高速铁路桥面用聚氨酯防水涂料

1、第 38卷第 5期 2010年 5月 化 工 新 型 材 料 N EW CH EMICAL MA TERIAL S Vol 138No 15 121作者简介 :潘赏 (1981- , 女 , 研究生 , 主要从事聚氨酯弹性体的合成 、 制备和工程化的研究 。 联 系 人 :姜志国。高速铁路桥面用聚氨酯防水涂料潘 赏 1 袁 振 1 姜志国 1,23(1. 北京化工大学材料科学与工程学院 , 北京 100029; 21北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室 , 北京 100029摘 要 以聚醚多元醇和甲苯二异氰酸酯 (TDI 制备预聚体 , 自制扩链剂混配芳香胺为固化剂 , 制备了一种配比为

2、1 1的双组份聚氨酯防水涂料 。 其特征技术指标达到拉伸强度 11MPa , 断裂伸长率 600%, 撕裂强度 55N/mm , 与混凝土 粘结强度 410MPa , 可以满足 客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件 中对聚氨酯防水涂料的要求 。关键词 聚氨酯 , 防水涂料 , 高速铁路Development of polyurethane w aterproof coatingfor express rail w ay bridgePan Shang 1 Yuan Zhen 1 Jiang Zhiguo 1,2(11College of Materials Science &Eng

3、ineering , Beijing University Chemical &Technology,Beijing ;2. Key Laboratory of Beijing o n Preparation and of 100029Abstract The two 2component polyurethane bridge was formed by aromaticamine 、 homemade extender chain and polyol and TDI. The main technical in 2dices of the polyurethane was str

4、ength was 11MPa , the elongation was 600%, the tear strength was the with concrete was 410MPa. The A and B components were mixtured by the has satisfied the requirement in the tentative technical conditions of waterproof coating in concrete of high 2speed railway.K ey w polyurethane , waterproof coa

5、ting , express railway 高速铁路以其方便 、 快捷 、 成本低的优势在世界范围内得 到极大发展 , 已经建成 7000余千米高速铁路 , 高速铁路已成 为世界铁路发展方向 。 按照中国 综合交通网中长期发展规 划 , 到 2020年中国铁路网总里程将达到 12万千米以上 , 其 中客运专线 115万千米以上 。 规划有 31条客运专线 , 在建 19条 , 总里程达 7300km 。到 2010年底 , 预计客运专线将开通4500km1。为确保高速铁路运行安全和使用寿命 , 桥梁防水工程的 设计 、 选材 、 施工越来越受到重视 , 材料性能指标要求逐渐提 高 。 现有市

6、场上的防水涂料不能满足要求 , 有必要对此进行 研究 , 改善其性能227, 因此研制出满足 客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件 要求的聚氨酯防水涂料成为铁路 建设迫切解决的问题 。1 实验部分111 主要原料TDI , 20/80, 沧 州 大 化 股 份 有 限 公 司 ; 聚 醚 多 元 醇 , TEP330N , 天津第三石油化工厂 ; 聚环氧丙烷多元醇 , TMN 2000, 天 津 第 三 石 油 化 工 厂 ; 聚 四 氢 呋 喃 聚 醚 二 醇 , P T 2M G 1000, 青岛武田株式会社 ; MOCA , II 型 , 苏州市相园特种精细化工有限公司 ; 催化剂

7、, Pb104, 石家庄万福化工有限公 司 ; 滑石粉 ,200目 , 杭州双联白云石矿厂 ; 色浆 ,B H301, 自制 ; 扩链剂 ,B HP209, 自制 ; 紫外线吸收剂 ,UV327, 南京米兰化工 有限公司 ; 防老剂 ,1010, 南京米兰化工有限公司 。1. 2 主要仪器锥形磨 ,QZM 21, 中国天津材料试验机厂 ; 万能拉力机 ,CM T4304, 深圳新三思仪器有限公司 ; 橡胶硬度计 ,L X 2A , 上海六菱仪器厂 。1. 3 制备工艺A 组份制备 :在装有搅拌器 、 温度计和冷凝管的四口烧瓶中分别加入计量好的 TEP330N 、 TMN 2000、 PTM G

8、1000, 并 升温至 110 真空脱水 2h , 测定水分含量小于 012%时 , 停止 抽真空并降至常温 。 加入计量好的 TDI , 通入 N 2, 升温并保持 体系在 80 反应 3h , 当测定体系的 NCO 含量达到理论值时 停止反应 , 作为 A 组份备用 。B 组 份 的 制 备 :将 MOCA 、 B HP209、 滑 石 粉 、 B H301、 UV327防老剂 1010混合 , 在锥形磨中研磨 2遍 , 用刮板细度计测试研磨料细度小于 20m 时 , 结束研磨 ; 在装有搅拌器 、 化 工 新 型 材 料 第 38卷温度计和冷凝管的四口烧瓶中加入研磨好的原料 , 并升温至

9、110 真空脱水 2h , 测定水分含量小于 012%时 , 停止抽真空并降温 , 此作为 B 组份备用 。1. 4 涂膜的制备将 A 、 B 组分按重量比 A B =1 1进行混合 。 放置到聚四氟乙烯的模具中 , 制得 (115±0. 1 mm 的涂层 , 在标准条件(23±2 , 湿度 (60±15 %下成膜 , 养护 96h , 然后脱模 , 涂膜翻过来再在标准条件下养护 72h 。 制得涂膜防水层 。1. 5 性能测试 8固体 含 量 按 G B/T19250进 行 试 验 。拉 伸 性 能 按 G B/T1677722008中 9. 2. 1进行试验

10、, 拉伸速度为 (500±50 mm/min 。 撕裂强度按 G B/T52921997中 5. 1. 2直角形进行试验 ,无豁口 , 拉伸速度为 (500±50 mm/min 。邵 A 硬度按 G B/T531. 122008规定进行试验 。2 结果与讨论2. 1 NCO 指数 (n N C O /n OH 对聚氨酯防水涂料性能的影响通过调节体系的 n NCO /n OH , 可以改变交联密度 。研究了不同的 n NCO /n OH 对聚氨酯防水涂料的影响 , 结果见图 1和图 2 。由图 1和图 2可知 , 随着 n NCO /n O H 的增加 , 聚氨酯防水涂料的拉

11、伸强度和断裂伸长率先升高后降低 , 当 n NCO /n OH 为1115/1时断裂伸长率达到最大值 450%, 当 n NCO /n O H 为 1. 2/1时拉伸强度为最大 。 这是因为随着 n NCO /n O H 的增加 , 体系的交联密度增加 , 硬段增加 , 因此拉伸强度和断裂伸长率增加 ,但是过度的交联又会影响分子间的运动 , 导致应力集中 , 使拉伸强度和断裂伸长率都降低 。2. 2 扩链剂 (BH 209 加入量对聚氨酯防水涂料性能 影响图 3和图 4为加入不同量的 B HP209后对聚氨酯防水涂 料性能的影响由图 3和图 4可知 , 随着 B HP209的加入量的增多 ,

12、材料 的断裂伸长率由原来没有加入时的 450%增加到了 650%, 但 是拉伸强度先升高到了 14. 5MPa 后又降低到了 8MPa , 这是 由于分子间间氢键的密度减少了 , 分子链段的柔性增加 。所 以出现了拉伸强度先增加后减少 , 断裂伸长率大幅增加的 现象 。2. 3 扩链剂比例 (MOCA/BHP209 对性能的影响 为了进一步提高防水涂料的综合性能 , 在保持硬段含量 为 27%时 , 研究了不同的 MOCA/B HP209的投料比对材料 的物理性能的影响 。图 5 MOCA/B HP209的投料比对撕裂强度的影响 图 5、 图 6、 图 7分别为 MOCA/B HP209的投料

13、比对防水 221 第 5期 潘 赏等 : 高速铁路桥面用聚氨酯防水涂料涂料的撕裂强度 、6、 图 7中可知 ,B HP209,提高 , , 因此综合各种性能MOCA B H209=( 时 , 材料性能最佳 。2. 4 填料的加入工艺对聚氨酯防水涂料性能的影响在图 8中 , 线 1、 2、 3为加入未研磨填料后材料的测试曲线 , 线 4、 5、 6为加入研磨后填料的材料测试曲线 , 从测试曲线可见 , 填料加入工艺对涂层性能有较大的影响 。当加入未研磨固体填料时 , 材料的机械性能降低 , 这是因为粒径太大 , 破坏了材料的连续性 ; 而当加入经过研磨 , 细度为 20m 的填料时 , 涂层的机

14、械性能增加 , 这是因为研磨后的填料的活性表面增加 , 并与周围某些的分子形成次价交联结构 , 彼此之间的作用力增大 , 当受到应力作用时可通过交联点将应力分散 , 减少应力集中 , 延缓断裂的发生 , 从而提高机械性能 。图 8 填料的加入工艺对聚氨酯防水涂料性能的影响综合以上实验规律 , 得到高铁用聚氨酯防水涂料 , 可满足2007年 客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件 中对聚氨酯防水涂料的要求 , 达到如下表的技术指标 , 现将本产品性能与指标列于下表中 。表 1 高铁防水涂料技术指标项目 指标 本产品性能 拉伸强度 /MPa 6. 011拉伸强度保持率加热处理 /% 100105

15、碱处理 /% 7075酸处理 /% 8083断裂伸长率无处理 /% 450600加热处理 /% 450650碱处理 /% 450800酸处理 /% 450800低温弯曲性无处理加热处理碱处理酸处理 -35, 无裂纹表干时间 /h 42/40. 不透水% -4. 0, 1. 0, ,500h 无开裂 , 无起皮脱落 固体含量 /% 9899潮湿基面粘结强度 /MPa 0. 60. 7与混凝土粘结强度 /MPa 2. 53. 0保护层混凝土与固化聚氨酯防水涂料粘结强度 /MPa 0. 50. 7撕裂强度 /(N/mm 3555与混凝土剥离强度 /(N/mm 3. 54. 03 结 论采用聚醚多元醇

16、 、 TDI 、 MOCA 和自制扩链剂制备了一种 配比为 1 1的双组份聚氨酯防水涂料 。 探索了 NCO/O H 的 变化 、 B HP209的加入量 、 MOCA/B HP209的投料比和填料 的加入工艺对涂料性能的影响 。 产品的各项性能指标均达到 或优于 2007年 客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条 件 中对聚氨酯防水涂料的要求 , 可满足客运专线桥面混凝土 桥梁防水层技术要求 。参考文献1 盛黎明 . 继续做好客运专线桥梁防水工程的建议 J.中国建筑 防水 ,2008, 增刊 ,21232.2 褚建军 , 康杰分 , 沈春林 . 高铁客运专线桥梁用高强度聚氨酯防 水涂料的研制

17、 J.新型建筑材料 ,2008, (7 :49252.3 王庆生 , 张曾全 . 无焦油聚氨酯防水涂料的制备工艺 P .CN 97116201. 8,1998203204.4 Denise E Fiori. Two 2component water reducible polyuret hane coatingsJ.Progress in Organic Coatings ,1997,32:65271. (下转第 127页 3 2 1第 5期 苏桂明等 :聚乙烯马来酸酐接枝物合成环氧树脂的研究表 4实验结果表明 , 随着 NaO H 质量百分数的增加 , 产物 的环氧值逐渐增加 , 用固体碱作

18、闭环剂 , 得到的产物环氧值最 高 。 这主要是因为随碱的质量分数的提高 , 反应体系中含有 的水分较少 , 可以大大降低酯键水解的机会 , 从而使得闭环反 应充分进行 。 此外 , 使用固体碱作闭环剂时 , 有机氯含量也大 大降低 , 使得产物的色泽较好 。 综合考虑 , 采用固体碱作为闭 环剂较为合理 。表 4 碱质量分数对产品质量和产率的影响NaO H质量分数 /%环氧值/(mmol/g 有机氯值/(mmol g -1产率/%外观 固体碱0. 260. 02986. 9淡黄 300. 090. 06384. 8褐色 400. 110. 05485. 3褐色 500. 120. 05385

19、. 4褐色 600. 150. 03385. 8浅褐 700. 150. 03786. 1浅褐3. 3 环氧树脂的结构表征产物经红外光谱检测 :对比图 6a 和 b 可知 2920cm -1和2850cm -1为亚甲基的不对称伸缩振动与对称伸缩振动吸收峰 ; 1739cm -1为 酯 羰 基 的 伸 缩 振 动 吸 收 峰 , -11856cm-1处的酸酐峰以及 1720cm-1羧酸峰消失 8, 生了酯化反应 -1-1和 1076cm -1为酯带的C 2O 2C , 进一步验证了 ECH 与马来酸发生了酯化反应 ;914cm -1和 875cm -1为环 氧基团的骨架振动吸收峰 9, 表明发生

20、了闭环 , 生成了环氧基 团 ;721cm -1为 2CH 2的平面摇摆振动吸收峰。 图 6 LDPE 2g 2MA H 与 LDPE 2g 2MA H 2g 2ECH 的红外光谱图4 结 论(1 通过对合成反应的影响因素分析 , 选择了合适的催化剂 :四丁基溴化铵 ; 确定了合成聚乙烯酯型环氧树脂的最佳反 应条件 , 酯化反应阶段 :催化剂用量为 LDPE 2g 2MA H 质量的115%,LDPE 2g 2MA H 与 NaO H ECH 的质量配比为 1 1, 在 90 下恒温反应 215h ; 闭环反应阶段 :采用二甲苯作为闭环溶剂 , 以固体 NaO H 闭环 , 其用量为低密度聚乙

21、烯接枝马来酸酐用量的 10%,80 下恒温反应 3h 。(2 在最 佳 反 应 条 件 下 得 到 的 聚 乙 烯 酯 型 环 氧 树 脂LDPE 2g 2MA H 2g 2ECH 为 淡 黄 色 粉 末 , 环 氧 值 为 01220125mmol/g , 有机氯含量为 01029mmol/g , 酸值 <015mg/g 。(3 利用 FT 2IR 光谱对合成产物进行结构鉴定 , 确定了聚乙烯酯型环氧树脂的化学结构 。参考文献1 Norman G Gaylord . agent s :Structure andfunction in polyblendsJ. J Sci Chem , 1989, A26(8 :21229.Xant , S of polymer blends by. Sci , 1991, 31(13 :. 环氧树脂应用原理与技术 M .北京 :机械工业出版社 ,2002.4 孔维峰 , 魏无际 , 刘卫东 . 悬浮法聚乙烯接枝马来酸酐反应的影响因素 J.现代塑料加工应用 ,2008,20(2 :24227.5 孔维峰 , 魏无