蜀羊防水：MDI水固化聚氨酯防水涂料及应用性能的研究

1、蜀羊防水：MDI体系水固化聚氨酯防水涂料及应用性能的研究前言我国目前在防水施工中，实际应用的单组份聚氨酯防水涂料一般都加入了溶剂，在固化过程中溶剂的挥发环境的污染较大；其成膜原理是含-NCO端基的涂料涂覆后与空气当中的水分（QH含有羟基成分）发生化学反应后交联固化成膜。当环境温度高、空气中的湿度 也高的时候，固化成膜时间越短，否则固化成膜时间就越长；因此在使用过程中受 气温的高、低，环境湿度的影响较大，使用受环境的限制。单组份水固化聚氨酯防水涂料是近两年发展起来的一个新品种，其机理是在施工配料时以水为固化剂，促使涂膜表里迅速固化。不添加溶剂，无溶剂挥发、施工无污染、固化迅速等优点，降低了产品毒

2、性，深受广大用户喜爱。但是目前市场所售水固化聚氨酯防水涂料基本都采用毒性较大的甲苯二异氟酸酯（TDI）作为主要原料所制，在生产和使用过程中，其游离的TDI都会对人体造成伤害，无法真正达到无毒无害的环保要求。这与其他单组分聚氨酯防水涂料明显不同，扩大了单组份聚氨酯防水涂料施工时的环境受限范围。本课题采用无毒的二苯基甲烷二异氟酸酯（MDI）取代传统的剧毒化学品甲苯二异氟酸酯（TDI）为主要原料，不含苯和任何可挥发溶剂；研究了在MDI水固化聚氨酯防水涂料中水对涂膜力学性能的影响，以及水和催化剂等用量对涂膜力学性能影响的研究；为加水固化确定合理的施工配比提供依据 ，对水固化聚氨酯防水涂料的实际应用具有

3、很好的指导意义，使水固化聚氨酯防水涂料真正朝着健康、环保的方向发展。.MDI水固化聚氨酯防水涂料的制备主要原料聚醒EP-330NG聚醒DL-2000D,液体改性树脂，增塑剂， MI （二苯基甲烷二异氟酸酯），二月桂酸二丁基锡（T-12）,防老剂，CO2吸收剂，防沉剂、分散剂、脱水剂、高岭土、滑石 粉、氧化铁颜料按照一定的配比配制。涂料的制备先将聚醒多元醇（DL-2000D和EP-330NG）、液体改性树脂、增塑剂加入在密闭容器中开始升温，在高速搅拌下加入分散剂、防沉剂、填料（颜料）、CO2吸收剂分散均匀后，在（120 3） C、-0.095MPa条件下减压脱水 120min ,使之含水率w 0

4、.05%；降温至 7580c滴加MI,在（80 2） C条件下恒温反应 2.5h,加入适量的催干剂二月桂酸二丁基锡（T-12）,继续反应0.5h。抽样检测聚合物的一 NCO含量，当预聚体的一NCO质量分为5.70%5.80%时,，保温搅拌0.5h,冷却降温即可停止反应。反应结束后在搅拌状态下加入消泡剂、抗氧化剂 至70c以下，分散均匀即可出料。涂膜的制备将制备好的聚氨酯防水涂料按照GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料规定的标准条件下放置24h,不加入稀释剂搅拌均匀后，倒入GB/T16777-2008建筑防水涂料试验方法规定的模具中成膜，为便于脱模涂覆前可用石蜡或硅油处理模具表面，可一次涂

5、覆至规 定厚度(1.5 0.2mm), 5min后刮去表面的气泡，按照 GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料 6.3.2要求进行养护。养护完成后，用冲片机裁样进行检测。.性能指标测试按照GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料和GB/T16777-2008建筑防水涂料试验方法的相关规定进行测试。由表1可以看出，加水后，其性能指标全部满足 GB/T19250-2013 聚氨酯防水涂料标准要求。表1加水后聚氨酯防水涂料的力学性能检验项目性能指标检测结果物理性能表干时间h0 125实干时间h2.02.88断裂伸长率 500821撕裂强度 Mpa1516.2流平性20min时，无明显齿痕20m

6、in后，无明显齿痕低温弯折性-35 C无裂纹-35 C无裂纹不透水性0.3Mpa,120min 不透水0.3Mpa,120min 不透水注：加水15%.分析与讨论采用MDI聚合的水固化聚氨酯防水涂料的原理 水固化聚氨酯防水涂料是以聚醛多元醇和多异氟酸酯进行加成反应，制成端一NCO基的大分子预聚体，施工时加入一定量的水，固化后成为致密的聚氨酯弹性体涂膜。其反应机理为：异氟酸酯与水反应，生成不稳定的氨基甲酸，然后由氨基甲酸分解成二氧化碳及胺，在过量的异氟酸酯存在下，所生成的胺与异氟酸酯继续反应生成月尿，水可看作是聚氨酯防水涂料的固化剂，使分子链增长，生成月尿键而固化成膜。由此可见，必须在过量的异鼠

7、酸酯存在的情况下，才能够保证加水后涂料的综合性能不受影响。采用甲苯二异氟酸酯（TDI）,在生产和使用过程当中，其过量的游离部分会对人体会造成伤害；因此本课题采 用无毒的二苯基甲烷二异氟酸酯（MDI ）代替甲苯二异氟酸酯（TDI ）来制备水固化聚氨酯防水涂料，避免了游离 TDI的产生，更加符合生态、环保要求。由于氟酸酯与水反应生成CO2气体的原理，因此在水固化聚氨酯防水涂料的制备中，关键是如何消除反应生成的CO2,使涂料成为致密的聚氨酯弹性体通过加入CO?吸收剂，将CO2气体吸收，形成内部无气泡、表面无针孔的涂膜。水分的添加量对聚氨酯防水涂料的力学性能和涂料混合后的胶凝时间的影响 在温度23 C

8、、相对湿度 56%勺标准环境条件下，分别加入5% 10% 15% 20% 25%30%勺水，对聚氨酯防水涂膜进行检测。由表2可以看出，随着加水量的加大，聚氨酯涂膜的施工性越差、可操作时间越短、干燥时间越短，由此可看出水作为水固化型聚氨酯防水涂 料的固化剂，其加入比例严重影响着涂膜的力学性能和涂料混合后的胶凝时间。从表2显示，在一定范围内，随着加水比例的增大，聚氨酯防水涂料涂膜的最大应力、断裂延伸率和撕裂强度都随之增加。但是当加水比例超过100： 15时，拉伸强度和撕裂强度开始递减，涂膜性能不能满足 GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料标准要求，并且通过实验观察，加水后涂 膜有收缩现象，加

9、水比例越大，收缩越大，严重影响涂膜的使用效果。通过实验分析，为保证 涂膜质量，我们将加水量定在10%15%表2水的添加量对涂膜力学性能的影响加水量%51015202530表干时间h976654实干时间h1186.56.55.55拉伸强度Mpa2.782.952.982.732.652.34断裂伸长率 %730815829772715713撕裂强度Mpa18.117.616.213.912.712.3流平性20min 时，无明显齿 痕20min时，无 明显齿痕20min时，无 明显齿痕20min时，无 明显齿痕20min时，无 明显齿痕20min 时，无明显齿痕低温弯折性-35 C 无裂纹-35

10、 C 无裂纹-35 C 无裂纹-35 C 无裂纹-35 C 有轻微裂纹-35 C有裂纹不透水性0.3Mpa,12 0min不透 水0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120min不透水0.3Mpa,120 min不透水催化剂的选择以及用量对涂料的力学性能和涂料混合后的胶凝时间的影响季节相比双组份聚氨酯防水涂料，单组份水固化聚氨酯防水涂料的固化速度受天气、等客观因素的影响较大， 严重影响聚氨酯防水涂料的使用。为保证单组份水固化聚氨酯防水涂料的正常使用，通常在制备单组份聚氨酯固化防水涂料时，都会加入一定量的催化剂，提高异氟酸

11、酯和聚醍多元醇的反应速度。在聚氨酯合成过程中常用的催化剂主要有叔胺催化剂和有机金属化合物催化剂两大类。一般情况下，叔胺类催化剂主要促进异氟酸酯与水反应，放出二氧化碳，容易产生发 泡现象；金属类催化剂对异氧酸酯与醇类（羟基）反应有较好的催化效果，为保证材料的 贮存稳定性和使用效果，我们选择了对异氟酸酯与羟基反应的催化效率更显著的有机金属类催化剂的二月桂酸二丁基锡（T-12）作为水固化聚氨酯防水涂料的催化剂来加快聚氨酯防水涂料的凝胶速度。表2催化剂用量对涂料的力学性能和涂料混合后的胶凝时间的影响催化剂用量%00.010.020.030.040.050.10.2表干时间 h13118.56.5543

12、.53.5拉伸强度Mpa1.892.172.342.552.953.553.512.71断裂延伸率%671713733726829716531481凝胶时间min9085685035282520（注：加水量为15%由表2可以看出，催化剂可以改变涂料的化学反应速率，缩短反应时间，在一定范围内可 以提高涂膜的力学性能；超过一定范围后，反而会降低涂料的综合性能。如表 2所示，催化剂 的添加量的范围在3%4附，涂料综合性能最好，才能保证涂料在满足 GB/T19250-2013聚氨 酯防水涂料标准的条件下正常使用。潮湿基面对涂料粘接力的影响施工时，基层的含水率对涂膜附着力具有重要的影响。普通聚氨酯防水涂

13、料对基层的 干燥 度要求较高，实际工程应用中，都要对经常积水环境的地下室、厨房和卫生间进行 防水处理，普通聚氨酯防水涂料难以满足工程要求；相对于普通聚氨酯防水涂料，水固化 聚氨酯防水涂料对基层的含水率要求较低，一般的聚氨酯防水涂料对基层含水率要求较高实际施工时往往难以满足要求。我们依照GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料标准的要求， 采用GB/T16777-2008建筑涂料试验方法7.1中A法，用水固化聚氨酯防水涂料分别对干燥基面和潮湿基面的粘接性做了对比测试（表3）。以70*70的砂浆试块作为涂覆基面；潮湿基面试验是将水泥试块在水中浸泡24h,取出后用滤纸吸干表面的水分立即涂覆水固化聚

14、氨酯防水涂料，涂料厚度0.5mm1mm试验面积为40*40 ,分别各涂覆 5个试样。在标准条件下养护7d再按照图1方法进行检测。图1测试方法表3潮湿基面对涂料粘接的影响干燥基面 Mpa1.78潮湿基面潮湿基面粘接强度Mpa加水量%0510152025300.150.230.310.580.550.410.35与普通聚氨酯防水涂料施工应用效果对比目前市场用的普通聚氨酯防水涂料，双组份聚氨酯防水涂料的固化机理是二异氟酸酯的聚氨酯预聚体A组份和含有防老剂、硫化剂、催化剂等多种助剂混合反应而成的B组份，按一定比例配合，通过硫化剂的交联固化成膜。 配合过程中配比不准确或搅拌不均匀都 会破坏涂膜质量，以及

15、其交联固化剂 MOCA勺致癌问题，双组份聚氨酯防水涂料已经被部分 城市禁止使用。单组份聚氨酯防水涂料主要为湿固化产品其良好的性能及方便的施工赢得了用户，但是在冬 季气温较低和空气干燥地区使用时，往往由于空气的湿度不够，致使固化时间延长，厚涂时容易出现容易出现只表干不实干或慢实干的现象，需多次涂刷，因而耽误工期。特别是北方干燥的环境下和冬季气温较低时最明显。潜固化聚氨酯防水涂料化虽然可以解决厚涂的问题，但是在气温较低的环境下固化时间也较长。由表1和表2数据可以看出，水固化聚氨酯防水涂料加水后表、实干时间几乎同时进行，可以克服以上缺点；既可以在标准条件下满足标准固化时间要求，又可以在空气湿度较小，气温较低的环境下使用时可通过加热水和催化剂的办法保证固化时间，一般-5 C以上的气温下都可进行施工。还可以在抢工期的时候用于潮湿基面的施工，同样也可以保证涂膜的防水效果。结论水固化聚氨酯防水涂料采用用挥发性和毒性较小的二苯基甲烷二异氟酸酯（MDD作为原料，以水作为固化剂，配方中不含 TDI,无游离物产生，不含溶剂等可挥发物，不会对人 和环境造成危害；能在较宽的温度范围内固化，满足潮湿基面的使用，由于是通过加水使