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聚氨酯防水涂料适用于桥梁、地下室、隧道、水池和卫生间等的防水，它的优点是弹性大、延伸率高、能适应地下微量变形、抗渗性能好、工期短。因此，近年来随着防水行业的发展，聚氨酯防水涂料的应用比例也逐年增加。粉煤灰是电厂产生的废弃物，它不仅占地而且污染环境，随着社会环保意识的加强，粉煤灰的综合利用越来越为人们所关注。粉煤灰价格低，如果可以用于聚氨酯防水涂料，对粉煤灰的治理和聚氨酯防水涂料的降本都是有利的。
1 理论分析
聚氨酯防水涂料的填料分固体和液体两种。液体填料以芳烃油、氯化石蜡和沥青为主。芳烃油和沥青中含有大量的轻组分，会造成涂料泛油，严重时会分层；氯化石蜡的成本太高，增大氯化石蜡的用量比例是不经济的。固体填料以轻质碳酸钙和滑石粉为主。如果可以找到一种低成本的吸油物质作为固体填料，且不会影响涂料的性能，这就是我们所需要的。
表1 和表2 是粉煤灰和滑石粉主要化学成分及性能的比较。从表1 可以看出，粉煤灰和滑石粉的化学成分相近，两者均以SiO2 为主，这为粉煤灰代替滑石粉提供了理论依据。从表2 还发现，粉煤灰的吸油率大于滑石粉，有利于解决聚氨酯防水涂料的泛油问题。滑石粉的密度较大，容易造成涂料的沉淀，因而所制成的涂料不易过久存放。密度小的固体填料可以延长涂料的存贮期。粉煤灰的密度小于滑石粉，用粉煤灰代替滑石粉作为聚氨酯防水涂料的填料有利于延长涂料的存贮期。粉煤灰的pH 值较滑石粉小，也为聚氨酯反应提供了稳定的化学环境。根据上述分析，粉煤灰代替滑石粉用于聚氨酯防水涂料，在理论上是可行的。
表1 粉煤灰、滑石粉的化学成分
表2 粉煤灰、滑石粉的主要性能
2 试验验证
2.1 主要原材料
2.1.1 聚醚多元醇
聚醚二元醇和聚醚三元醇作为合成聚氨酯的主要原材料，其外观为淡黄色或无色透明的黏稠液体，其羟值、黏度和分子量的大小对聚氨酯的性能有重要影响。
2.1.2 甲苯二异氰酸酯
甲苯二异氰酸酯（TDI）2，4 体中4 位的—NCO 远比2 位的—NCO 活泼，利用活性的差异，较易制造预聚物。本试验采用80%的2，4 体和20%的2，6 体的TDI 混合物。
2.1.3 化学助剂
化学助剂有很多种，包括催化剂、阻凝剂、分散剂、消泡剂、防霉剂、增溶剂、增塑剂等，它们在聚氨酯防水涂料的合成中用量虽少，但不同种类的助剂分别在涂料生产、贮存、涂装和成膜等不同阶段发挥不同的作用，对涂料和涂膜的性能有极大的影响。
2.1.4 固体填料
固体填料可以降低成本，同时提高聚氨酯防水涂料的抗拉强度、直角撕裂强度、耐磨性和抗老化性能。
2.1.5 石油沥青
石油沥青作为填料应用在聚氨酯防水涂料中，有助于提高防水涂料的性能。经过优选，本试验采用90# 重交道路沥青。
2.1.6 芳烃油
芳烃油作为填料用于聚氨酯防水涂料中，它有助于增加涂料的塑性。
2.1.7 溶剂
溶剂并不参与聚氨酯的反应，它在涂料成膜的过程中会挥发掉，但对成膜有很大的影响。如果溶剂挥发过快，那么涂膜既不会流平，也不会对基材有足够的湿润，因此不能产生很好的附着力；挥发过于迅速的溶剂，会导致由于迅速冷却而使湿膜表面的水蒸气冷凝而形成的涂膜泛白。如果涂料挥发太慢，不仅会延长干燥时间，同时涂膜会流挂，变得很薄。故试验中主要采用复配溶剂。
2.1.8 固化剂
固化剂为聚氨酯防水涂料合成中的主要原材料。本试验主要采用二胺类固化剂。
2.2 制备
2.2.1 预聚体A 组分的制备
将聚醚二元醇、聚醚三元醇和增塑剂真空脱水，降至合适温度后，加入TDI、催化剂、阻凝剂等反应1.5~2 h，降温至50~60 ℃出料。
2.2.2 预聚体B 组分的制备
将沥青、液体填料、粉体填料、分散剂等在120~130 ℃充分脱水，加入固化剂溶解，然后降温加入增溶剂、消泡剂、催化剂、防霉剂等，分散均匀后出料。
3 结果与讨论
3.1 粉煤灰加入量对聚氨酯防水涂料表观性能的影响
粉煤灰的加入量不同，对聚氨酯防水涂料的表观性能影响不同。粉煤灰的加入量占粉料总量的0%、20%、40%、60%、80%时，聚氨酯防水涂料的触变性、防沉性、泛油性和表观的变化如表3 所示。从表3 可以看出，试验范围内，随着粉煤灰用量的增大，涂料的表观性能均有明显改善。当粉煤灰的加入量占粉料总量的40%时，涂料的性能均已得到明显的改善，可以达到预期要求。
表3 粉煤灰加入量对聚氨酯涂料表观性能的影响
3.2 粉煤灰加入量对聚氨酯防水涂料拉伸强度的影响
粉煤灰加入量对聚氨酯防水涂料拉伸强度的影响见图1。从图1 可以看出，涂料的拉伸强度随着粉煤灰含量的增加而降低。当粉煤灰的加入量占粉料总量≤40%时，拉伸强度可以满足Ⅱ型多组分聚氨酯的标准要求（GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》标准，下同。标准要求拉伸强度≥2.45 MPa）；粉煤灰的加入量占粉料总量≤80%时，拉伸强度可以满足Ⅰ型多组分聚氨酯的标准要求（拉伸强度≥1.9 MPa）。
3.3 粉煤灰加入量对聚氨酯防水涂料直角撕裂性能的影响
粉煤灰加入量对聚氨酯防水涂料直角撕裂性能的影响见图2：粉料中粉煤灰的含量越大，聚氨酯防水涂料的直角撕裂强度越低。可以根据图2 所示规律，适当调整粉煤灰的比例，使防水涂料的直角撕裂强度满足标准的要求（Ⅰ型≥12 N/mm，Ⅱ型≥14 N/mm）。当粉煤灰的加入量占粉料总量≤40%时，聚氨酯防水涂料的直角撕裂性能可以满足标准要求。
3.4 粉煤灰加入量对聚氨酯防水涂料扯断伸长率的影响
粉煤灰加入量对聚氨酯防水涂料扯断伸长率的影响见图3：随着粉料中粉煤灰含量的增大，聚氨酯防水涂料的扯断伸长率出现了先增加后减少的趋势。根据标准要求，多组分聚氨酯扯断伸长率应≥450%，从图3 可知，当粉煤灰加入量占粉料总量≤40%时，聚氨酯防水涂料的扯断伸长率满足标准要求。
4 小结
综上所述，粉煤灰应用在聚氨酯防水涂料中，聚氨酯防水涂料的性能随着粉煤灰加入量的变化有如下特点：1） 拉伸强度随着粉煤灰加入量的增加而降低；2） 直角撕裂强度随着粉煤灰加入量的增加而降低；3）随着粉煤灰加入量的增加，扯断伸长率先增加后降低。在本研究范围内，粉煤灰的加入量占粉料总量的40%时，所制得的聚氨酯防水涂料的各项指标均符合GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》标准的要求，同时有效地降低了成本；加入量占粉料总量超过60%以后，所得产品的直角撕裂强度和扯断伸长率无法满足标准要求。粉煤灰用于聚氨酯防水涂料可以改善涂料的触变性，解决贮存期沉淀和泛油问题，还利于环保，但其应用尚属于试验阶段，产品各项性能还有待于进一步试验验证。
