新型聚醚在聚氨酯防水涂料中的应用研究
刘新永,李 超,张冬冬,王 威,朱兆伟,潘玉民
(宏源防水科技集团有限公司,山东 寿光 262700)
来源:中国建筑防水 2021年8月 第8期
研究了可单独制备聚氨酯防水涂料的新型聚醚在实际生产中的应用,在设备、工艺、反应进程、产品黏度和性能方面与传统聚醚体系进行对比研究。结果表明,新型聚醚制备涂料的设备、工艺精简,所制单组分聚氨酯防水涂料黏度较低,性能与传统聚醚体系相近,且稳定性更高,副反应较少,游离异氰酸酯含量较低该新型聚醚在聚氨酯防水涂料的应用中优势明显。
聚氨酯防水涂料;新型聚醚;产品性能;反应进程
目前,制备单组分聚氨酯防水涂料的主流聚醚体系是两官能度 2 000 分子量加三官能度 5 000 分子量的双聚醚体系。随着产品技术的发展、上下游的合作,由单一品种聚醚制备聚氨酯防水涂料的想法得以实现。本文以新型聚醚在单组分聚氨酯防水涂料中的应用为例,对比传统聚醚体系,阐述了新型聚醚的应用优势。
1.1 主要原材料
主要原材料见表1。
1.2 制备工艺
将配方计量的聚醚、氯化石蜡、分散助剂加入三口烧瓶中,升温搅拌,温度升到100℃左右加入计量的高岭土搅拌均匀,升高温度至120℃并保持-0.09MPa 真空脱水2h,降温至85℃,加入计量的甲苯二异氰酸酯,常压保温密闭反应2.5h,反应结束向瓶中加入计量的催化剂、溶剂搅拌均匀,过滤出料。
1.3 试验设计
1.3.1 新型聚醚的技术指标
本研究采用的新型聚醚的技术指标如表 2 所示。
1.3.2 不同聚醚体系的试验方案
表 3 为不同聚醚体系对聚氨酯防水涂料物理性能影响的试验方案。
1.4 性能测试
按照 GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》中的涂覆及养护方法进行成膜制备。
按照 GB/T 19250—2013 和 GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》中的技术要求和测试方法测试聚氨酯防水涂料的性能指标。
按照 JC 1066—2008《建筑防水涂料中有害物质限量》中的技术要求和测试方法测试游离 TDI 含量。采用二正丁胺滴定法测试 NCO 含量。
2.1 不同聚醚体系对涂料生产设备与工艺的影响
采用新型聚醚体系生产单组分聚氨酯防水涂料时,聚醚种类的减少直接导致了生产装置的精简,储存装置、输送装置、控制配套等都由原来的多套变为一套。对工艺的影响主要体现在效率、精度和稳定性方面,新型聚醚的应用避免了原来的多种聚醚分次配料的多节点多误差的弊端,工艺时间可缩短 1/4,配料误差降低 50%,事故率下降 90%。
2.2 不同聚醚体系对涂料性能的影响
2.2.1 不同聚醚体系对涂料黏度的影响
不同聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料的黏度测试结果见图1。从图1中可以看出,传统聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料黏度为6000mPa·s(23℃),新型聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料黏度为4010mPa·s(23℃),黏度下降约33%。
2.2.2 不同聚醚体系对涂料力学性能的影响
表4为不同聚醚体系对聚氨酯防水涂料拉伸强度的影响。选取了两种聚醚体系生产的涂料各10釜
进行数据统计分析,结果表明,两种聚醚体系所制聚氨酯防水涂料拉伸强度的平均值相近,极差与平均差差距较大:新型聚醚体系所制聚氨酯防水涂料拉伸强度的极差为 6.61%,方差为 6.38%;传统聚醚体系所制聚氨酯防水涂料拉伸强度的极差为 16.51%,方差为 18.37%。新型聚醚体系所制聚氨酯防水涂料的拉伸强度稳定性远高于传统聚醚体系所制聚氨酯防水涂料拉伸强度的稳定性。另外在断裂伸长率与撕裂强度等方面也得到了相同的结果。
2.2.3 不同聚醚体系氨酯化反应结果的对比
不同聚醚体系氨酯化反应测试结果如表5。从表5中可以看出,在相同理论工艺条件下,新型聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料的NCO含量为3.00%,传统聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料的NCO含量为2.60%。配方理论值为 3.24%,新型聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料的NCO含量更接近于理论值。
传统聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料的游离TDI含量为4g/kg,新型聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料的游离TDI含量为3g/kg,较传统聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料的游离TDI含量下降25%。
新型聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料的封端NCO含量为2.86%,传统聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料的封端NCO含量为 .41%。即新型聚醚体系中88.27%的TDI参与封端反应,传统聚醚体系中74.38%的TDI参与封端反应。结果表明,新型聚醚体系制备的聚氨酯防水涂料中参与封端反应的异氰酸酯数量多,未参与反应的异氰酸酯数量少,反应出体系中参与扩链副反应的异氰酸酯数量少。
缩聚反应中,一般用过量法和活性差异法控制分子量。传统聚醚体系中不同种类的聚醚分子量和羟基的位置差异大,氨酯化封端反应与扩链副反应的活化能差异降低,增大了副反应的概率。新型聚醚采用分断式合成方法制备,分子量一致,伯羟基封端的聚醚,使羟基的反应活性提高并且一致,对位的NCO在反应中始终占稳定优势,减少了副反应的发生。
采用单一品种的新型聚醚 10LD33 制备单组分聚氨酯防水涂料。与传统聚醚体系对比,该新型聚醚具有如下优势:
(1)新型聚醚可单独制备聚氨酯防水涂料,设备明显精简,工艺效率提高,事故率有效降低。
(2)新型聚醚能有效降低聚氨酯防水涂料的黏度,较传统聚醚体系所制备的聚氨酯防水涂料黏度下降33%。
(3)新型聚醚解决了传统聚醚体系的多种局限性,所制备的聚氨酯防水涂料成品性能稳定。
(4)新型聚醚反应动力学上更利于封端反应,扩链副反应少。
(5) 新型聚醚能有效降低制得的聚氨酯防水涂料中游离 TDI 的含量,所制涂料更环保。
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