单组分湿-热双固化聚氨酯防水涂料研究
张彬1,2张勇1,2,3刘志1,2赵微微1,2魏嵩2 周傲2( 1.北京铁科首钢轨道技术股份有限公司北京102200)( 2.铁科腾跃科技有限公司河北石家庄052360)( 3.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081)
单组分聚氨酯防水涂料一般是湿固化型,含有活性的异氰酸酯基团( NCO 基) ,使用时不需要计量,具有施工方便的优点。制备热固化聚氨酯的方法之一是采用封闭异氰酸酯的方法,即用苯酚、己内酰胺等封闭剂封闭NCO 基团,此法解封闭温度高且较慢,不适合于高铁现场施工。目前高铁桥梁伸缩缝用的双组分聚氨酯防水涂料一般在浇注后10 min 内用火焰烘烤其表面以消除表面气泡,使其快速固化以便喷涂面漆,同时还可防止雨露雪霜灰尘等对其影响。
本研究采用预聚体法并同时使用噁唑烷和封闭胺两类潜固化剂制备出一种湿-热双固化的单组分聚氨酯防水涂料,具有加热固化和湿气固化两种固化方式,且湿固化过程中不放出CO2气体,解决单组分湿固化聚氨酯防水涂料固化过程中可能出现的针孔、气泡及鼓包的问题[6-7]。它可用于高铁桥梁伸缩缝表面热处理快速固化层,还可作为普通单组分防水涂料应用于屋顶、墙壁及其他建筑防水等。
1 实验部分
1. 1 主要原料及仪器
聚醚三醇330N、聚醚二醇220,上海佳化化学股份有限公司; 二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50,万华化学集团股份有限公司; 二月桂酸二丁基锡( T12) ,上海得音化学有限公司; 邻苯二甲酸二异壬酯( DINP) ,山东科兴化工有限责任公司; 重质碳酸钙,800 目,江西广源化工有限责任公司; 噁唑烷类潜固化剂SL-101,广州森波拉化工有限公司; 封闭胺类潜固化剂Caytue 31 DA,美国科聚亚公司; 硅烷偶联剂KH560,江苏晨光偶联剂有限公司; 灰色色膏,宁波中苑颜料有限公司; 抗氧剂1010、紫外吸收剂UV327,台湾双键化工股份有限公司。以上均为工业级。
CMT4304 型电子万能拉伸实验机,美特斯工业系统( 中国) 有限公司; TIME5420 型邵A 硬度计,北京时代之峰科技有限公司; DAC 5000 型快速混合分散机,德国Hauschild 公司; 831 型水分测定仪,瑞士万通中国有限公司。
1. 2 机理及反应
本研究同时加入噁唑烷和封闭胺两种潜固化剂形成湿-热双固化的机理,湿固化机理为噁唑烷优先与空气中水分反应,生成带有羟基和仲氨基的醇胺类小分子,醇胺类小分子再与NCO 反应进行交联和固化( 见图1) ; 热固化机理为封闭胺固化剂在加热条件下释放出二元胺和无机盐,二元胺与NCO 反应进行固化( 见图2) 。
1. 3 实验过程
1. 3. 1 预聚体合成
取28 份聚醚220、5. 4 份聚醚330N 和35 份DINP 在三口烧瓶内100 ~ 110 ℃、- 0. 10 ~ - 0. 08MPa 真空脱水1 h,测试水分低于0. 02%后降温到60 ℃,加入8 份MDI-50,升温到80 ℃,加入0. 01 份催化剂T12,并在70~80 ℃下保温反应,反应1 h 后每隔30 min 测一次NCO 含量,当测得NCO 质量分数低于1. 85%时停止保温,降温到60 ℃以下,得到的预聚体封闭保存。
1. 3. 2 防水涂料制备
取64 份预聚体, 24 份重质碳酸钙, 0. 5 份抗氧剂1010,1份UV327, 0. 5 份KH560,1份灰色色膏,不同配方设定量的封闭胺、噁唑烷和T12 加入快速混合分散机中,高速密闭搅拌1 min,装小桶封闭保存。
1. 3. 3 固化试片制备
热固化试片制备: 先将涂料在聚四氟乙烯模具中浇注厚约2 mm 样片,并在120 ℃的鼓风烘箱中恒温固化15 min,室温下放置24 h。
湿固化试片制备: 浇注成厚约2 mm 样片,在23℃、50%的相对湿度放置7 d 后测试。
1. 4 分析测试方法
拉伸强度和伸长率按GB /T 528—2009 的方法测定; 邵A 硬度按GB /T 531—1999 的方法测定。
表干时间和固化速度均在23 ℃、50%相对湿度下测试,表干时间按GB /T 13477. 5—2002 的B 方法进行测试,按GB /T 32369—2015 方法二测定24 h的固化厚度,以表征固化速度。
2 结果与讨论