一步法合成单组份聚氨酯弹性填缝剂的探讨

郭　青1 , 　吴　蓁2

(1 上海市建筑科学研究院,上海200032 ;2 上海应用技术学院材料工程系,上海200233)

前　言

聚氨酯填缝剂(密封胶) 广泛应用于建筑、汽车等行业,销售上建筑业位居第一。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,具有粘接和密封双重功能。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。单组份潮气固化型聚氨酯弹性填缝剂可在室温下固化,施工简便,适合流水线生产,具有良好的延伸性、粘接性和耐候性,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,其合成和混合同时进行,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,故填料与聚氨酯的分散混合效果好,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。

1 　实验部分

1. 1 　主要原材料

普通聚醚二元醇、三元醇( 分子量为2000 ～3000) :工业级,国产高分子量聚醚二元醇、三元醇(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

1. 2 　合成

将混合聚醚和研磨至一定细度的填料放入四口烧瓶中于120 ℃下减压2 小时搅拌脱水至达到规定水份含量(水份分析按Karl – Fischer 法电位滴定) ,在烧瓶中依次加入溶剂,TDI 和催化剂,90 ℃下反应3～4 小时。当反应达到规定的- NCO %( – NCO %值按正丁胺法测定) 后,减压脱泡,再加入增塑剂等各类助剂,混合,降温,出料,制得颜色任配的粘稠膏状物。

1. 3 　测试

1. 3. 1 　聚氨酯填缝剂的性能测定

填缝剂制样固化条件为在23 ±2 ℃,65 ±20 %相对湿度的标准条件下,在标准尺寸的粘接基材间浇铸成模,固化28 天。性能按《JC482 – 92 聚氨酯建筑密封膏标准》测定,拉伸性能测定的粘结基材为砂浆块与砂浆块。

1. 3. 2 　粘度测定

标准条件下,用NDJ – 1 旋转粘度计测定

2 　结果与讨论

2. 1 　高分子量聚醚多元醇用量对填缝剂力学性能的影响

2. 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。

注3:A 为普通聚醚二元醇,B 为高分子量聚醚二元醇,A/ B为当量比,该值变化时, – NCO %、三羟基聚醚及其它组份含量均保持不变。

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。同时随分子量增加,分子链扩散速度降低,显然对砼的粘接强度是不利的。

2. 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1、图2 所示。

注3:C 为高分子量聚醚三元醇,D 为普通聚醚三元醇,C/ D为当量比,该值变化时, – NCO %、二羟基聚醚及其它组份含量均保持不变。

　　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均出现先降后升的结果。在性能- 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。出现上述实验结果的原因可能是对聚氨酯力学性能的影响因素中,除交联密度外,还有分子量。聚氨酯交联结构中分子量与交联密度既相关,又对力学性能交叉作用。尤其是对粘结拉伸行为,分子量的大小又对聚氨酯与砼表面的扩散粘结产生显著影响,故而显示出其复杂性。总体上说,随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,但需超过某一配比临界值。

2. 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程中的重要控制因素,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。而锡类催化剂用量经研究发现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。