聚氨酯(PU)防水涂料是一种反应固化型高分子防水涂料,因其涂膜后具有抗拉强度高、弹性且延伸性好、粘结力强、防水层连续柔韧且无接缝、体积收缩小、对基层裂缝伸缩性变形的适应性强、耐水耐磨耐腐蚀耐久性和耐低温柔顺性好等特点,可用于建筑不同部位的防水堵漏。
在PU涂料生产和使用过程中,沉降现象时常发生,涂料使用前,底部出现软沉淀、硬沉淀;使用时,需要将其搅拌均匀后,方可使用,这样不仅耽误施工时间,而且使成膜性能变差,最终影响防水效果。
为此,本文根据TB/T2965-2011《铁路混凝土桥面防水层技术条件》中直接用于作防水层的防水涂料技术指标要求,采用复配聚醚多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和氯化石蜡为原料制备预聚体,并配有胺类固化剂、增塑剂、防沉剂、颜填料、消泡剂、催化剂和润湿分散剂等,合成了一种双组分防沉型高强聚氨酯防水涂料,讨论了不同的防沉剂、润湿分散剂及其用量对涂料物理性能、储存性能和防沉性能的影响。
1防沉机理
在聚氨酯防水涂料中,防沉剂加入之后可在整个体系中构成弱交联且疏松的三维网状结构,能赋予良好的触变特性,使颜填料悬浮不聚集结块且防沉,并能改善涂料性能,保持优良的流平性等。具体的作用机理是:在高速剪切速率的作用下,外力大于该触变值的屈服值,防沉剂形成的弱交联结构作用被破坏,导致涂料粘度很低且其流动性较好,便于工地涂膜施工;在撤去剪切力之后,弱交联结构作用又重新恢复,涂料粘度以适当的滞后性回升,使其具有良好的流平性和抗流挂性能,最终涂料会恢复到原来的触变效果,进而起到了防止分散颜填料颗粒的沉降凝结,避免了涂料的沉降而出现软沉淀或硬沉淀。
2反应成膜原理
防沉型高强聚氨酯防水涂料是一种双组分反应型高分子防水涂料,由A、B组分组成,其中A组分是复配聚醚和异氰酸酯反应而成的预聚体,B组分采用胺类固化剂、增塑剂、颜填料、催化剂、消泡剂、防沉剂和润湿分散剂等混合而成。使用时,将A、B组分按照比例混合,预聚体A组分中的-NCO与B组分中的-NH2发生固化反应生成防水膜。
3不同的防沉剂对涂料性能的影响
对于双组分高强聚氨酯防水涂料而言,其中,A组分(预聚体)为淡黄色粘稠且透明的液体,长期储存不会发生沉降;但是B组分中有液料和粉料(颜填料),在储存过程中会发生粉料沉积到容器底部,即为沉淀,它使涂料变成一个不均一的分散体系,给施工和涂料的性能带来不利的影响。PU涂料中粉料产生沉降的原因比较复杂,根据斯托克斯(stokes)法则,颜填料粒子沉降的速度与粒子半径及两相密度差成正比,与分散体系的粘度成反比。
实验见真知
本实验采用的颜填料不变,故粒子半径为定值,通过添加防沉剂使体系产生弱交联结构,适当提高涂料粘度,赋予其触变性,来解决涂料的防沉型问题。选用几种不同的防沉剂:YH-10、FCJ-1、FCJ-2,其中YH-10为改性有机膨润土,并具有独特化学结构,FCJ-1为气相二氧化硅,FCJ-2为改性氢化蓖麻油。为了短时间内明显看其防沉效果,将等量的液料、填料和防沉剂混合均匀后,放置48h后,看其实验结果,如图1所示。
在防沉型高强聚氨酯防水涂料体系中,配方中各组分以质量份为基准,其他组分不变,采用等量(0.3份)不同的防沉剂来考察对涂料的性能影响.
注:空白样为无防沉剂;储存前为常温放置24h,储存后为常温放置12个月。
由图1可以看出,防沉剂的防沉性:YH-10>FCJ-1>FCJ-2>空白样。从表2可知,储存前,防沉剂YH-10和FCJ-1制备涂料的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度较好,而FCJ-2和空白样产品相对较差;储存后,产品性能均有衰减,其中FCJ-2、空白样衰减较大,其次为FCJ-1和YH-10产品,但YH-10产品的成膜反应速度基本不变,即表实干时间变化较小。另外,考察了相对性能较好的防沉剂YH-10和FCJ-1在B组分中的储存防沉效果,如图2所示。由图可知,常温储存12个月后,YH-10合成的料比较均一,无分层无沉降现象,而FCJ-1制备的料相对较差,出现明显的分层,采用玻璃棒搅拌时,底部有软沉淀,从长期储存效果来看,YH-10的防沉效果优于FCJ-1。
图2防沉剂YH-10和FCJ-1对涂料B组分储存性能的影响(常温12个月)
根据以上不同防沉剂产品的物理性能、储存性能和防沉性能等综合分析,配方中各组分以质量份为基准,其他组分不变,防沉剂YH-10产品性能相对较好,可应用在该配方体系中。