沥青聚氨酯防水涂料的发展概述沥青聚氨酯防水涂料的发展概述

沥青聚氨酯防水涂料的发展概述,沥青聚氨酯防水涂料的发展概述

摘要：简要介绍了沥青聚氨酯防水涂料的现状、配方设计、性能及应用，并探讨了沥青与聚氨酯的相容性问题。关键词：聚氨酯；沥青；防水涂料；相容性 1、概述 聚氨酯防水涂料可分为焦油型和非焦油型两大类。焦油聚氢酯以廉价、性能优异的煤焦油作为活 性填充材料，在国内市场上一度占主导地位但是，煤焦油是一种组成复杂的混合物，其活性成分随煤种和炼焦工艺的不同而有较大的差异，使用时只是按一设定的配合比和预聚体混和，产品性能不稳定，且耐老化性能差，只能用作非外露型防水涂料。另外，煤焦油中含有大量蒽、萘、酚类易挥发物质，严重污染环境和危害人体健康。随着人们对环保要求的不断提高，焦油聚氨酯被淘汰已是大势所趋。非焦油型聚氨酯主要有沥青型聚氨酯。其它聚氨酯虽性能优异，但价格较贵，一时还不能广泛应用，因而沥青聚氨酯受到了广泛的关注。 石油沥青作为填充剂加入聚氨酯防水涂料中，无煤焦油的刺激性气味，污染少；本身具有良好的耐水性和防水性能，可延长产品的老化时间；所用的生产设备与煤焦油一样，不需另外追加设备投资；成本低，因此具有良好的开发应用前景。　　2、沥青聚氨酯防水涂料的发展现状 沥青聚氨酯防水涂料从产品包装形式上可分为单组分型和双组分型。单组分聚氨酯防水涂料也称为湿固化聚氨酯防水涂料，它是由含一NCO端基的预聚体与沥青、颜料、填料、助剂组成，通过与空气中的湿气反应生成脲而固化成膜。双组分沥青聚氨酯防水涂料的甲组分是由多异氰酸酯(TDI、MDI等)与二官能团或三官能团的聚醚合成的-NCO封端的预聚体；乙组分则是由沥青、稀释剂、相容剂、填充料、固化剂及其他助剂在一定条件下混合搅拌均匀而成。也可以把沥青加入甲组分中。　　2.1 双组分型沥青聚氨酯防水涂料 李建龙等人对沥青进行改性，选用合适的溶剂，并自制了活性相容剂SR-1，开发成功了双组分沥青聚氨酯防水涂料，其成本与原焦油型相当，且性能优于原焦油型，使用与储存中粘度变化小，相容剂SR-1具有相容剂和固化剂的双重作用，显著降低了产品的成本。 许爱东等人对原有的沥青聚氨酯防水涂料制备工艺进行了改进，在制备聚氨酯预聚体时，就将沥青加入，在80℃条件下充分搅拌，沥青分散得比较均匀，制得的产品具有优良的储存稳定性，流平性好，物性指标完全满足JC500一1992行业标准的要求。 张太文在合成聚氨酯预聚体的同时加入一种反应性组分，改变了聚氨酯预聚体的结构，使生成的聚氨酯预聚体本身和沥青溶液具有相溶性，克服了传统相容剂造成涂膜物理化学性能下降的缺点，制得的沥青聚氨酯防水涂料表面光滑、平整、有光泽，而且流动性好。 王芳芳研制了一种水性沥青聚氨酯防水涂料，它的乙组分由沥青乳液和改性材料组成，无溶剂污染，有利于环保。由于是水性材料，对基层含水率要求低，施工方便。　　2.2 单组分型沥青聚氨酯防水涂料 吴蓁和郭青制备了具有较高弹性和低温柔性的湿固化单组分石油沥青聚氨酯防水涂料，通过使用特殊相容剂，较好地解决了石油沥青与聚氨酯预聚体的混溶性，从而使聚氨酯性能得以最大体现。并用扫描电镜测定了相容剂使用前后沥青聚氨酯混合的微观形态，证明添加相容剂后，沥青球状颗粒尺寸明显减少，且较均匀，表明混溶效果提高。 方一平等人合成了无溶剂单组分沥青聚氨酯防水涂料。他们通过控制异氰酸酯和聚醚的当量比、反应温度和反应时间，并选用无毒无味不挥发的低粘度油脂作稀释剂，实现了涂料无溶剂化的使用目的。产品经工程应用，防水效果较好。　　3、相容性问题 沥青的极性很小，而聚氨酯预聚体由于含有极性基团氨基甲酸酯基与-O-基，具有较强的极性，二者的相容性较差。表现在材料的性能上，为易析油或固液分离不相容，致使机械性能变差，防水性能降低。这一问题是沥青聚氨酯防水涂料研究的难题。目前国内主要是通过加入一种相容剂来增加沥青与聚氨酯的相容性。　　3.1 相容剂的选择 相容剂的选择应从结构、极性、沸点及相对分子质量等几个方面来考虑。首先应有助于沥青在聚氨酯溶剂中的溶解，其次应与聚氨酯有适当的溶解性或反应性。最适宜的相容剂是一种表面活性材料，由一基本无极性部分和一极性部分组成，其结构为：CH3一(CnH2n)一Rl，其中n≥4，Rl为COOH、COOM或COOR2等；R2是一饱和有机链，且链至少有一个侧基为-OH。其基本无极性部分与沥青材料一般相容，且链越长，需要的相容剂越少；其有极性部分Rl与预聚体非常相容。因此相容剂使沥青材料在预聚体中悬浮，使它们易于全部混合，而不使沥青析出。　　3.2 相容性的评价 沥青聚氨酯的相容性可分为初始相容性和增塑相容性。初始相容性是指甲、乙组分经充分搅拌混合初期，能否形成均一的体系。如初始相容性好，能形成均一的体系，则涂膜就能正常固化，具有一定的物理机械性能。初始相容性可通过牵线实验来判断。将甲、乙组分混合3—5 min以后，用玻璃棒蘸取杯中物料举离杯中物面，看能够牵出连续的细线的长度。相容性越好，则形成的牵线越长、越细。 甲、乙组分混合的初期，体系具有很好的初始相容性，也能形成均一的体系，但随着固化的进程，小分子质量的聚氨酯预聚体经化学反应逐步交联成为高分子质量的聚合物，并具有一定的强度和弹性，这一过程中，化学结构发生了质的变化。增塑相容性就是指完全固化后，体系是否仍然均匀，相容剂、沥青等组分是否能在高度相容的状态下列聚氨酯本体起到有效的增塑、增韧作用。可以通过电子显微镜直接观测相容剂使用前后沥青在聚氨酯中的混合均匀情况来评价增塑相容性。　　4、沥青聚氨酯防水涂料的配方设计 单组分湿固化型的沥青聚氨酯防水涂料，制造工艺较复杂，对原料沥青及溶剂的脱水要求很高，又因湿气固化时，产生大量的脲键，性能不及双组分羟基固化型，并且它的固化速度受空气湿度和周围环境的影响，所以工业上大多生产双组分固化型沥青聚氨酯防水涂料。　　4.1 异氰酸酯组分 异氰酸酯是沥青聚氨酯防水涂料的主要原料之一。工业上常用的为甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。TDI为有毒性物质，用它制作预聚体时，气味重，毒性大。近年来，通过对TDI、MDI进行改性，合成了一系列低毒性的多异氰酸酯加成物，如三羟甲基丙烷的TDI加成物，TDI和HDI的加成物。这些加成物大大降低了其挥发性，减少了毒性，符合环保要求，但其反应活性亦有所下降。　　4.2 多元醇化合物 凡是分子内含有2个以上羟基的脂肪族化合物均称为有机多元醇化合物。通常多元醇化合物官能度大、羟值高，制得聚氨酯防水涂料硬度大、机械物理性能好。当要求聚氨酯涂膜有一定弹性时，宜用二官能度和分子质量较大的。聚酯型聚氨酯防水涂料耐水解性差，因而制作防水涂料常用聚醚多元醇。常用的为N220和N330。聚醚多元醇与异氰酸酯反应前，要先脱水，并调体系pH值为弱酸性。碱性环境有利于异氰酸酯化合物形成三聚体、缩二脲和脲基甲酸酯的反应，导致预聚体储存期短。　　4.3 沥青 宜选用芳香分含量高、蜡含量少的直馏沥青来生产沥青聚氨酯肪水涂料，并且要控制沥青的加人量和加入方式。沥青加入量少，达不到降低成本的目的；沥青加入量大，容易发生相分离，使沥青析出，降低了产品的性能。 4.4 固化剂和催化剂 沥青聚氨酯防水涂料的固化剂主要是二元或多元醇和有机胺类。常用的有乙二醇、甘油、l，4-丁二醇、3，3’-二氯-4，4’一二氨基二苯基甲}烷（M0CA)、二乙醇胺等。为使防水涂料既具有一}定的弹性，又具有一定的强度，可采用醇一胺复合固化体系，醇类化合物提供沥青聚氨酯防水涂料弹性，胺类化合物提供强度，二者结合使防水涂料具有优异的性能。 催化剂可以加快涂膜固化反应的进行，缩短工期。用于加速异氰酸酯基和活性氢化合物反应的催化剂分为胺类和有机金属盐类化合物。胺类化合物对异氰酸酯和水的发泡反应催化效果显著，在聚氨器防水涂料中使用较少。常用的有机金属盐类有二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、辛酸铅等。 4.5 稀释剂 稀释剂应具有强的稀释能力，降粘效率高，且不能含有易与异氰酸酯反应的物质。另外也要考虑稀释剂的极性和挥发性。稀释剂极性大，会降低固化反应的速度。挥发性要适中，挥发性大，会导致涂膜鼓泡和裂纹；挥发性小，稀释剂残留防水涂膜中，会严重降低产品的物理性能。常用的稀释剂有甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、丁酮等。可以几种稀释剂复合使用，效果较好。 4.6 其他助剂 助剂的选取应从与基料混溶性好且不与异氰酸酝基发生反应2个方面加以考虑。紫外线吸收剂和防老剂可以提高沥青聚氨酯防水涂料的户外耐热牲，延长使用寿命。消泡剂根据生产实际情况和成本，使用氧化钙或氢氧化钙较好，它可吸收反应生成的二氧化碳，从而消除防水涂料施工时产生的气泡，维持了涂料的性能。　　5、沥青聚氨酯防水涂料的性能和应用 石油沥青无煤焦油的刺激性气味，污染少，且本身具有良好的耐久性和防水性能，作为填充剂加入聚氨酯防水涂料中，可降低成本，延长产品的耐老化时间，并能增强其防水性能。沥青聚氨酯防水涂料具有良好的耐酸、碱、盐性能，拉伸强度高，断裂伸长率高，可广泛应用于地基、地下室、厨房、厕浴间、屋面等防水工程，也可用于桥梁、道路、水利设施的防水嵌缝。

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