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铁路混凝土桥梁桥面防水层是提高桥梁耐久性的重要技术手段，防水层的质量直接影响到桥梁的使用寿命，其中，防水材料和混凝土桥面面层之间的粘结性能或粘贴效果对防水的效果和成败影响较大。2007 年4 月5 日，铁道部科学技术司根据国外高速铁路桥梁防水层的应用情况、最新试验研究结果以及施工单位在制作防水层过程中所反映的意见，对《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》（科技基函[2005] 101 号）进行修订，在技术条件中增加了高聚物防水材料的各项要求，发布了《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》（修订版）（以下简称客专技术条件）。该客专技术条件是根据运行速度250～350 km/h 的客运专线对桥梁结构耐久性的要求和桥梁构造特点制定的，综合考虑了TQF-Ⅰ型防水层的使用经验和客运专线防水层的铺设经验，以及相关防水材料最新颁布国标和该领域内的最新科研成果。
客专技术条件中对粘贴卷材用聚氨酯防水涂料提出了如下性能要求：拉伸强度≥3.5 MPa，断裂伸长率（无处理）≥450%。我公司根据市场需要，在现有设备、原料和技术的基础上，自主研发了一种非焦油型无溶剂粘贴卷材用高强度聚氨酯防水涂料，满足了上述要求。
1 实验部分
1.1 主要原料
甲苯二异氰酸酯（TDI），工业纯，上海巴斯夫聚氨酯有限公司；聚氧化丙烯三醇（聚醚N3050），相对分子质量为3 000±100，羟值54～58 mg KOH/g，聚氧化丙烯二醇（聚醚DL2000），相对分子质量为2 000±100，羟值52～60 mg KOH/g，工业纯，上海高桥石油化工有限公司；3，3-二氯-4，4-二氨基二苯基甲烷（MOCA），工业纯，苏州前进化工厂；石油树脂、滑石粉、轻质碳酸钙、高岭土、消泡剂等，均为市售。
1.2 聚氨酯防水涂料的制备
在带有高速搅拌机、温度计的三口瓶中加入计量聚醚N3050 和聚醚DL2000，加热，在（110±5）℃下减压脱水1 h。然后降温至60 ℃以下，加入计量的TDI，反应30 min 后升温，在75~80 ℃下继续反应3 h，降温密封保存，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚体，即A 组分。
将固化剂MOCA 和N3050、固体填料滑石粉、消泡剂、高岭土和轻质碳酸钙、液体填料石油树脂按一定比例和顺序加入密封反应釜中，在（110±5）℃下减压混合2 h，降至室温，再通过三辊研磨机研磨2～3遍，即制得B 组分。
1.3 力学性能测试
取A、B 组分按照1∶1.5（质量比）的比例混合，在标准实验条件[（23±2）℃，湿度（50±5）%]下成膜养护168 h。然后切成标准哑铃型试样， 按照GB/T19250—2003《聚氨酯防水涂料》，采用江都市明珠实验机械厂的MZ-2000C 型拉伸试验机测试涂膜的拉伸强度和断裂伸长率。
2 结果与讨论
2.1 涂膜性能测试结果
本实验室设计的粘贴型高铁专用高强度聚氨酯防水涂料性能的测试结果见表1。
该粘贴型高铁专用高强度聚氨酯防水涂料各项指标完全能满足高速铁路道桥防水设计要求，且配方中不添加再生橡胶和煤焦油，不使用任何溶剂，有利于环境保护和工人健康。
2.2 异氰酸酯含量对涂料力学性能的影响
预聚体A 组分中异氰酸酯（—NCO）的含量，是影响聚氨酯防水涂料力学性能的关键因素，通过预聚体中—NCO 含量的调整，可以改善聚氨酯防水涂料的力学性能。实验结果表明，随着—NCO 含量的提高，涂膜的力学强度明显提高，但是同时也会造成涂膜弹性和柔韧性的降低，以致延伸率下降（见图1、图2）。因此，可以根据配方的不同设计要求来确定适合的—NCO 含量。
2.3 固化剂掺量对涂膜性能的影响
以MOCA 和聚醚三元醇N330 作为聚氨酯防水涂料的固化剂，研究了这2 种固化材料对聚氨酯涂膜物理性能的影响，结果见表2。
从表2 可以看出，随着MOCA/N330 比例的增大，聚氨酯防水涂膜的拉伸强度明显增大，而断裂伸长率呈现先增大而后明显减小的规律。MOCA 中含有刚性链段苯环，随着MOCA 用量的增加，分子链中刚性链段增加，所以其拉伸强度增大；同时断裂伸长率会减小。结果说明，MOCA/N330 在一定比例范围内（0.70/0.30~0.85/0.15），聚氨酯的拉伸强度和断裂伸长率是同时增加的，一旦超出这个范围，只有拉伸强度随着分子链中刚性链段的增加而增加，断裂伸长率则减小。此外还可以发现，MOCA 用量对聚氨酯涂料表干时间影响比较大，表干时间随着MOCA/N330 比例增大而显著缩短。这是因为MOCA 中的氨基分子反应活性比较高，不需要催化剂也能迅速与—NCO 发生缩合反应。因此可以通过改变MOCA 的掺量来调节聚氨酯防水涂料的表干时间，以满足不同的施工需要。
2.4 催化剂对涂膜力学性能的影响
催化剂是聚氨酯防水涂料生产中一类非常重要的助剂，在聚氨酯防水涂料固化成膜过程中，固化反应速率不仅受到原料和结构的影响，也受到相应催化剂的影响，催化剂强烈地影响着反应混合物的流动性、表皮区的形成、泡孔消除等工艺参数。本文探讨了NCO/OH 型催化剂PB201 对聚氨酯防水涂料不同时期的性能影响，结果见图3、图4。
从实验结果来看，催化剂PB201 使聚氨酯防水涂料的早期拉伸强度明显提高，断裂伸长率下降。本产品为双组分聚氨酯，通过A 组分与B 组分反应生成含有氨酯基和脲基的长链分子，但是由于催化剂的加入加速了涂料的固化，使表干时间缩短，从而减小了分子链的长度，使产品中的低分子成分增加，高分子成分减少；而低长度分子链有利于强度，高长度分子链有利于断裂伸长率。所以随着催化剂成分的增加，聚氨酯防水涂膜的断裂伸长率下降，拉伸强度增加。
3 结论
通过标准实验室检测，该粘贴型高铁专用高强度聚氨酯防水涂料的各项性能指标完全满足客专技术条件的要求，且表干时间可以根据季节变化进行调整，以满足不同的施工需要，具有较为广阔的市场前景。通过大量试验发现，随配方设计中的各成分的变化，该产品的力学性能呈现不同的变化规律：
1）随着—NCO 含量的提高，涂膜的机械强度明显增加，但是同时也会造成涂膜的弹性和柔韧性降低，延伸率下降。
2）随着MOCA/N330 比例的增大，分子链中刚性链段增加，是涂膜的拉伸强度明显增大, 而断裂伸长率呈现先增大而后明显减小的规律。
3）催化剂的加入加速了涂膜的固化，使表干时间缩短，从而减小了分子链的长度，以致随着催化剂含量的增加，涂膜的拉伸强度增加，延展性、断裂伸长率下降。
