双组分聚氨酯建筑防水涂料的研制

   日期:2022-01-13     浏览:162    
核心提示:0 前言聚氨酯防水材料由于其优异的性能广泛应用于涂料、胶黏剂、 弹性体、泡沫材料等工业领域[1-2]。NCO/OH型双组分聚氨酯涂料是
0 前言
聚氨酯防水材料由于其优异的性能广泛应用于涂料、胶黏剂、 弹性体、泡沫材料等工业领域[1-2]。—NCO/—OH型双组分聚氨酯涂料是现在市场上常用的聚氨酯涂料之一,它以聚醚多元醇和异氰酸酯合成含有—NCO预聚体为A组分和以含有—OH活性基团、交联剂等的B组分构成,它的基本反应是—NCO与—OH、—NH2交联反应形成网络结构,使膜具有一定的强度和弹性。因此聚氨酯涂料可以常温进行固化,形成交联结构的涂膜,对各种底材均有良好的附着力、柔韧性、耐摩擦性、耐水性、耐溶剂性,涂膜外观光亮丰满[3]。MOCA是一种有毒、有致癌性的化学品,常用作聚氨酯固化交联剂。改性MOCA是MOCA的一种改性产品,通过改性后,与固体MOCA化学结构、物理性能类似,在常温下呈液体,而且对人体的伤害大大减小。本文试验利用聚醚多元醇(330N)、改性MOCA、BDO(1,4-丁二醇)为固化交联剂成膜,调节其比例,制得双组分聚氨酯涂料,并分析其对聚氨酯涂料性能的影响。

1 试验部分
1.1 主要原料
聚醚二元醇(D2000):工业品,山东东大;聚醚三元醇(330N):工业品,山东大沽;甲苯二异氰酸酯(TDI):工业品,进口;氯化石蜡(52#):工业品,弘旺化工;改性MOCA(ML-200):工业品,湘园特种精细化工;1,4-丁二醇(BDO):工业品,广州文龙化工;煅烧滑石粉(1 250目):工业品,阳山县华兴精细微粉厂;溶剂油:工业品,武汉市明鑫化工;二月桂酸二丁基锡(T-12):工业品,惠州市科盛贸易;烷烃油:工业品,广州联卓贸易。
1.2 基本配方
A、B组分基本配方见表1。

1.3 制备过程
A组分:将聚醚多元醇、滑石粉、氯化石蜡等按一定比例加入四口烧瓶中,升温至120 ℃并保持压力在-0.085 MPa以上脱水2 h,降温至82 ℃加入TDI反应3h,降温出料即可。
B组分:将氯化石蜡、聚醚多元醇、烷烃油、粉料等按一定比例分散好,加入到四口烧瓶中,升温至120 ℃脱水2 h,降温至50 ℃,加入溶剂油、助剂、液体MOCA、BDO等搅拌均匀即可出料。
1.4 性能测试
将A、B组分按质量比1∶2混合搅拌3~5 min成膜,在标准试验条件下养护并检测。
标准试验条件:温度(23±2) ℃,相对湿度60%±15%。
涂料表干时间按GB/T 16777-1997中12.2.1进行测试,采用B法;实干时间按GB/T 16777-1997中12.2.2进行试验,采用B法;拉伸性能按GB/T 16777-1997中8.2.2进行试验,用WDW-5型电子万能拉力试验机(广州澳金工业自动化系统)进行测定,拉伸速度为500 mm/min;其他性能均按照GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料国家标准》所规定检测。

2 结果与讨论
2.1 涂料主要性能检测结果
按上述A、B组分基本配方合成双组分聚氨酯防水涂料,按照GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料国家标准》检测其主要物理性能指标,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
定B组分配方,在A组分配方中,制得—NCO质量分数不同的A料,与B料按质量比1∶2混合成膜,检测其强度和延伸率结果如表3。

由表3可知,当—NCO含量增加,强度和延伸率开始减小。这是因为—NCO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。故试验中预聚体的含量控制在4.4%(质量分数)左右。
2.3 聚醚多元醇对涂料性能的影响
采用聚醚二元醇(D2000)、聚醚三元醇(330N)不同物质的量比合成A料,保持预聚体中—NCO质量分数不变,两种聚醚的物质的量比对涂料性能的影响见表4。

由表4可以看出,聚醚二元醇比例增大,涂膜强度减小,断裂伸长率增大。原因是聚醚二元醇比例较小时,聚氨酯固化后交联密度大,抗拉伸强,但脆性大,易断裂;随着聚醚二元醇比例增大,聚氨酯固化后交联密度降低,柔性较好,延伸率增加。故试验中取n(D2000)/n(330N)值在4~5,制得的涂料涂膜性能良好。
2.4 改性MOCA、330N物质的量比对涂料性能的影响
改性MOCA(ML-200)所含的二胺可以在聚氨酯、聚脲类制品的生产中作为扩链剂、固化剂使用。固定A组分配方,制备—NCO含量为4.2%的A料,B料中BDO含量为0,制备ML-200、330N比例不同的B料,混合成膜测得涂料涂膜性能结果见表5。

从表5数据可看出,改性MOCA比例增加,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,故改性MOCA、330N的物质的量比应控制在4.5~7.5时,制得的涂料涂膜性能优异。
2.5 使用BDO扩链剂对涂料性能的影响
利用—NCO含量为4.2%的A料,B料取n(ML-200)/n(330N)=6.0,考察BDO含量对涂料涂膜性能的影响,结果见表6。

1,4-丁二醇是直链结构的扩链剂,含—NCO端基的聚氨酯预聚体与其反应后,一部分链呈直链状增长,使整个膜结构有利于拉伸,导致涂膜强度减小,断裂延伸率增加。当BDO含量大于0.6%时,BDO含量增加,延伸率变化不大,而强度继续减小,综合分析,选择BDO在B料中的加入量在0.2%~0.6%(质量分数)比较适宜。
2.6 A、B料混合后的黏度变化与施工性能讨论
良好的施工性能是涂料占据市场的一个重要因素,双组分聚氨酯涂料是一种反应型防水涂料,A、B料按一定比例混合后,随着反应进行,链开始扩展,分子量开始增大,体系黏度开始增加,如不控制好反应速度,黏度会在短时间内升到十几万厘泊而导致施工困难。图1是用市面上销售量较大的一种双组分聚氨酯涂料(编号a)在标准试验条件下测得的黏度变化和本文所述配方制得的涂料(编号b)混合后的黏度变化。

从图1中可以看出,涂料a在混合后初始黏度就达到了13 000 mPa · s,10 min后,达到63 000 mPa · s,此时因黏度过大,施工困难,不得不加溶剂稀释后施工,20 min后,黏度达到92 000 mPa · s,很难施工。而涂料b混合后初始黏度5 000 mPa · s,很好刮涂,20 min时,黏度为56 000 mPa · s,根本不会影响施工性,所以,使用交联剂1,4-丁二醇、改性MOCA、聚醚三元醇330N混合体系,可以有效控制体系黏度在一定范围内,以便有利于施工。

3 结语
在—NCO/—OH、NH2双组分聚氨酯涂料中,当A料中—NCO含量在4.4%(质量分数)左右,n(D2000)/n(330N)在4~5;B料中改性MOCA与330N的物质的量比为6.0左右,BDO含量在0.4%(质量分数)左右时,可以制得性能优异的双组分聚氨酯防水涂料,该涂料在A、B料混合后20 min内施工性能良好,易于刮涂。
 









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