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0 前言
防水涂料发展至今，已形成了聚氨酯、聚脲、水性单组分丙烯酸防水涂料、JS 防水涂料等系列产品，每种产品都有自己的优点和缺点[1-2]。随着人们对环保和低碳的要求越来越高，迫切需要环境更友好、使用更方便、性能更全面的防水涂料产品。本文介绍了一种新型防水涂料———硅烷杂化聚氨酯防水涂料，该产品具有上述优点，是一种高性能无溶剂环保型单组分防水涂料。
1 硅烷杂化聚氨酯防水涂料的组成
硅烷杂化聚氨酯防水涂料的核心成分是硅烷杂化聚氨酯，其分子结构如图1 所示。在其分子结构中，每个分子中含有2 个氨酯键，两端各连有1 个硅烷氧基团，中间是柔软的聚醚链段，它把有机硅和聚氨酯完美地联结在一起。该防水涂料的其他成分包括颜料、填料、脱水剂、增稠剂、防老化剂和催化剂等。
2 硅烷杂化聚氨酯防水涂料的固化原理
2.1 硅烷杂化聚氨酯的合成
两端带羟基的聚醚通过与α 异氰酸酯硅烷反应生成硅烷杂化聚氨酯，其反应过程如图2 所示。
该反应通过传统的生产工艺就可以进行，反应完全，几乎没有任何副反应，低分子量的α 异氰酸酯硅烷沸点较低，很容易与硅烷杂化聚氨酯分离，在硅烷杂化聚氨酯中完全无游离异氰酸酯释放。该反应几乎不会导致产物黏度的上升，硅烷杂化聚氨酯仍然保持很低的黏度（由于羟基聚醚分子间没有氢键缔合，所以其黏度比同分子量的羟基聚氨酯低得多，甚至是在用硅烷封端之后），所以用其配制防水涂料时，完全不需要添加溶剂就可以达到适宜的施工黏度。
在上述反应中采用了α 异氰酸酯硅烷（异氰酸酯与硅原子间隔1 个碳原子）与端羟基聚醚反应，而没有采用γ-硅烷（异氰酸酯与硅原子间隔3 个碳原子），这是因为α-硅烷的活性更高。α-硅烷和γ-硅烷的结构见图3。在α-硅烷中，由于推电子基团X（如—N，—O）仅被1 个亚甲基所阻隔，烷氧基被激活，使得其交联反应速度大大提高，称之为α-效应（图4）。这也是α-硅烷和γ-硅烷之间最大的区别。
与此同时，当α-硅烷和有机聚合物反应相连后，依旧可以保持其高活性的特点。因此，在相同条件下，α-硅烷封端的聚合物的活性和交联速度远大于γ-硅烷封端的聚合物，导致相对活性较低的α-二甲氧基硅烷或α-三乙氧基硅烷的活性仍高于三甲氧基γ-硅烷封端聚合物的活性（图5）。
因此，在硅烷杂化聚氨酯防水涂料的配方中，不需要添加有机锡催化剂，就可以实现涂料在常温下的快速固化。这是其不同于聚脲和聚氨酯的一个优点，通常在聚脲和聚氨酯防水涂料中需要添加有机锡催化剂来加快其固化速度。
2.2 硅烷杂化聚氨酯的固化
硅烷杂化聚氨酯的固化机理如图6 所示，聚合物与空气中的水气反应，生成硅醇和小分子醇，硅醇与硅烷氧基反应，再脱除小分子醇，自交联生成有机硅的高分子结构。该反应生成的是热固型高分子化合物，其结构中含有Si—O—Si 结构、聚醚结构、氨酯结构，因此属于化学杂合物，不熔不溶，具有很高的化学惰性。该反应不同于单组分聚氨酯的潮气固化机理，由于反应的副产物是醇，而不是二氧化碳，醇能溶解于聚合物中，所以，该涂料即使厚涂也不会产生气泡。
3 硅烷杂化聚氨酯防水涂料的性能特点
硅烷杂化聚氨酯防水涂料结合了有机硅聚合物和聚氨酯的优点，摒弃了两者的不足。该产品具有以下性能优势：
1）环保。不含游离的异氰酸酯单体，不含有机锡化合物催化剂，无溶剂（在单组分聚氨酯中通常含有10%～20%的溶剂），不含邻苯二甲酸酯类的增塑剂。
2）耐候性好。由于其分子结构中不含有苯环，同时含有有机硅结构，所以该涂料具有极好的耐老化性和耐紫外线性能。
3）厚涂无气泡。该涂料虽然是湿气固化机理，但不会产生二氧化碳，厚涂不会产生气泡。
4）无味。由于该涂料中不含有机溶剂，也不含低分子的有机胺，所以气味极轻微。
5）弹性好。有机硅高分子的结构和聚醚结构使得该产品具有一定的弹性，而且可以根据要求进行调整，因此该涂料可以遮盖裂缝。
6）透气性好。在涂层厚度为2 mm 时，仍然具有呼吸透气性，不会因底材含水率高而出现空鼓现象。
7）快干。表干时间约1 h，实干时间约3 h，保证工程能快速进入下一道工序。
8）优异的防腐性。完全固化的涂膜可耐酸、碱、海水和其他有机溶剂等大部分腐蚀介质的长期接触。
9）产品保质期长。在密闭的容器中可长期存放，保质期超过一年以上，表面不会结皮。
10）单组分产品，无需现场调配，开罐即用。
11）施工方便，无需特殊的施工设备，可刷涂、滚涂和喷涂（图7）。
12）防水涂膜能长期承受－40～80 ℃的恶劣环境。
13）对各种底材均具有优异的附着力，无需底漆，甚至在旧基材和潮湿基面上也有出色的附着力。
14）产品可以配制成用户所需的各种颜色。
硅烷杂化聚氨酯防水涂料的主要性能指标见表1。
4 硅烷杂化聚氨酯防水涂料的应用
硅烷杂化聚氨酯防水涂料在各种基材表面都具有优异的附着力，如混凝土、水泥砂浆、玻璃、瓷砖、木材等，也可以用于各种金属表面，如铝板、钢板、镀锌板、铜板等。在涂于上述表面时，一般无需底漆就可以直接使用，甚至在潮湿的基面上也可直接使用，但不建议用于有明显积水的表面。硅烷杂化聚氨酯防水涂料可适用于各种建筑物的防水，如屋顶、排水槽、水管接口、地下室和卫生间，并可填补屋顶和墙面的裂缝；也可以用于混凝土工程的防水，如混凝土桥梁、隧道等，以及有腐蚀介质的混凝土工程的防水，如污水池等。
5 结语
硅烷杂化聚氨酯防水涂料是一种以硅烷杂化聚氨酯为基础聚合物的新型单组分防水涂料，开罐即用，施工方便，VOC 排放极低；产品性能可调性强，从高弹性涂料到柔性涂料可随意调节，涂料的干燥时间也可调节，从极快干到慢干；防腐蚀性能优异，可耐各种化学介质；结合了有机硅聚合物和聚氨酯的优点，通用性强，可适用于各种基材。
综上所述，硅烷杂化聚氨酯物防水涂料具有优异的综合性能及环保性能，推广和应用前景可期。
