聚氨酯防水涂料的制备与性能研究

作     者：冯筱倩 

作者单位：湖北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张高文

授予年度：2021年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：防水涂料 聚氨酯 单组份 双组份 高强度 

摘      要：聚氨酯防水涂料固化后的涂膜具有优良的弹性、耐磨性、耐腐蚀性等,在建筑防水领域得到广泛的认可和应用。由于我国基建设施发展迅速,铁路建设发达,道路总长加长,铁路道桥工程领域防水对聚氨酯防水涂料提出了更高的要求,同时聚氨酯防水涂料也不断向绿色环保、施工便利方向发展。本文采用较为环保的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)部分替代甲苯二异氰酸酯(TDI)制备了能满足铁路道桥工程领域防水要求的高强度双组份聚氨酯防水涂料,同时对施工更为便利的潜固化单组份聚氨酯防水涂料进行了研究。本文首先采用MDI、TDI制备了较环保的高强度双组份聚氨酯防水涂料,采用化学分析法对聚氨酯预聚合反应动力学进行了研究,探讨了异氰酸酯单体及加料方式、异氰酸酯指数(R值)、聚醚二元醇和三元醇的配比、滑石粉的用量,以及消泡剂种类与用量等对防水涂料性能的影响。预聚合反应动力学研究显示,聚合反应速率常数随温度升高而提高,该温度范围内的活化能为E=204.748 k J/mol;随着MDI用量增加,涂膜的拉伸强度和断裂伸长率均有所下降,而热稳定性有所提升。随着A组份中R值的增大,涂膜拉伸强度增加,断裂伸长率逐渐降低,当R值为3.5时,涂膜具备良好的力学性能,其拉伸强度达到5.15 MPa,断裂伸长率达到432%;当聚醚二元醇与三元醇的摩尔比为2∶1,滑石粉用量为质量百分比45%时,涂膜均显示较好的力学性能;非有机硅类消泡剂(BYK-054、DF831)具有更好消泡作用,涂膜表现出更优异的力学性能。在优化后的实验配方基础上制备的防水涂膜的各项性能指标基本达到《聚氨酯防水涂料》(GB/T 19250-2013)标准中铁路桥梁非通行部位用Ⅱ型聚氨酯防水涂料的相关标准要求。论文也以TDI为单体,采用亚胺型和恶唑烷型潜固化剂、环保溶剂,制备了潜固化单组份聚氨酯防水涂料,分析了涂膜潜固化机理,研究了聚醚三元醇用量、R值、潜固化剂种类与用量对防水涂料性能的影响。结果显示,随着R值的增大,涂膜拉伸强度增加;增加聚醚三元醇的用量,涂膜拉伸强度提高,在聚醚二、三元醇质量比为3:7时具备了较高的拉伸强度和断裂伸长率;采用亚胺型潜固化剂制备的涂膜更致密、表面针孔较少,其用量为1%～1.5%时能得到较好的综合性能。