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喷徐聚脲高性能防水涂料的开发
赵希娟，刘彦东，潘 关，冯晓军，郑 旗，仲晓林
(中冶集团建筑研究总院，北京100088)
0 前言
随着人们对环保的日益重视以及世界各国环保法规的日趋严格，开发无污染涂料、研究并采用新的施工技术成为各国涂装领域研究的重点。防水涂料的发展也顺应这一趋势，向着环保、高性能、多功能、采用新型施工方法的方向发展[1】。喷涂聚脲弹性体． (简称SPUA)技术[2-3]以其无溶剂、可厚涂、快速固化、施工周期短、立面不流挂、防水、耐磨、综合力学性能优异等特点成为近年来涂装技术的一个热点。喷涂聚脲是由异氰酸酯组分(简称A组分)与氨基化合物组分(简称B组分)反应而成。其中，A组分一可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物等；预聚物和半预聚物是由端氨基或者端羟基化合物与异氰酸酯反应而得，其中异氰酸酯可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。B组分一定是由端氨基树脂和端氨基扩链剂所组成；在端氨基树脂中，不得含有任何羟基成分和催化剂，但可以含有便于颜料分散的助剂。本文介绍一种通过配方设计和工艺参数的控制研制开发的物理力学性能和化学性能良好的聚脲弹性体防水涂料。
1 聚脲弹性体防水涂料的制备
1．1 原材料
异氰酸酯、聚醚多元醇、端氨基聚醚、液态胺扩链剂、颜填料和助剂等。
1．2 反应原理
聚脲反应实质是半预聚物与氨基聚醚及胺类扩链剂的反应(图1)。由于氨基聚醚活性很高以及N原子的碱性，反应不需要催化剂就能在极短的时间内剧烈放热并固化成型。
图1 聚脲合成反应式
1-3 制备工艺
聚脲弹性体防水涂料由A、B两个组分组成，其中A组分由异氰酸酯化合物与端羟基聚醚多元醇在60~80℃下保温数小时反应直至一NCO含量合格后，降温出料包装而成。B组分为色漆，它是由端氨基聚醚、颜填料等在密闭砂磨机中研磨至规定细度后，加人多元胺扩链剂、助剂等调制而成。A、B组分经过美国Gusmer公司的H一20／35型主机和GX一7型喷枪按体积比1：1喷涂形成聚脲防水涂膜，用于性能测试。要求A、B组分的设定温度应不小于65℃ ，动态压力应大于13．8 MPa，并且A、B组分的压力差小于1．38 MPa。
2 聚脲弹性体防水涂料的性能测试
2．1 性能测试方法
文中所涉及的测试项目的测试方法主要是参考以下几个标准：HG／T 3831—2OO6《喷涂聚脲防护材料》、GB／T 19250-2003《聚氨酯防水涂料》和GB／T16777- 1997(建筑防水涂料试验方法》。
2．2 测试结果
所得聚脲弹性体防水涂料的性能测试结果如表1所示。
表1 聚脲弹性体防水涂料性能测试结果
进一步考察了该材料的耐化学介质性能，介质分别为10％硫酸、20％硫酸、10％盐酸、20％盐酸、5％硝酸、10％磷酸、10％氢氧化钠、20％氢氧化钠、3％氯化钠、饱和食盐水等溶液。测试结果如表2所示。
3 分析与讨论
3．1 预聚物中异氰酸酯的选择
异氰酸酯基参与反应时，由于苯环是吸电子基，烷基是推电子基，所以芳香族异氰酸酯的反应活性比脂肪族异氰酸酯大得多，更有利于成膜反应的发生，从而有效避免水分的影响。在喷涂聚脲弹性体技术中，由于甲苯二异氰酸酯(TDI)的蒸气压低、气味大、毒性强，几乎无人使用。为了减少异氰酸酯的挥发对施工者和环境的损害，并考虑到异氰酸酯的反应活性，我们采用性能较好、挥发性低、毒性小的二苯甲烷一4，4 一二异氰酸酯(MDI)及其衍生物，例如碳化二亚胺改性MDI、氨酯改性MDI、脲酮亚胺改性MDI作为异氰酸酯组分。
3．2 端氨基聚醚的选择
端氨基聚醚主要采用二官能度的，适当加入三官能度的以增加交联密度，也有利于提高材料的防水和耐介质性能嘲。聚脲弹性体属于嵌段聚合物，端氨基聚醚与聚醚多元醇是软段组分，而硬段由多异氰酸酯与胺扩链剂组成。通过控制软／硬段的不同含量可以得到硬度不同、性能各异的弹性体[61。软段增加，体系的弹性增加，硬度下降；硬段增加，体系中的极性基团增多，形成更多的二级交联，从而大幅度提高涂层的抗介质腐蚀性能。通过试验选定端氨基聚醚在B组分中的质量比为50％-60％。
3_3 胺扩链剂的选择
目前常用的液态胺扩链剂是二乙基甲苯二胺(DETDA)，它是一种芳香族伯胺，其化学活性特别高，与A组分的反应速度相当快，从而使体系凝胶时间非常短，难以满足通用型的施工要求，但是它对材料的初始强度贡献比较大。另一种液体胺类扩链剂K，能够降低反应速度，延长凝胶时间，使涂层具有极好的流平性。同一种预聚体作为A组分，B组分中扩链剂分别用DETDA、K和DETDA+K所得到的3种试片的主要力学性能如表3所示。
从表3的数据可以看出，以DETDA和K作复合扩链剂制得的聚脲涂料性能要优于单独使用某一种扩链剂制得的聚脲涂料，因此选用两种扩链剂的复配，并且通过试验得到了合适的比例范围和相应的产品配方。
3．4 聚脲弹性体防水涂料的性能测试结果讨论
从表1可以看出，该喷涂聚脲弹性体防水涂料具有突出的物理力学性能、防水性、耐磨性和耐冲击性，各项技术指标都能够满足或远远超过HG/T 3831-2006(喷涂聚脲防护材料》中防水型和通用型及GB/T119250-2003(聚氨酯防水涂料》中的相关指标要求，并且耐磨和耐冲击性能优异，是一种高性能、多功能的防水涂料。为了进一步考察该材料的应用范围，对该材料的耐介质性能进行了更深一步的试验研究。将养护7 d后的试片分别浸泡在10％硫酸、20％硫酸、10％盐酸、20％盐酸、5％硝酸、10％磷酸、10％氢氧化钠、20％氢氧化钠、3％氯化钠、饱和食盐水等溶液中，室温浸泡7 d和30 d，考察其拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度的保持率。由表2的结果可以看出，该材料具有较好的耐腐蚀性能(10％盐酸、20％盐酸、5％硝酸溶液除外)。
4 结论
本文选择了绿色环保、施工效率高、综合力学性优异的喷涂聚脲作为研究对象，通过合理的配方设计和工艺参数控制得到了一种高性能的喷涂聚脲弹性体防水涂料，各项性能测试结果表明该材料不仅是一种高性能的防水涂料，还可应用于耐磨、防腐等领域。
