引言


    聚氨酯材料由于具有優異的物理化學性能， 滿足高速鐵路用材料的要求，以聚氨酯為基礎，可制成的產品有泡沫塑料、彈性體、涂料、黏合劑等，在軌道交通的防震減噪、防水、灌封等方面有著廣泛的應用。隨著近年來高速鐵路的快速發展， 聚氨酯防水涂料在高鐵工程項目中應用越來越廣泛，《鐵路混凝土橋面防水層技術條件》中嚴格規定了直接用作防水層


    的聚氨酯防水涂料的拉伸強度≥6.0 MPa， 斷裂伸長率≥450%。本文基于這一標準要求，探討了聚氨酯涂料中聚醚、異氰酸酯、交聯劑、助劑對聚氨酯防水涂料的影響， 制備了一種滿足標準要求的高強度聚氨酯防水涂料。


    1 試驗部分


    1.1 原材料


    聚醚多元醇（ DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG） ：工業級，山東藍星東大化工有限責任公司；甲苯二異氰酸酯（ TDI） ：工業級，拜耳材料科技（ 中國） 有限公司；氯化石蠟（ 52#） ：工業級，南京榮基化工有限公司；煅燒滑石粉（ 1 250 目） ：工業品，陽山縣華興精細微粉廠；鄰苯二甲酸二丁酯（ DBP） ：工業品，廣州市壯達化工有限公司；3，3'-二氯-4，4'-二氨基二苯基甲烷（ MOCA） ：工業品，湘園特種精細化工有限公司；辛酸亞錫（ T-9） ：工業級，上海雨田化工有限公司；防老劑BHT264：工業級，德國YOUNGING（ 洋櫻） 集團。


    1.2 基本配方


    A、B 組分的基本配方見表1。

 

    1.3 制備工藝


    A 組分： 將聚醚DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG 按一定比例加入四口燒瓶中， 升溫至110 ℃并保持壓力在-0.085 MPa 以下脫水2 h， 降溫至80 ℃，加入TDI 反應3 h，降溫出料即可。


    B 組分： 將氯化石蠟、DBP、EP-330NG、MOCA、滑石粉等按一定比例分散好，加入到四口燒瓶中，升溫至110 ℃脫水2 h，降溫至50 ℃，加入T-12、BHT264 攪拌均勻即可出料。


    1.4 主要儀器


    電熱鼓風干燥箱：DHG-9070，上海浦東榮豐科學儀器有限公司；低溫試驗箱：DX-40，天津港源試驗儀器廠；標準養護箱：JBY-30B，滄州科達路橋試驗儀器廠；電子萬能拉力試驗機：WDW-5 型，廣州澳金工業自動化系統有限公司。


    1.5 性能測試


    將A、B 組分按質量比1 ∶ 1 混合攪拌3 ~ 5 min 制膜，在標準試驗條件（ 溫度（ 23±2） ℃，相對濕度（ 60±15）%） 下養護并檢測。性能測試按照TB/T 2965—2011 《鐵路混凝土橋面防水層技術條件》進行物理性能測試。


    2 結果與討論


    2.1 涂料主要性能檢測結果


    按上述A、B 組分基本配方合成高強度聚氨酯防水涂料，按照TB/T 2965—2011 進行物理性能測試，結果見表2。
 

    表2 檢測結果顯示， 該涂料各項物理性能指標均達到標準要求，而且性能良好。


    2.2 NCO 含量對涂料性能的影響


    B 組分配方固定， 制得NCO 含量不同的A 組分，


    與B 組分按質量比1 ∶ 1 混合制膜，檢測其強度和延伸率，結果見表3。

 

    由表3 可知， 當NCO 含量增加，A 料中剛性鏈段增加，極性基團增多，易于形成氫鍵，涂膜后交聯密度增大，試樣較硬，拉伸強度則比較大。但剛性鏈段的增加限制了分子鏈在拉伸過程中的運動， 使得涂膜后延伸率減小。為使涂料綜合性能突出，試驗中A 組分的NCO 含量應控制在8.0% ~ 8.5%。


    2.3 聚醚多元醇對涂料性能的影響


    在聚醚二元醇DL-1000D、DL-2000D 物質的量比一定的條件下， 不同的二元醇與三元醇的物質的量比合成A 料， 保持預聚體中NCO 含量不變，2 種聚醚的物質的量比對涂膜性能的影響見表4。

 

    由表4 可以看出， 物質的量比增大， 涂膜強度減小，斷裂伸長率增大。原因是聚醚二元醇以直鏈為主，主要提升延伸性能， 聚醚三元醇在與TDI 反應時，起交聯作用， 主要增加涂膜的強度。所以在配方優選時， n（ 二元醇） /n（ 三元醇） 物質量比控制在14 ~ 15，制得的涂料涂膜性能良好。


    2.4 B 組分中固化劑MOCA 含量對涂料性能的影響


    MOCA 可以在聚氨酯、聚脲類制品的生產中作為擴鏈劑、固化劑使用。不同MOCA 含量制得的B 組分與NCO 含量為8.0%的A 組分按1 ∶ 1 制膜，測得涂料涂膜性能結果見表5。

 

    從表5 可以看出，MOCA 含量增加， 反應加快，使得表干時間縮短，拉伸強度增加，而斷裂延伸率則先增大后減小。原因是改性MOCA 交聯劑中含有4 個活潑氫原子，活性高，反應后交聯密度大，且帶的苯環是屬于剛性鏈段，隨著用量增加，剛性鏈段增加，強度增強，斷裂延伸率則是增加到一定程度后開始下降， 作為配方優選，MOCA 含量應控制在12% ~ 14%，制得的涂料涂膜性能優異。


    2.5 B 組分中抗氧劑含量對涂料熱老化性能的影響


    聚氨酯防水涂料成膜后，在光和熱的作用下，分子中的部分直鏈和基團會分解斷裂，造成涂膜性能下降。在配方中加入一定量的抗氧劑， 能有效地減緩性能的老化過程，目前聚氨酯涂料常用的抗氧劑是受阻酚類。B 組分中抗氧劑BHT264 含量對涂料熱處理性能的影響見表6。

 

    從表6 中可以看出，隨著抗氧劑含量的增加，涂膜的熱處理強度保持率和熱處理延伸率都增大， 使得聚氨酯涂膜的耐熱性能得到大幅提升， 當增加到2.0%后，熱處理性能變化不大，作為配方優選，BHT264 應控制在1.5% ~ 2.0%。


    2.6 聚氨酯防水涂料黏度變化對施工性能的影響


    聚氨酯防水涂料在施工時，需將A、B 組分按一定的配比混合攪拌均勻后方可施工，A、B 組分在混合后，就開始反應，黏度隨時間而增大，黏度增大過快，將影響施工的涂刮性能。所以，在配方研制過程中，需要適度控制反應的速度來控制涂料混合后的黏度， 使涂料具有更好的施工性能。通過調節催化劑的含量，室溫（ 25 ℃） 下測試涂料在A、B 組分混合后30 min 的黏度變化見圖1。


 

    從圖1 中可以看出，催化劑T-9 含量在0.05% ~0.10%時，A、B 組分混合30 min 后， 黏度在20 000 ~30 000 mP·s，且黏度變化平穩，不會急劇增大，涂料的涂刮性良好。T-9 含量大于0.1%后，涂料黏度急劇增大， 不利于施工， 所以在該體系中T-9 含量應控制0.05% ~ 0.10%。


    3 結語


    本試驗重點分析了NCO 含量、二元醇與三元醇物質的量比、MOCA 含量、抗氧劑含量對涂膜性能的影響，還討論了催化劑T-9 含量對A、B 組分混合后黏度的影響。經測試結果對比，該鐵路用高強度聚氨酯防水涂料配比中，NCO 含量為8.0%~8.5%、n（ 二元醇）/n（ 三元醇） 物質的量比在14 ~ 15、MOCA 含量在12% ~14%、抗氧劑BTH264 含量在1.5% ~ 2.0%、催化劑T-9含量0.05% ~ 0.10%時制得的聚氨酯防水涂料物理性能和施工性能達到最佳。