亚博下载地址
PUdaily
三韬咨询
亚博体育下载二维码
注册
登陆
logo
聚氨酯2018年报 聚氨酯2018年报
I S O
当前位置: 首页>> 天天聚氨酯网>> 新闻>>正文
聚醚多元醇在单组分聚氨酯防水涂料中的应用及影响因素分析

文章来源:2016聚氨酯年会 添加时间:2019-02-15
陈 伟 1,2 孙兆任 2 杨凯 2 周玉波 2 王 玉 2 李剑锋 2
(1.青岛科技大学 山东青岛 266042)(2.山东一诺威新材料有限公司 山东淄博 255000)
摘  要:采用不同官能度的聚醚多元醇 YNW-220 和 YeP-330N,与甲苯二异氰酸酯反应合成了单组分聚氨酯防水涂料,探讨了聚醚分子量分布、聚醚配比、NCO 含量、催化剂用量等因素对单组分聚氨酯防水涂料涂膜力学性能及贮存稳定性的影响。结果表明,聚氨酯涂料中聚醚YNW-220/YeP-330N的质量比为75/25,NCO质量分数为3%,催化剂用量在 0.1% 时,聚氨酯涂料的综合性能好。
关键词:聚醚多元醇;单组分;防水涂料;聚氨酯
聚氨酯防水涂料是近年来快速发展的一类新型高分子防水涂料,具有整体防水效果优异、防水层轻、强度高、弹性好、粘结力强、耐高低温、耐腐蚀、易于修补等优点,可用于建筑屋面、外墙、地下室、厨卫间、贮水池、 游泳池、屋顶花园、地铁、混凝土构件伸缩缝、道路、桥梁等工程的防水 [1-3]。聚氨酯防水涂料包括双组分聚氨 酯防水涂料和单组分聚氨酯防水涂料两大类 [4]。双组分聚氨酯防水涂料包括 A、B 组分,A 组分通常是多异氰酸酯预聚体,B 组分通常是含羟基低聚物、催化剂、颜料、溶剂等的混合物;使用时必须将 A、B 组分严格按照一定比例快速混合均匀,如果两组分比例不准确或者混合不均匀会造成性能偏差大,甚至达不到指标要求,这给施工带来很大不方便;另外其中含有有机溶剂和胺类固化剂,对健康和环境不利 [5]。单组分聚氨酯防水涂料则是将 聚醚多元醇、异氰酸酯、填料、催化剂、固化剂等各种物质混合在一起进行聚合反应,一次性形成聚氨酯预聚物,使用时利用空气中的水分进行交联固化成膜,因此,单组分聚氨酯防水涂料在使用时无需现场调配,施工更加简便,且涂膜性能优良,另外,由于预聚物黏度适中,因而无须用溶剂稀释,预聚物固化后生成的脲键结构,具有良好的防水和力学性能 [6]。但是,由于单组分聚氨酯防水涂料在成膜固化过程中是采用潮气固化,不能像双组分 涂料那样引入 MOCA 等胺类扩链剂,形成的聚氨酯材料中氨基甲酸酯和脲基甲酸酯等构成硬段的组分含量比较少,材料的力学性能一般不如双组分涂料的。为了达到较好的力学性能指标,可以通过使用高品质的主体聚醚或者引入扩链剂来提高聚氨酯防水涂料的各项性能指标 [7-8]。本研究根据聚氨酯防水涂料的特点,针对性地开发出聚氨酯涂料用高性能聚醚多元醇,考察聚醚分子量分布、聚醚配比、NCO 含量、催化剂用量等因素对单组分聚氨酯防水涂料涂膜力学性能及贮存稳定性的影响,力求提供一种力学性能优异、贮存稳定的聚氨酯涂料。
1  实验部分
1.1  实验原料
聚醚二醇 YNW-220、聚醚三醇 YeP-330N,山东一诺威新材料有限公司;甲苯二异氰酸酯( TDI-80),山东 烟台巨力异氰酸酯有限公司;潜固化剂(WHA-208),工业级,山西太原耀宇伟业有限公司;二月桂酸二丁基锡(DBTDL),化学纯,国药集团化学试剂有限公司;滑石粉、轻质碳酸钙,分析纯,天津科密欧化学试剂有 限公司;氯化石蜡、消泡剂、150# 溶剂油、色浆等均为市售产品。
YNW-220 和 YeP-330N 聚醚指标见表 1。

1.2  聚氨酯防水涂料的制备
将混合聚醚多元醇、增塑剂、填料投入反应釜中,高速分散均匀,然后抽真空至 -0.095 MPa 并升温至 110 ℃ 开始脱水 3 h。取样检测水分,合格后降温至 60 ℃,加入计量的 TDI,缓慢升温至 80~85 ℃反应 2 h,取样测定 NCO 含量,达到或接近理论值时加入 150# 溶剂油、色浆,继续反应 1 h,降温至 70 ℃加入潜固化剂、催化剂、消泡剂和触变剂,搅拌反应 0.5 h,冷却至 60 ℃以下出料,氮气密封。
1.3  力学性能测试
将单组分聚氨酯防水涂料混合均匀,称取适量的样品,用刮板均匀涂刷在涂好脱模剂的模具上,分 2 ~ 3 次 涂完,使最终的涂膜厚度大约为 1.5 mm,放置在 (23±2) ℃、相对湿度 (50 ± 5)% 的标准试验条件下养护 7 d,按 照标准 GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》的方法进行涂膜性能检测。
2  结果与讨论
2.1  聚醚多元醇的选择及测试
高相对分子质量、低不饱和度、窄分子量分布的聚醚多元醇可以赋予聚氨酯材料更高的力学性能,是制备单组分聚氨酯防水涂料的理想原料。单组分聚氨酯防水涂料所用聚醚多元醇主要以聚醚二醇和聚醚三醇复配使用为主,本实验采用 YNW-220 和 YeP-330N 进行单组分聚氨酯防水涂料的合成,并对聚醚原料进行了分析测试。表 2 是对 YNW-220 和 YeP-330N 的 GPC 测试数据。

由表1 的 GPC 数据可以看出,所采用的聚醚二醇YNW-220 的相对分子质量分布为1.062,聚醚三醇YeP330N 相对分子质量分布为 1.235,在同类聚醚产品中具备相对更窄的相对分子质量分布,说明聚醚多元醇原料在 生产控制过程中副反应越少,聚醚产品质量越好,这对提高聚氨酯防水涂料的力学性能更加有利。
2.2  聚醚 YNW-220/YeP-330N 质量比对涂膜性能的影响
YNW-220 是二官能度线性结构聚醚多元醇,YeP-330N 是三官能度聚醚多元醇。选用前者所制得防水涂料的 弹性好、断裂伸长率高,但硬度、拉伸强度较低;选用后者所制得防水涂料的硬度、拉伸强度较高,但弹性差、断裂伸长率较低,这是由于引入聚醚三醇,与 TDI反应的形成化学交联点越多,即构成立体交联结构的链段变 得更短。因此对二官能度的 YNW-220 与三官能度的 YeP-330N 进行合理的搭配,才能保证聚氨酯涂膜既有良好的力学性能,又有足够的断裂伸长率。图 1 和图 2 是 YNW-220 与 YeP-330N 的质量比对涂膜拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度的影响,其中,NCO 质量分数为 3%,催化剂的用量控制在 0.1%。
由图 1 和图 2 可以看出,随着 YNW-220 用量的增大,聚氨酯涂膜的拉伸强度和撕裂强度逐渐下降,而断裂伸长率增加。这是因为聚醚二醇较多时,合成的聚氨酯大分子中线型结构比例上升、交联网状结构比例下降,使得涂膜的交联密度减小,柔韧性较好。反之,YNW-220/YeP-330N 质量比减小时,混合聚醚中聚醚三醇含量增多,聚氨酯防水涂膜的交联密度增大,拉伸强度和撕裂强度就随之升高,断裂伸长率减小。
当 YNW-220/YeP-330N 质量比由 70 ︰ 30 增加到 85 ︰ 15 时,聚氨酯涂膜的拉伸强度由 3.5 MPa 降低至 1.7 MPa,同时撕裂强度由 23 kN/m 下降到 15 kN/m,断裂伸长率却由 420% 增至 1000%。因此综合考虑涂膜的力学强度和断裂伸长率,将 YNW-220/YeP-330N 的质量比控制在 75 ︰ 25 左右,既能保证足够高的拉伸强度和撕裂强度,又能保证足够的断裂伸长率,合成的防水涂料综合性能优异。

2.3  NCO 含量对涂膜性能的影响

聚醚多元醇YNW-220/YeP-330N质量比为75/25条件下,设计不同NCO含量时,检测聚氨酯涂膜拉伸强度、 断裂伸长率的变化情况,结果见图 3,其中,催化剂的用量控制在 0.1%。

由图3 可知,随着配方体系中 NCO 含量的提高,聚氨酯防水涂膜的拉伸强度不断提高,但断裂伸长率却逐渐下降。这是因为,随着体系中 NCO 含量的增加,固化反应所产生的氨基甲酸酯基和脲基极性基团数量增多,硬段含量增加,同时极性基团之间产生的氢键合力增加,使得涂膜的强度提高,但硬段含量的增加,体系中刚性基团及交联密度增加,使得断裂伸长率降低。根据测试结果综合考虑,当NCO 质量分数在 3% 附近时,聚氨酯涂膜具有较好的拉伸强度和断裂伸长率,综合性能最佳。
2.4  催化剂用量对固化速度及涂料贮存稳定性的影响
催化剂与潜固化剂一般是配套使用的,根据实际使用的潜固化剂选择催化剂的类型。常用的催化剂类型有:有机叔胺类(如三乙胺)和有机金属化合物类(如辛酸亚锡、辛酸铅、二月桂酸二丁锡等)。有机叔胺类催化剂能促进异氰酸酯与水反应放出二氧化碳,金属类催化剂对异氰酸酯与醇类反应有较好的催化效果。本研究选用有机金属化合物二月桂酸二丁锡(DBTDL)作为催化剂,并考察了其用量对聚氨酯防水涂料固化速度及涂料贮存稳定性的影响。NW-220/YeP-330N 的质量比控制在 75 ︰ 25,NCO 质量分数为 3%。催化剂 DBTDL 用量对聚氨 酯涂料表干固化时间的影响见图 4,催化剂 DBTDL 用量对聚氨酯涂料贮存稳定性的影响见图 5。
选择催化剂用量时,既要满足施工时涂膜固化速度的要求,还要保证产品有足够的贮存稳定期。由图 4 和图 5 可以看出,随着催化剂 DBTDL 用量的增加,聚氨酯涂膜的固化速度明显加快,表干固化时间逐渐缩短,但贮 存稳定性时间也在变短,即涂料贮存稳定性随着 DBTDL 用量的增加而变差。当催化剂质量分数在 0.05% 时,表干 固化时间约 16 h,固化速度相对偏慢,聚氨酯涂料的贮存稳定时间明显偏长;当催化剂用量在 0.1% ~ 0.12% 时,涂膜的表干固化时间在4 h左右,表干速度比较适中,聚氨酯涂料可以稳定贮存6个月;随着催化剂用量进一步增加,涂膜固化速度也进一步加快,表干时间大幅缩短,在贮存过程中会出现明显的黏度增加情况和表面结皮现象,物料的贮存稳定性明显下降。这是因为有机锡催化剂是一个强凝胶催化剂,聚氨酯涂料在贮存过程中填料或空气中微量的水分以及聚合物分子链中的活泼氢都会在催化剂的作用下继续发生化学反应,引发交联,使物料黏度变大甚至凝胶。综合考虑聚氨酯防水涂料的固化速度和贮存稳定性,催化剂的用量控制在0.1% 左右,冬季温度较低时催化剂用量可以适当提高至 0.12%。

2.5  制得的聚氨酯防水涂料的性能
为了验证采用 YNW-220 和 YeP-330N 制备的单组分聚氨酯防水涂料是否满足新国标的要求,将制备的单组分聚氨酯防水涂料送至国家权威机构按 GB/T 19250—2013 对其基本物化性能进行了测试,结果见表 3。

从检测结果可以看出,采用 YNW-220 和 YeP-330N 聚醚制备的单组分聚氨酯防水涂料具有优异的力学性能,各项指标均远超国家标准,满足单组分聚氨酯防水涂料对聚醚原料的苛刻要求。
3  结论
用 YNW-220 和 YeP-330N 合成了单组分聚氨酯防水涂料。聚氨酯涂料中聚醚 YNW-220/YeP-330N 的质量比为 75/25、预聚体的NCO 质量分数约为3%。催化剂DBTDL 用量为0.1% 时,制备的聚氨酯防水涂料具有合适的固化速度和良好的贮存稳定性,聚氨酯涂膜具有较高的拉伸强度、撕裂强度和断裂伸长率,综合性能指标最佳。
参  考  文  献
[1]   易长海,甘厚磊,吴海燕,等.单组分水固化聚氨酯防水涂料的研究 [J].新型建筑材料 ,2007(2):62-64.
[2]   UrSKA E,MATJAz K.Properties of acrylic-polyurethane hybrid emulsions synthesized by the semi-batch emulsion copolymerization  of acrylates using different polyurethane particles[J].Journal of Polymer Science,Part A: Polymer Chemistry,2005,43(18):4050-4069.
[3]   zHANG S B,LI H T,zHANG H,et al.Waterborne polyurethanes: spectroscopy and stability of emulsions[J].Journal of Applied  Polymer Science,2006,101(15):597-602.
[4]   戴永清,李亚军.美术地板用单组分聚氨酯涂料的生产及应用 [J].聚氨酯工业 ,2003,18(3):36-38.
[5]   钱丽,谢爱平.单组分聚氨酯防水涂料性能分析 [J].弹性体 ,2008,18(4):57-59.
[6]   顾建军,程树军.单组分聚氨酯清漆的制备与性能研究 [J].功能高分子学报 ,2004,17(4):610-614.
[7]   李绍雄,刘益军.聚氨酯树脂及其应用 [M].北京 : 化学工业出版社 ,2002: 22-311.
[8]    颜永斌,余剑英,缪沾,等.新型聚氨酯防水涂料性能的研究 [J].涂料工业 ,2004,34(11):1-4.
Application of the Polyether Polyols in One-Component Polyurethane Water-Proofing Coatings and Analysis of the Influence Factor
CHeN Wei1,2,SUN zhaoren2,YANG Kai2,zHOU Yubo2,WANG Yu2,LI Jianfeng2
(1.Qingdao University of Science1 and Technology,Qingdao,Shandong 266042,China ) (2.Shandong INOV New Materials Co.Ltd,z ibo,Shandong 255000,China )
Abstract: One-component water-proofing polyurethane coatings were prepared by diisocyanate and mixed different functionality of YNW-220 and YeP-330N polyether polyol.The effect of molecular weight distribution of polyether,polyether ratio,NCO content,amount of catalyst on mechanical properties and properties of storage stability were investigated.The results showed that polyurethane coatings had best overall performance when YNW-220 / YeP-330N mass ratio was 75/25,mass fraction of NCO was 3.0%,the amount of catalyst was 0.1%.
Keywords: polyether polyol;one-component;waterproof coating;polyurethane
作者简介:陈伟  男,1976年出生,毕业于烟台大学化学工程专业,目前在职研究生。在一诺威公司先后从事生产、市场营销、技术开发、工艺管理、erP、科技管理和信息化管理等多个岗位。

声明:

本文为转载稿,仅代表作者本人的观点,与本网立场无关。我们对亚博下载地址上刊登的所有信息未声明或保证其内容的正确性或可靠性;您同意将自行加以判断并承担所有风险,我们有权但无此义务,改善或更正所刊登信息任何部分之错误或疏失。


欢迎您与我们的咨询师进行沟通和交流,电话:+86-021-6115-9288
欢迎各位添加我们的微信获取信息:
微信
1.扫描二维码
2.搜索亚博下载地址(订阅号)
3.加微信账号:chem-366
注意事项:加入微信请备注公司名字,联系人,联系电话。谢谢!
九议化工 TDI MDI 聚醚
新闻 市场 技术

loading

loading......

上海网警 征信网 上海工商
X关闭
亚博下载地址登陆
正在登陆中