唐先成
（四川省宏源防水工程有限公司，四川 成都 610502）
来源：中国建筑防水，2020年5月，第5期
制备了一种用于装配式建筑的硅烷改性密封胶配套用双组分底涂剂，并讨论了聚氨酯含量、NCO 含量、聚氨酯封端用异氰酸酯种类及溶剂类型对其性能的影响。结果表明，当使用 TDI 型聚氨酯对环氧树脂进行接枝改性，聚氨酯用量为 10%~20%、NCO 含量为 5%、使用二甲苯或三甲苯作稀释溶剂，所得底涂剂的综合性能最佳。
装配式建筑；硅烷改性密封胶；底涂剂；聚氨酯；环氧树脂
随着现代建筑技术的发展，装配式建筑因具有节能、节材、节水、节地及环保等优势，得到国家的大力倡导，正成为未来建筑发展的一种趋势。装配式建筑 是将建筑的部分或全部构件在工厂预制完成，构件在加工过程中需要使用脱模剂，主要成分是矿物油，残留的矿物油不仅影响构件与密封材料的粘结性能，还 会与水泥混凝土中的碱发生皂化反应，生成“金属 皂”；预制构件加工完成后，为了保护表面，一般会在 其表面涂刷表面处理剂，也会影响其与密封材料的粘结性能；同时，预制混凝土构件属于多孔材料，若泡水 一段时间后，水会慢慢浸透至密封胶与构件的粘结 面，亦会影响粘结性能。由于上述因素，装配式建筑在应用过程中常常出现拼接缝防水性能不够的问题，即使选用具有良好粘结性、耐候性、柔韧性、涂饰性的硅烷改性密封胶，也无法完全避免。较好的解决方法，是配合使用底涂剂来提高密封胶的粘结性能。
底涂剂的使用能够解决密封胶服役一段时间后粘结失效导致的拼接缝防水性能不够问题，其性能优劣直接影响装配式建筑的使用寿命。一般情况下，要求底涂剂具有室温固化、渗透性好、施工性好，与硅烷改性密封胶相容，能有效增强密封胶与混凝土基面的粘结性等性能。目前，硅烷改性密封胶常用的底涂剂主要是聚氨酯体系底涂剂，而聚氨酯-环氧树脂复合底涂剂应用报道较少，本文采用聚氨酯与环氧树脂进行分子水平复合，设计并构筑聚氨酯-环氧树脂交联网络结构，得到兼具环氧及聚氨酯优点的双组分底涂剂。
1.1 主要原料
聚醚多元醇（PPG2000），山东蓝星东大有限责任公司；甲苯二异氰酸酯（TDI），巴斯夫；二苯基甲烷二异氰酸酯 （MDI），巴斯夫；异佛尔酮二异氰酸酯 （IPDI），巴斯夫；硅烷改性密封胶，自制；γ-（2，3-环氧 丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH-560），湖北新蓝天新材料股份有限公司；环氧固化剂，上海君江科技有限公司；环氧树脂（YEP-128），市售；二甲苯、三甲苯、乙酸 乙酯、乙酸丁酯，市售。
1.2 仪器与设备
电子天平，拉拔仪，三口瓶，搅拌机，真空泵，等。
1.3 底涂剂的制备
1.3.1 聚氨酯预聚体的制备
将 PPG2000 投入三口瓶中，在 120 ℃的条件下真空干燥 2 h；降温至 75~85 ℃，滴加多异氰酸酯，滴加完毕后再反应 2~3 h，得聚氨酯预聚体。
1.3.2 A 组分的制备
在 75~85 ℃的条件下，将上文制备的聚氨酯预聚体加入环氧树脂 YEP-128 中，反应 2~3 h；降温至 50 ℃以下，加入溶剂，得 A 组分。
1.3.3 B 组分的制备
将环氧固化剂、KH-560 和溶剂加入三口瓶中搅拌均匀，得 B 组分。
1.4 试样制备
采用强度等级高于 32.5 的硅酸盐水泥制成 75 mm×25 mm×25 mm 的混凝土试块，将底涂剂的 A、B 组分按质量比为 1∶1 混合均匀，用毛刷将底涂剂均匀刷涂于试块上，养护足够的时间，再涂覆硅烷改性密封胶（厚度 3~4 mm），于标准条件下养护 7 d 后，测试其性能。
1.5 分析与测试
表干时间、实干时间：按照 GB/T 16777—2008 《建筑防水涂料试验方法》标准进行测试。
耐水性：将养护好的试样泡水 4 d 后，自然晾晒 1 d，用刀切开密封胶，剥离粘结面，观察粘结破坏情况。
渗透性：用毛刷将底涂剂刷涂于混凝土试块上， 记录表面无明显液体试样的时间。
粘结强度：将养护好的混凝土试块用砂纸打磨表面并除去浮灰，然后在其表面刷底涂剂，于标准条件下养护 7 d 后，用拉拔测试仪测试其粘结力，并计算 相应的粘结强度。
2.1 聚氨酯（PU）含量对底涂剂性能的影响
PU 含量对底涂剂性能的影响如表 1 所示。
由表 1 可知，PU 含量对底涂剂的渗透性无明显影响。但是，随着 PU 含量的增加，底涂剂的表干时间和实干时间均呈先缩短后延长趋势，当 PU 含量为 20%时，底涂剂的表干时间和实干时间均最短，分别为 2 h 和 3 h；同时，底涂剂的耐水性初期稳定、后期下降，粘结强度先增加后减小。出现上述结果，是由于混凝土试块中存在大量的毛细孔，而这些孔中存在一 定量的水分，随着 PU 含量的增加，体系中的 NCO 基团含量也相应增加，并在催化剂的作用下与水发生反应形成脲键，从而与基材形成较好的络合交联结构， 表现为表干和实干速度加快、耐水性佳、粘结强度稳步提升。但是，当 PU 过量时（含量超过 20%），体系中过多的 NCO 基团会先于聚氨酯预聚体与环氧树脂上的 OH 发生接枝反应，导致大量聚氨酯预聚体不能与环氧树脂接枝；由于过量的游离 NCO 消耗掉部分环氧固化剂，导致环氧基团开环的速度减缓，不能及时生成 OH；同时，部分聚氨酯预聚体还可能发生自聚， 聚氨酯改性环氧树脂体系可能由之前的连续相发生相转变，聚氨酯与环氧树脂相容性变差，上述因素共同作用，影响了底涂剂与混凝土试块、密封胶的络合桥接能力，表现为固化速度变慢，耐水性、粘结性均下降。
2.2 聚氨酯中 NCO 含量对底涂剂性能的影响
NCO 含量是指聚氨酯体系中游离 NCO 所占的质量分数，该数值决定了聚氨酯体系的封端基团和分子量。根据 2.1 中的数据分析，选取聚氨酯含量为 20%，通过调整聚氨酯预聚体合成过程中 NCO 的含量，研究聚氨酯分子中 NCO 含量对底涂剂性能的影响。聚氨酯中 NCO 含量对底涂剂性能的影响如表 2 所示。
如表 2 所示，随着聚氨酯中 NCO 含量的增加，底涂剂的表干时间和实干时间同样呈先缩短后延长趋势，当 NCO 含量为 5%时，底涂剂的表干时间和实干 时间均最短，分别为 2 h 和 3 h；同时，底涂剂耐水性初期稳定、后期下降，粘结强度先增加后减小。上述结 果与 2.1 中的试验结果，在本质上是一致的。
2.3 不同多异氰酸酯封端的聚氨酯对底涂剂性能的影响
影响聚氨酯性能的因素有很多，如硬段和软段的种类、比例以及合成方法等。二异氰酸酯的结构体积庞大，可以引起链间位阻，能够赋予聚氨酯较高的模 量和强度，对聚氨酯改性环氧树脂底涂剂的性能起着决定性的作用。不同多异氰酸酯封端的聚氨酯对底涂剂性能的影响具体如表 3 所示。
由表 3 可知，采用 MDI 型聚氨酯制备的底涂剂表干时间最短，这是因为 MDI 型聚氨酯的活性高于 TDI 和 IPDI 型聚氨酯。采用 IPDI 型聚氨酯制备的底 涂剂渗透性最好，TDI 型次之，MDI 型最差。这同样是由于几种聚氨酯的活性不同造成的，IPDI 型聚氨酯活性最差、黏度低，制得的底涂剂表干慢；MDI 型聚氨酯活性高、黏度大，制得的底涂剂表干快，底涂剂不能完全渗透，混凝土试块中的水分透过其毛细管迁移至涂层与混凝土试块的接触面，降低界面粘结性能，泡水后底涂层可能从混凝土表面剥离。进一步分析表 3 中的数据可以发现，TDI 型的聚氨酯改性环氧树脂底 涂剂综合性能最优，其表干时间为 2 h、实干时间为 3 h、渗透性为 40 min、粘结强度达到 2.6 MPa、泡水后 100%内聚破坏。
2.4 溶剂类型对底涂剂性能的影响
NCO 封端的聚氨酯预聚体改性环氧树脂反应过程中，由于体系黏度增大、搅拌困难，会导致反应不彻底，甚至会出现凝胶现象。因此，在合成过程中需要加 入适量的溶剂来稀释反应物，改善体系的黏度和反应速度；合成反应完毕后，再加入适量的溶剂调节体系的黏度至达到使用要求。在此，基于溶剂类型，研究了 不同溶剂对聚氨酯改性环氧底涂剂性能的影响，具体情况见表 4。
由表 4 可知，与使用二甲苯或三甲苯作溶剂相比，使用乙酸乙酯或乙酸丁酯作溶剂制得的底涂剂表干时间和实干时间较短。但是，使用乙酸乙酯或乙酸丁酯溶剂制得的底涂剂没能完全渗透，耐水性较差。综上，溶剂使用二甲苯或三甲苯，制得的底涂剂综合性能较佳。
1） 聚氨酯预聚体不同添加量对改性后的底涂剂性能有一定影响，当其添加量为 10%~20%时，制得的底涂剂综合性能最佳。
2）表干时间和实干时间随 NCO 含量的增加先缩短再延长，粘结强度随 NCO 含量的增加先上升后下降。当 NCO 含量为 5%时，所得底涂剂的表干时间和实干时间最短、粘结强度最高、综合性能最优。
3）以 NCO 含量为 5%、TDI 封端的聚氨酯作为改性剂，二甲苯或三甲苯作为稀释溶剂，制得的双组分聚氨酯改性环氧树脂底涂剂综合性能最佳，与硅烷改 性密封胶配套使用，可提高防水性能，适用于装配式建筑的基层处理。
为方便阅读，本文移除了脚注。如有需要，请参阅《中国建筑防水》2020年5月，第5期》。
END
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