道桥专用高强度聚氨酯防水涂料的研制

1、道桥专用高强度聚氨酯防水涂料的研制屈友方（胜利油田大明新型建筑防水材料有限责任公司，山东东营257000）摘要：介绍了道桥专用双组分高强度聚氨酯防水涂料的研制过程，对影响该涂料力学性能的因素进行了讨论，并简单介绍了其在客运专线上的应用。关键词：道桥桥面防水工程；聚氨酯防水涂料；低温弯折性文章编号：1007497X（2010）05001303中图分类号：TU56+1.65文献标识码：A根据铁路中长期发展规划，到2020年，我国将建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及3个城际快速客运系统，建设快速客运专线1.6万km以上。国内高速铁路的发展对防水材料提出了更高

2、的技术要求，2007年4月11日，铁道部科学技术司根据国外高速铁路桥梁防水层的情况、国内最新试验研究结果以及施工单位在施作防水层过程中所反映的意见，修订并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）（科技基200756号，以下简称“暂行技术条件”）。本课题以“暂行技术条件”为执行标准，研制出了公路桥梁和铁路桥梁桥面通用的道桥专用高强度聚氨酯防水涂料。该涂料由甲苯二异氰酸酯（TDI）和聚醚多元醇加成聚合反应，合成带有NCO的预聚体（A组分）；由氨基固化剂、固体填料、催化剂、增塑剂等混合成B组分。使用时将A、B组分按比例混合，发生固化反应，形成聚氨酯防水涂膜。1 实验部分1.

3、1主要原材料及来源聚醚DDL1000、DL2000、N3050，山东东大；TDI，沧州化工；氯化石蜡、邻苯二甲酸二辛酯（DOP），天津慧鑫达；重质碳酸钙、白水泥、滑石粉、轻质碳酸钙，山东本地厂家；3,3二氯4,4二氨基二苯基甲烷（MOCA），杭州崇舜；功能性助剂，山西建科院。1.2制备在带有高速搅拌机、温度计的三口瓶中加入计量好的聚醚DDL1000、DL2000和N3050，加热至110±5，减压脱水1 h，再降温至70，加入计量的TDI，升温并控制温度在80±5，反应3 h，得到NCO封端的聚氨酯预聚体，即A组分，降温密封保存。在带有高速搅拌机、温度计

4、的三口瓶中加入液体填料氯化石蜡、粉体填料滑石粉和轻质碳酸钙以及聚醚N3050，在135±5减压脱水1 h，然后加入固化剂MOCA和功能性助剂，减压混合0.5 h后，降至60，再通过三辊研磨机研磨23遍，即制得B组分，密封保存。1.3生产工艺A组分和B组分的生产工艺流程见图1、图2。聚醚多元醇减压脱水聚合检验-NCO含量冷却，包装TDI图1 A组份生产工艺流程液体填料，135140脱轻组分粉体填料，140±5脱水降温120125，反应23h降温至60左右出料助剂图2 B组份生产工艺流程1.4力学性能测试取A、B组分按照12（质量比，下同）的比例混合，在标准

5、实验条件下23±2，湿度（50±5）%成膜，并养护168 h。将涂膜切成标准哑铃型试样，按照“暂行技术条件”测试涂膜的力学性能。2 结果与讨论2.1聚醚DDL1000、DL2000和N3050质量比的确定在实验中保持A组分游离NCO含量和B组分配方不变，将DDL1000、DL2000和N3050按不同比例进行实验，结果如表1所示。表1聚醚质量比对涂膜力学性能的影响项目DDL1000、DL2000和N3050的质量比63184110511261拉伸强度/MPa3.125.527.518.6断裂伸长率/%761641560450撕裂强度/(N/mm)3234

6、3836实验表明，在体系中随着小分子量聚醚（DDL1000和DL2000）含量的增加，涂膜的拉伸强度呈上升趋势，而断裂伸长率呈下降趋势。因此，在制备道桥专用高强度聚氨酯防水涂料的预聚体时要调整合适的聚醚比例。实验表明，mDDL1000mDL2000mN3050=1051时制得的聚氨酯防水涂料性能较好，超过“暂行技术条件”的要求。2.2游离NCO含量的确定在实验中保持B组分的配方不变，改变A组分中游离NCO的含量，得到游离NCO含量变化对涂膜力学性能的影响，结果见表2。表2游离NCO含量对涂膜力学性能的影响项目NCO含量/%4.55.56.57.07.58.5拉伸强度/MPa2.634.356.

7、827.427.406.71断裂伸长率/%480581683762692482实验表明，随着游离NCO含量的增加，涂膜的力学性能总体呈上升趋势，游离NCO的含量在6.5%7.5%时，涂膜的力学性能较为稳定。2.3 B组分中OH和NH2总含量的确定在A组分配方相同的情况下，改变B组分中OH和NH2的总含量，其对涂膜力学性能的影响如表3所示。表3B组分中OH和NH2总含量对涂膜力学性能的影响项目OH和NH2总含量/%13.415.617.2拉伸强度/MPa8.366.544.62断裂伸长率/%657452311撕裂强度/(N/mm)362523实验表明，在A组分配方相同的情况下，B组分中

8、OH和NH2总含量的提高反而会使涂膜的力学性能下降。原因可能是B组分中OH和NH2不能完全反应，导致过剩成为杂物，从而降低了涂膜的力学性能。2.4其他性能的调整通过上述实验，确定聚醚质量比mDDL1000mDL2000mN3050=1051，A组分中游离NCO含量为7%，B组分中OH和NH2的总含量为13.4%时，制得的聚氨酯防水涂料能满足“暂行技术条件”所要求的拉伸强度和断裂伸长率。在此基础上再来考虑固含量、低温弯折性、表干时间和实干时间。1）固含量“暂行技术条件”要求聚氨酯防水涂料的固含量98。聚氨酯是一种粘稠的液体，这么高的固含量得到的涂料几乎是半流动状态，施工十分困难。解决这个难题的关

9、键在于要选取密度稍大的粉体填料，粘度小、挥发分小的液体填料，和合理搭配粉体填料和液体填料的种类与比例。本课题中，粉体填料选择重质碳酸钙白水泥滑石粉轻质碳酸钙=1.61.61.20.6，液体填料选择氯化石蜡DOP=12。另外，还要添加适当的防沉剂。2）低温弯折性适当提高液体填料的含量，可改善聚氨酯防水涂料的低温弯折性。本课题中，聚氨酯防水涂料的低温弯折性可达到-40无裂纹的特殊要求。3）表干时间和实干时间保持B组分中OH和NH2的总含量为13.4%不变，加大其中OH的含量，则涂膜的固化时间延长；反之，则涂膜的固化时间缩短。当OH和NH2的摩尔比为120时，测得涂膜的表干时间为1h，实干时间为4h

10、。虽然OH和NH2含量的调整会导致涂膜拉伸强度和断裂延伸率的变化，但是因为调整力度不需要太大，稍加调整就能改变固化时间，不会引起拉伸强度和断裂延伸率的明显变化。综合上述实验结果和分析，最终确定了道桥专用高强度聚氨酯防水涂料的生产配方，制得的涂料性能见表4。表4道桥专用高强度聚氨酯防水涂料的性能项目暂行技术条件要求实测结果拉伸强度/MPa6.07.5断裂伸长率/%450540不透水性,0.4MPa,2h不透水不透水固体含量/%9899.0低温弯折性-35,无裂纹-40,无裂纹表干时间/h41实干时间/h244与混凝土粘接强度/MPa2.53.23 工程应用实例哈大客运专线纵贯东北三省，途径3个省会城市（哈尔滨、长春、沈阳）、1个计划单列市（大连）和6个地级市（营口、鞍山、辽阳、铁岭、四平、松原），线路正线全长903.939 km，其中辽宁省553.103 km，吉林省269.685 km，黑龙江省81.151 km。考虑到东北冬季气温严寒，甲方要求防水涂膜的低温性能要达到-40无裂纹。本课题研制的道桥专用高强度聚氨酯防水涂料凭借优良的性能中标哈大客运专线哈大段和沈哈段2个标段，涂料防水面积近50万m2，涂料用量达120多t。参考文献1