引言


    聚氨酯材料由于具有优异的物理化学性能， 满足高速铁路用材料的要求，以聚氨酯为基础，可制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、黏合剂等，在轨道交通的防震减噪、防水、灌封等方面有着广泛的应用。随着近年来高速铁路的快速发展， 聚氨酯防水涂料在高铁工程项目中应用越来越广泛，《铁路混凝土桥面防水层技术条件》中严格规定了直接用作防水层


    的聚氨酯防水涂料的拉伸强度≥6.0 MPa， 断裂伸长率≥450%。本文基于这一标准要求，探讨了聚氨酯涂料中聚醚、异氰酸酯、交联剂、助剂对聚氨酯防水涂料的影响， 制备了一种满足标准要求的高强度聚氨酯防水涂料。


    1 试验部分


    1.1 原材料


    聚醚多元醇（ DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG） ：工业级，山东蓝星东大化工有限责任公司；甲苯二异氰酸酯（ TDI） ：工业级，拜耳材料科技（ 中国） 有限公司；氯化石蜡（ 52#） ：工业级，南京荣基化工有限公司；煅烧滑石粉（ 1 250 目） ：工业品，阳山县华兴精细微粉厂；邻苯二甲酸二丁酯（ DBP） ：工业品，广州市壮达化工有限公司；3，3'-二氯-4，4'-二氨基二苯基甲烷（ MOCA） ：工业品，湘园特种精细化工有限公司；辛酸亚锡（ T-9） ：工业级，上海雨田化工有限公司；防老剂BHT264：工业级，德国YOUNGING（ 洋樱） 集团。


    1.2 基本配方


    A、B 组分的基本配方见表1。

 

    1.3 制备工艺


    A 组分： 将聚醚DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG 按一定比例加入四口烧瓶中， 升温至110 ℃并保持压力在-0.085 MPa 以下脱水2 h， 降温至80 ℃，加入TDI 反应3 h，降温出料即可。


    B 组分： 将氯化石蜡、DBP、EP-330NG、MOCA、滑石粉等按一定比例分散好，加入到四口烧瓶中，升温至110 ℃脱水2 h，降温至50 ℃，加入T-12、BHT264 搅拌均匀即可出料。


    1.4 主要仪器


    电热鼓风干燥箱：DHG-9070，上海浦东荣丰科学仪器有限公司；低温试验箱：DX-40，天津港源试验仪器厂；标准养护箱：JBY-30B，沧州科达路桥试验仪器厂；电子万能拉力试验机：WDW-5 型，广州澳金工业自动化系统有限公司。


    1.5 性能测试


    将A、B 组分按质量比1 ∶ 1 混合搅拌3 ~ 5 min 制膜，在标准试验条件（ 温度（ 23±2） ℃，相对湿度（ 60±15）%） 下养护并检测。性能测试按照TB/T 2965—2011 《铁路混凝土桥面防水层技术条件》进行物理性能测试。


    2 结果与讨论


    2.1 涂料主要性能检测结果


    按上述A、B 组分基本配方合成高强度聚氨酯防水涂料，按照TB/T 2965—2011 进行物理性能测试，结果见表2。
 

    表2 检测结果显示， 该涂料各项物理性能指标均达到标准要求，而且性能良好。


    2.2 NCO 含量对涂料性能的影响


    B 组分配方固定， 制得NCO 含量不同的A 组分，


    与B 组分按质量比1 ∶ 1 混合制膜，检测其强度和延伸率，结果见表3。

 

    由表3 可知， 当NCO 含量增加，A 料中刚性链段增加，极性基团增多，易于形成氢键，涂膜后交联密度增大，试样较硬，拉伸强度则比较大。但刚性链段的增加限制了分子链在拉伸过程中的运动， 使得涂膜后延伸率减小。为使涂料综合性能突出，试验中A 组分的NCO 含量应控制在8.0% ~ 8.5%。


    2.3 聚醚多元醇对涂料性能的影响


    在聚醚二元醇DL-1000D、DL-2000D 物质的量比一定的条件下， 不同的二元醇与三元醇的物质的量比合成A 料， 保持预聚体中NCO 含量不变，2 种聚醚的物质的量比对涂膜性能的影响见表4。

 

    由表4 可以看出， 物质的量比增大， 涂膜强度减小，断裂伸长率增大。原因是聚醚二元醇以直链为主，主要提升延伸性能， 聚醚三元醇在与TDI 反应时，起交联作用， 主要增加涂膜的强度。所以在配方优选时， n（ 二元醇） /n（ 三元醇） 物质量比控制在14 ~ 15，制得的涂料涂膜性能良好。


    2.4 B 组分中固化剂MOCA 含量对涂料性能的影响


    MOCA 可以在聚氨酯、聚脲类制品的生产中作为扩链剂、固化剂使用。不同MOCA 含量制得的B 组分与NCO 含量为8.0%的A 组分按1 ∶ 1 制膜，测得涂料涂膜性能结果见表5。

 

    从表5 可以看出，MOCA 含量增加， 反应加快，使得表干时间缩短，拉伸强度增加，而断裂延伸率则先增大后减小。原因是改性MOCA 交联剂中含有4 个活泼氢原子，活性高，反应后交联密度大，且带的苯环是属于刚性链段，随着用量增加，刚性链段增加，强度增强，断裂延伸率则是增加到一定程度后开始下降， 作为配方优选，MOCA 含量应控制在12% ~ 14%，制得的涂料涂膜性能优异。


    2.5 B 组分中抗氧剂含量对涂料热老化性能的影响


    聚氨酯防水涂料成膜后，在光和热的作用下，分子中的部分直链和基团会分解断裂，造成涂膜性能下降。在配方中加入一定量的抗氧剂， 能有效地减缓性能的老化过程，目前聚氨酯涂料常用的抗氧剂是受阻酚类。B 组分中抗氧剂BHT264 含量对涂料热处理性能的影响见表6。

 

    从表6 中可以看出，随着抗氧剂含量的增加，涂膜的热处理强度保持率和热处理延伸率都增大， 使得聚氨酯涂膜的耐热性能得到大幅提升， 当增加到2.0%后，热处理性能变化不大，作为配方优选，BHT264 应控制在1.5% ~ 2.0%。


    2.6 聚氨酯防水涂料黏度变化对施工性能的影响


    聚氨酯防水涂料在施工时，需将A、B 组分按一定的配比混合搅拌均匀后方可施工，A、B 组分在混合后，就开始反应，黏度随时间而增大，黏度增大过快，将影响施工的涂刮性能。所以，在配方研制过程中，需要适度控制反应的速度来控制涂料混合后的黏度， 使涂料具有更好的施工性能。通过调节催化剂的含量，室温（ 25 ℃） 下测试涂料在A、B 组分混合后30 min 的黏度变化见图1。


 

    从图1 中可以看出，催化剂T-9 含量在0.05% ~0.10%时，A、B 组分混合30 min 后， 黏度在20 000 ~30 000 mP·s，且黏度变化平稳，不会急剧增大，涂料的涂刮性良好。T-9 含量大于0.1%后，涂料黏度急剧增大， 不利于施工， 所以在该体系中T-9 含量应控制0.05% ~ 0.10%。


    3 结语


    本试验重点分析了NCO 含量、二元醇与三元醇物质的量比、MOCA 含量、抗氧剂含量对涂膜性能的影响，还讨论了催化剂T-9 含量对A、B 组分混合后黏度的影响。经测试结果对比，该铁路用高强度聚氨酯防水涂料配比中，NCO 含量为8.0%~8.5%、n（ 二元醇）/n（ 三元醇） 物质的量比在14 ~ 15、MOCA 含量在12% ~14%、抗氧剂BTH264 含量在1.5% ~ 2.0%、催化剂T-9含量0.05% ~ 0.10%时制得的聚氨酯防水涂料物理性能和施工性能达到最佳。