1 前言
聚氨酯填缝剂(密封胶) 广泛应用于建筑、汽车等行业,在建筑业销售位居第一。在建筑、机场、道路、桥梁、地下工程等施工中,聚氨酯填缝剂被用作高档的防水密封材料。弹性填缝剂能经受建筑接缝一定限度的伸缩运动,具有粘结和密封双重功能。该类填缝剂强调良好的复原性和位移补偿能力,故一般为低模量、高延伸率产品。单组分潮气固化型聚氨酯弹性填缝剂可在室温下固化,施工简便,具有良好的延伸性、粘结性和耐候性,是聚氨酯填缝材料的发展方向。一步合成法是一种带填料的聚氨酯合成方法,其预聚体合成和与填料混合同时进行,填料可分活性和非活性两类。在一步法中,由于聚氨酯预聚体的合成自始至终带有填料,故填料与聚氨酯的混合效果好,尤其是在使用高分子量聚醚而导致体系粘度增高时。同时,一步法生产设备简化,为一釜连贯操作,可保证系统的密闭性,是一种简单有效的合成工艺。
2 实验部分
2. 1 主要原材料
普通聚醚(分子量为2000~3000) :工业级,国产高分子量聚醚(分子量为4000~8000) :工业级,国产及进口甲苯二异氰酸酯:工业级,进口催化剂:工业级,进口溶剂:工业级,国产填料:工业级,国产增塑剂:工业级,国产消泡剂:工业级,国产粘度稳定剂:工业级,进口光稳定剂:工业级,进口
2. 2 合成
将混合聚醚和研磨至一定细度的填料、颜料放入四口烧瓶中搅拌脱水至规定水分含量(水分分析按Karl2Fischer 法电位滴定) ,在烧瓶中依次加入溶剂、TDI 和催化剂, 当反应达到规定的—NCO %后( —NCO %值按正丁胺法测定) ,减压脱泡,再加入增塑剂等各类助剂,混合,出料,制得颜色任配的粘稠膏状物。
2. 3 测试
(1) 聚氨酯填缝剂的性能测定
按JC482 – 92《聚氨酯建筑密封膏标准》制样和测定。粘结拉伸性能测定的粘结基材为砂浆块与砂浆块。
(2) 粘度测定
标准条件下,用NDJ21 旋转粘度计测定。
3 结果与讨论
3. 1 高分子量聚醚多元醇用量对填缝剂力学性能的影响
3. 1. 1 高分子量聚醚二元醇用量对填缝剂力学性能的影响
选择了适当的高分子量聚醚二元醇与普通聚醚二元醇混合,考察其配比变化对填缝剂最终力学性能的影响,结果见表1、图1、图2。
以上结果表明,随高分子量聚醚二元醇在混合聚醚二元醇中的含量增加,填缝剂的粘结拉伸强度逐渐减小,而粘结断裂伸长率则持续增加,这是由于高分子量聚醚含量的增加,柔性链长相应增加,且聚氨酯交联密度下降,从而使断裂伸长率上升,而拉伸强度则下降。同时随聚氨酯预聚体分子量增加,分子链扩散速度降低,显然对砼的粘结强度是不利的(表现为填缝剂与砼表面的破坏) 。
3. 1. 2 高分子量聚醚三元醇用量对填缝剂力学性能的影响
选择了适当的高分子量聚醚三元醇与普通聚醚三元醇混合,考察两者配比的变化对填缝剂力学性能的影响,结果如表2、图3、图4 所示。结果表明,高分子量聚醚三元醇用量对聚氨酯填缝剂力学性能的影响颇为复杂,并非单调变化。随高分子量聚醚三元醇用量在混合聚醚三元醇配比中增加,粘结拉伸强度和断裂伸长率各自出现先降后升的结果。在性能2配比曲线上均出现最小值。性能最小值处的配比为临界配比,当超过临界配比时,性能均上升。比较可见,当高分子量聚醚三元醇用量超过临界配比时,变化幅度较大。
出现上述实验结果的原因可能是对于聚氨酯力学性能的影响因素中,除交联密度外,还有分子量的影响。在线型结构中,高聚物的拉伸强度及断裂伸长率均随分子量的增加而增加,而在交联结构中聚氨酯的分子量既与交联密度相关,又与由分子间作用力导致的结晶结构有关,从而造成对力学性能的交叉作用。尤其是对粘结拉伸行为,分子量大小对聚氨酯与砼表面的扩散粘结产生显著影响,故而显示出复杂性。总体上说,随高分子量聚醚三元醇用量的增加,聚氨酯填缝剂的粘结拉伸强度和断裂伸长率有明显提高,但需超过各自的临界配比值。
3. 2 催化剂用量对聚氨酯填缝剂粘度的影响
粘度是聚氨酯填缝剂制备工艺中的重要控制因素,它不仅决定了产品的装料工艺,而且与产品的施工性能和贮存性能密切相关。经研究发现催化剂用量对于以高分子聚醚合成聚氨酯填缝剂的粘度有着非常明显的影响。实验表明,在其它工艺条件不变时,随催化剂的微量增加,填缝剂粘度将大幅度上升,结果如表3 所示。
实验中发现,不加催化剂,则填缝剂虽粘度小,但最终固化性能差,而且易开裂; 而当催化剂过量时,虽填缝剂力学性能良好,但因粘度过大而造成出料困难,且贮存期短。所以催化剂的用量是高分子
量聚醚合成聚氨酯填缝剂中的一个关键因素。
3. 3 溶剂对于聚氨酯填缝剂粘度的调节作用
单组分聚氨酯填缝剂采用高分子量聚醚合成时粘度大是一个明显的现象。为保证使用高分子量聚醚以使填缝剂达到更好的力学性能,又使粘度不妨碍正常的生产操作和产品的使用和贮存要求,加入
少量溶剂以调节粘度是一个简便有效的方法。实验表明,少量溶剂就能明显降低填缝剂的粘度,结果如表4 所示。
3. 4 单组分聚氨酯填缝剂的性能
一步法合成的单组分聚氨酯填缝剂经检验其工艺合理,操作规范,并保证最终产品的性能。
(1) 拉伸试验
拉伸(粘结拉伸) 试验结果如图5 所示,表明该填缝剂为低模量(0. 385MPa) 类橡胶物质。
(2) 单组分聚氨酯填缝剂典型产品的性能(见表5)
注: (1) 该标准指标为JC482 – 92《聚氨酯建筑密封膏标准》优等品值
(2) 该实侧值为上海市建筑材料及构件质量监督检验站实测的样品数据
4 结论
(1) 高分子量聚醚多元醇的应用能赋予单组分聚氨酯填缝剂良好的力学性能,尤其对提高填缝剂与砼的粘结拉伸延伸率具有明显的作用。当其与普通聚醚混用时,混合聚醚二元醇的配比与填缝剂的粘结拉伸性能呈单调变化,而混合聚醚三元醇的配比与填缝剂的粘结拉伸性能呈非单调变化,体现出一定的复杂性。
(2) 催化剂对于单组分聚氨酯填缝剂的粘度有明显的影响。选择适当的催化剂用量成为该填缝剂生产的关键因素。
(3) 使用少量溶剂能显著降低填缝剂的粘度。
(4) 采用一步法工艺合成的单组分聚氨酯填缝剂的各项性能均达到或超过行业标准,具备生产开发的条件。