喷涂聚脲用羟氨基聚醚的制备及性能研究

　聚脲弹性体是以异氰酸酯类化合物为Ａ组分、胺类化合物为Ｒ组分快速反应而成。异氰酸酯与胺基的反应速度极快，在数秒钟内就可完成。由于异氰酸酯的快速固化使反应免受环境温度和湿气的影响，且聚脲结构中脲键的氢键作用力特别强，所以聚脲有优秀的物理性能。喷涂聚脲成型技术是结构防水技术的最新发展，以其环保、耐化学腐蚀、高强度、高抗渗、无接缝等优点，更由于其便捷的施工工艺和环保性，显示出了传统防水、防护技术无可比拟的优越性。广泛应用于建筑、交通、水利化工机电、环保等领域，尤其对城际轨道交通、高铁桥梁混凝土面防水具有超越几乎所有现有材料的优越特性，有着广泛的应用领域和前景。

该体系如此快的反应速度带来一系列的问题：（１）表观有“橘皮”现象；（２）与底材的浸润时间短，附着力差。且某些场合需要降低反应速度以提高可操作性能。因此降低聚脲的反应速度成了喷涂聚脲弹性体的研究热点，目前有如下的方法：（１）用高２，４′－ＭＤＩ含量的半预聚体。（２）配方中合理的使用仲氨类扩链剂。（３）使用仲氨类的氨基聚醚，Ｈｕｎｔｓｍａｎ公司已经有商业化的产品。即使采取上述措施，业界普遍认为聚脲的附着力不够好。而且端氨基聚醚的合成还需要高温高压临氢，对设备的要求较高，价格较贵，端氨基聚醚目前需要进口。

根据聚脲的缺点开发了带有仲羟基和仲氨基的聚醚，这种集两种不同官能团的聚醚，在降低反应速度的同时，也不会有产生流挂现象，反应后会有部分的仲羟基可以和底材形成氢键，大大提高了喷涂聚脲的附着力。且羟氨聚醚反应在常温常压下进行，对设备的要求较低，羟氨聚醚的价格比端氨基聚醚便宜，实现了国产化，使得喷涂聚脲弹性体这种全新的材料和施工技术可以在我国大规模的使用奠定了基础。
 

１　实验部分

１．１　主要原材料

聚丙二醇二缩水甘油醚，羟氨基聚醚（当量６００），深圳飞扬实业有限公司；单体脂肪胺，试剂；二苯基甲烷二异氰酸酯（ＭＤＩ－５０），烟台万华聚氨酯股份有限公司；端氨基聚醚（Ｄ－２０００，当量１０００），美国ｈｕｎｔｓｍａｎ 公司；二乙基甲苯二胺（Ｅｔｈａｃｕｒｅ１００），美国Ａｌｂｅｍａｒｌｅ公司；Ｎ，Ｎ，－二烷基亚甲基二苯胺（ＵＮＩＬＩＮＫ　４２００），美国ＵＯＰ公司。

１．２　工艺过程

１．２．１　异氰酸酯组分（Ａ组分）的制备

将ＭＤＩ－５０加入到装有搅拌器、温度计、氮气入口的四口烧瓶中，聚丙二醇二缩水甘油醚ＰＰＧ２０００慢慢滴入到瓶中，６０－７０℃下，反应到ＮＣＯ％大约为１５％～１６％，反应停止。

１．２．２　羟氨聚醚的制备

ＰＰＧ２０００和脂肪胺在６０－１２０℃反应４ｈ，得到透明液体。

１．２．３　胺基组分（Ｒ组份）的制备

脱水后的颜填料、助剂及氨基聚醚在三辊研磨机上研磨。将研磨好的浆料投入到反应釜中，加入剩余的氨基聚醚及扩链剂，混合均匀。

１．２．４　喷涂设备及工艺参数

实验所用的喷涂设备是美国Ｇｒａｃｏ公司生产的ＥＸＰ主机和Ｆｕｓｉｏｎ　ＡＰ 喷枪。主要喷涂工艺参数为：压力６０～７０ｋｇ／ｃｍ２，物料温度６０～７０℃。

１．３　测试方法

１．３．１　傅里叶红外光谱测定

ＦＴＩＲ用Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　Ｏｎｅ傅立叶变换红外光谱仪（Ｐｅｒｋ　ｉｎＥｌｍｅｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）测定，采用ＫＢｒ研片涂膜法。

１．３．２　差示扫描量热分析（ＤＳＣ）

用ＮＥＴＺＳＣＨ　ＤＳＣ　２０４ＤＳＣ，在氮气气氛下进行测试，温度为－１２０－３００℃，升温速率为１０℃／ｍｉｎ。

１．３．３　热失重分析（ＴＧ）

用Ｑ５００ＴＧ，氮气气氛下进行测试，温度为室温到８００℃，升温速率为１０℃／ｍｉｎ。

１．３．４　力学性能测试

按照国标ＧＢ／Ｔ５２８－１９９８和ＧＢ／Ｔ５２９－１９９用电子万能试验机测定聚脲的力学性能。

２　结果与讨论

２．１　合成路线

制备羟氨基聚醚的反应式如下：

２．２　羟氨基聚醚结构分析

羟氨基聚醚的结构用ＦＴＩＲ测试，如图１。

由图１可知，３４５４．３ｃｍ－１处有１个单且尖锐的吸收峰与仲氨基的红外吸收峰相符（仲胺基的吸收峰为３３００ｃｍ－１，由于吸电子基团醚键存在，使它红移），于１６３７．５ｃｍ－１处有１个吸收峰与Ｎ－Ｈ的伸缩振动峰相符。振动频率１０１４．５ｃｍ－１处吸收峰与醚键的吸收峰相符。

２．３　配方设计

按照喷涂聚脲弹性体配方设计的基本原则，异氰酸酯指数为异氰酸酯基与胺基的摩尔比值，在１．０５－１．１０之间［８］，本文的３个配方的异氰酸酯指数都为１．０５。

Ａ组分与Ｒ组分的体积比应为１∶１，Ａ、Ｒ组分的密度比是１．０５∶１，计算Ａ、Ｒ组分的质量比为１．０５∶１，本方法３个配方均采用Ａ、Ｒ组分的质量比为１．０５∶１。

按照上述配方设计的原则，把羟氨聚醚按当量全部和部分代替端氨基聚醚Ｄ－２０００，其配方如表１。