1.1 原材料聚醚多元醇（ DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG）：工业级，山东蓝星东大化工有限责任公司；甲苯二异氰酸酯（ TDI）：工业级，拜耳材料科技（中国）有限公司；氯化石蜡（ 52#）：工业级，南京荣基化工有限公司；煅烧滑石粉（ 1 250 目）：工业品，阳山县华兴精细微粉厂；邻苯二甲酸二丁酯（ DBP）：工业品，广州市壮达化工有限公司；3，3'-二氯-4，4'-二氨基二苯基甲烷（ MOCA）：工业品，湘园特种精细化工有限公司；辛酸亚锡（ T-9）：工业级，上海雨田化工有限公司；防老剂BHT264：工业级，德国YOUNGING（洋樱）集团。 1.2 基本配方 A、B 组分的基本配方见表1。 1.3 制备工艺 A 组分：将聚醚DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG 按一定比例加入四口烧瓶中，升温至110 ℃并保持压力在-0.085 MPa 以下脱水2 h，降温至80 ℃，加入TDI 反应3 h，降温出料即可。 B 组分：将氯化石蜡、DBP、EP-330NG、MOCA、滑石粉等按一定比例分散好，加入到四口烧瓶中，升温至110 ℃脱水2 h，降温至50 ℃，加入T-12、BHT264 搅拌均匀即可出料。 1.4 主要仪器电热鼓风干燥箱：DHG-9070，上海浦东荣丰科学仪器有限公司；低温试验箱：DX-40，天津港源试验仪器厂；标准养护箱：JBY-30B，沧州科达路桥试验仪器厂；电子万能拉力试验机：WDW-5 型，广州澳金工业自动化系统有限公司。 1.5 性能测试将A、B 组分按质量比1 ∶ 1 混合搅拌3 ~ 5 min 制膜，在标准试验条件（温度（ 23±2） ℃，相对湿度（ 60±15）%）下养护并检测。性能测试按照TB/T 2965—2011 《铁路混凝土桥面防水层技术条件》进行物理性能测试。 2 结果与讨论 2.1 涂料主要性能检测结果按上述A、B 组分基本配方合成高强度聚氨酯防水涂料，按照TB/T 2965—2011 进行物理性能测试，结果见表2。表2 检测结果显示，该涂料各项物理性能指标均达到标准要求，而且性能良好。 2.2 NCO 含量对涂料性能的影响 B 组分配方固定，制得NCO 含量不同的A 组分，与B 组分按质量比1 ∶ 1 混合制膜，检测其强度和延伸率，结果见表3。由表3 可知，当NCO 含量增加，A 料中刚性链段增加，极性基团增多，易于形成氢键，涂膜后交联密度增大，试样较硬，拉伸强度则比较大。但刚性链段的增加限制了分子链在拉伸过程中的运动，使得涂膜后延伸率减小。为使涂料综合性能突出，试验中A 组分的NCO 含量应控制在8.0% ~ 8.5%。 2.3 聚醚多元醇对涂料性能的影响在聚醚二元醇DL-1000D、DL-2000D 物质的量比一定的条件下，不同的二元醇与三元醇的物质的量比合成A 料，保持预聚体中NCO 含量不变，2 种聚醚的物质的量比对涂膜性能的影响见表4。由表4 可以看出，物质的量比增大，涂膜强度减小，断裂伸长率增大。原因是聚醚二元醇以直链为主，主要提升延伸性能，聚醚三元醇在与TDI 反应时，起交联作用，主要增加涂膜的强度。所以在配方优选时， n（二元醇） /n（三元醇）物质量比控制在14 ~ 15，制得的涂料涂膜性能良好。 2.4 B 组分中固化剂MOCA 含量对涂料性能的影响 MOCA 可以在聚氨酯、聚脲类制品的生产中作为扩链剂、固化剂使用。不同MOCA 含量制得的B 组分与NCO 含量为8.0%的A 组分按1 ∶ 1 制膜，测得涂料涂膜性能结果见表5。从表5 可以看出，MOCA 含量增加，反应加快，使得表干时间缩短，拉伸强度增加，而断裂延伸率则先增大后减小。原因是改性MOCA 交联剂中含有4 个活泼氢原子，活性高，反应后交联密度大，且带的苯环是属于刚性链段，随着用量增加，刚性链段增加，强度增强，断裂延伸率则是增加到一定程度后开始下降，作为配方优选，MOCA 含量应控制在12% ~ 14%，制得的涂料涂膜性能优异。 2.5 B 组分中抗氧剂含量对涂料热老化性能的影响聚氨酯防水涂料成膜后，在光和热的作用下，分子中的部分直链和基团会分解断裂，造成涂膜性能下降。在配方中加入一定量的抗氧剂，能有效地减缓性能的老化过程，目前聚氨酯涂料常用的抗氧剂是受阻酚类。B 组分中抗氧剂BHT264 含量对涂料热处理性能的影响见表6。从表6 中可以看出，随着抗氧剂含量的增加，涂膜的热处理强度保持率和热处理延伸率都增大，使得聚氨酯涂膜的耐热性能得到大幅提升，当增加到2.0%后，热处理性能变化不大，作为配方优选，BHT264 应控制在1.5% ~ 2.0%。 2.6 聚氨酯防水涂料黏度变化对施工性能的影响聚氨酯防水涂料在施工时，需将A、B 组分按一定的配比混合搅拌均匀后方可施工，A、B 组分在混合后，就开始反应，黏度随时间而增大，黏度增大过快，将影响施工的涂刮性能。所以，在配方研制过程中，需要适度控制反应的速度来控制涂料混合后的黏度，使涂料具有更好的施工性能。通过调节催化剂的含量，室温（ 25 ℃）下测试涂料在A、B 组分混合后30 min 的黏度变化见图1。从图1 中可以看出，催化剂T-9 含量在0.05% ~0.10%时，A、B 组分混合30 min 后，黏度在20 000 ~30 000 mP·s，且黏度变化平稳，不会急剧增大，涂料的涂刮性良好。T-9 含量大于0.1%后，涂料黏度急剧增大，不利于施工，所以在该体系中T-9 含量应控制0.05% ~ 0.10%。 3 结语本试验重点分析了NCO 含量、二元醇与三元醇物质的量比、MOCA 含量、抗氧剂含量对涂膜性能的影响，还讨论了催化剂T-9 含量对A、B 组分混合后黏度的影响。经测试结果对比，该铁路用高强度聚氨酯防水涂料配比中，NCO 含量为8.0%~8.5%、n（二元醇）/n（三元醇）物质的量比在14 ~ 15、MOCA 含量在12% ~14%、抗氧剂BTH264 含量在1.5% ~ 2.0%、催化剂T-9含量0.05% ~ 0.10%时制得的聚氨酯防水涂料物理性能和施工性能达到最佳。更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org 责任编辑：王元《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事投稿联系：编辑部电话：010-62313558-806 邮箱：ecorr_org@163.com 中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414

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