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期刊专利论文

装配式混凝土建筑用聚氨酯密封胶开发及性能研究

来源:CATIA2022年09月08日

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 装配式混凝土建筑用聚氨酯密封胶 开发及性能研究 

康杰分,沈春林,褚建军,王玉峰 

苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司
江苏苏州215000 

来源:中国建筑防水  2020年5月 第5期

摘要

采用脂肪族异氰酸酯和聚醚多元醇制备基胶,活性纳米碳酸钙作抗流挂剂,环己烷-1,2-二甲酸二异壬酯为增塑剂,亚胺化合物XY-402为除水剂,分步法合成了一款高耐候、高回弹、超低模量、低黏度的脂肪族聚氨酯密封胶。试验结果表明:该聚氨酯密封胶性能优异,与混凝土基材粘结好,不胀缝、不脱胶,施工性好,适合用于装配式混凝土建筑拼接缝的防水密封。

关键词
装配式建筑;聚氨酯密封胶
耐久性;超低模量;低黏度 
引言

聚氨酯建筑密封胶具有耐酸、耐碱、高回弹、高延伸的特点,与混凝土相容性好,即使不使用底涂,与混凝土基材也具有很好的粘结性。目前,聚氨酯材料在国内发展迅猛,关键原材料和辅料全部国产化,其中中国化工集团、烟台万华等企业在聚氨酯领域的崛起,为聚氨酯产品的开发应用提供了有力的工业支撑,彻底改变了聚氨酯制品核心原料依赖进口的局面。本项目旨在开发一款与装配式混凝土建筑匹配性好、使用寿命长、安全环保的聚氨酯密封胶,为装配式混凝土建筑的安全性和舒适性保驾护航。 

1 实验
 
1 实验部分
1.1 主要试验材料
    聚醚多元醇(DL-2000D,EP-3600),工业纯,中化集团山东蓝星东大;六亚甲基二异氰酸酯(HDI),工业纯,万华化学集团股份有限公司;活性纳米碳酸钙,工业纯,湖南金箭新材料科技有限公司;炭黑,工业纯,山东汇百川新材料有限公司;钛白粉,工业纯,金浦钛业股份有限公司;增塑剂:环己烷-1,2-二甲酸二异壬酯(DINCH),工业纯,德国巴斯夫;活性碳酸钙,工业纯,立达超微工业(苏州)有限公司;二月桂酸二丁基锡(MT-101),工业纯,南通名泰化工有限公 司;除水剂 XY-402,工业纯,苏州湘园新材料股份有 限公司;硅烷偶联剂,工业纯,曲阜晨光化工有限公 司。
1.2 主要试验仪器及设备
    BUV-2100C 紫外老化试验箱,苏州拓博机械设备有限公司;CMT6104 型万能拉力试验机,美特斯工业系统(中国)有限公司;AKF-2010V 水分测定仪,上 海禾工科学仪器有限公司;5L真空捏合机,无锡德力克机械设备有限公司;5L行星强力分散釜,无锡旭科机器人有限公司。
1.3 聚氨酯密封胶的制备
    聚氨酯密封胶的基础配方:基胶25份、增塑剂(DINCH20份、活性碳酸钙粉20份、活性纳米碳酸钙粉30份、催化剂 0.1份、XY-402除水剂 0.5份、硅烷偶联剂 0.4 份、其他助剂4份(均为质量份,下同)。按比例将活性碳酸钙粉、活性纳米碳酸钙、炭黑、钛白粉、增塑剂加入真空捏合机,加热使物料在 120~125℃条件下真空干燥3h;通过卡尔费休法测定水分,确认水分含量小于50ppm后,取出放入干燥器,作为备用色膏。
    将聚醚多元醇加入三口瓶中,搅拌升温至120~125℃条件下真空干燥1h;降温到 80℃,加入异氰酸酯单体,在80~85℃条件下聚合3h;加入催化剂T-12,继续在 80~85℃条件下恒温聚合 0.5h,得到聚氨酯基胶。
    将聚氨酯基胶、脱水色膏加入行星强力分散釜, 在常温下分散1h;加入除水剂、催化剂和其他助剂,常温混合 0.5h,出料包装。
1.4 聚氨酯密封胶的成型及性能测试
    聚氨酯密封胶的成型和性能测试按照标准 JC/T881—2017《混凝土接缝用建筑密封胶》中的要求进行;断裂伸长率测试按照标准 GB/T16777《建筑防水涂料试验方法》中的哑铃片试样要求进行。
 
2   结果与讨论

2.1 聚氨酯密封胶的性能测试结果
    本项目设计的装配式混凝土建筑用聚氨酯密封胶的基本性能见表 1。该聚氨酯密封胶基胶采用脂肪族的异氰酸酯单体和聚醚多元醇,产品不易黄变;炭黑和钛白粉具备优异的耐紫外老化性能,所以制备的聚氨酯密封胶耐候性好,经1500h紫外老化后依然能够保持很好的延伸率,外观没有粉化和开裂现象;产品经热老化、高低温循环和冷拉-热压疲劳试验后依然与混凝土基材粘结良好;破坏性试验结果表明,产品与混凝土粘结破坏面积为0%,即该款密封胶与 混凝土粘结属于内聚破坏,这与其超低的模量特性有关,密封胶的模量越低,与基面脱胶的可能性就越小。

    因此,该聚氨酯密封胶可用于暴露在大气环境中的装配式建筑接缝的密封,为其提供长久防护效果。此外,该款耐候聚氨酯密封胶质量损失率低,对环境友好,有利于环境保护和工人健康。
 

 

2.2 触变剂的选择及其对密封胶性能的影响

    触变功能是密封胶用于建筑坡面或立面施工的基本需求,可以防止密封胶下垂、流淌和塌陷。密封胶常用触变剂有聚氯乙烯糊、有机膨润土、气相二氧化硅、活性纳米碳酸钙。气相二氧化硅比较蓬松,计量、输送和分散难度比较大,且价格昂贵,生产的密封胶黏度也偏大;聚氯乙烯糊含水率高、耐高温稳定性差;有机膨润土含水率高,且金属离子含量高,这些都不利于密封胶的储存稳定。本项目选择经活化剂改性的纳米碳酸钙作为触变剂,开发了一款高效触变、低黏度的单组分聚氨酯密封胶。通过改变触变剂活性纳米碳酸钙的用量制备了一系列聚氨酯密封胶,考察触变剂用量对其性能的影 响,详细试验结果见表2。
    可以发现,当活性纳米碳酸钙的添加量达到30份时,聚氨酯密封胶即具有很好的抗下垂性。

 

 

    此外,随着活性纳米碳酸钙添加量的提高,密封胶的拉伸模量也增大,说明纳米碳酸钙对密封胶有较好的补强作用;密封胶体系的黏度也随之增大、挤出性变差。从挤出性测试结果来看,采用活性纳米碳酸钙做触变剂时,聚氨酯密封胶的挤出性远远高于标准要求的150mL/min,一方面可以减少生产和施工过程中材料的损耗,另一方面也可极大地提高施工效 率。综合性能和成本因素考虑,触变剂活性纳米碳酸钙的添加量宜为30份。
2.3 聚氨酯密封胶储存稳定性的评价

    聚氨酯密封胶对湿气比较敏感,生产之前需要对原材料进行严格脱水处理;生产过程中需要采用氮气保护,避免产品与空气接触。但是,在密封胶的生产和出料过程中,不可避免要与空气接触,空气中的水分仍会影响其储存稳定性。为了解决湿气对聚氨酯密封胶储存稳定性的影响,通常会在其配方中加入适量的除水剂。传统除水剂对甲基苯磺酰异氰酸酯(PTSI)与水反应剧烈,计量和输送比较麻烦,增加了生产难度;乙烯基硅烷偶联剂和亚胺类产品也可以作为聚氨酯密封胶的除水剂,且与水反应比较温和,有利于生产过程控制。本项目采用亚胺类潜固化剂 XY-402 作为聚氨酯密封胶的除水剂,亚胺类除水剂遇水反应释放出伯胺基,伯胺基与聚氨酯基胶中的异氰酸酯基快速反应,避免二氧化碳气泡的产生。所以,亚胺类除水剂除了能提高聚氨酯密封胶的储存稳定性,还能抑制聚氨酯密封胶的胀缝问题。

    通过改变除水剂的用量制备了一系列聚氨酯密封胶,考察除水剂用量对其性能的影响,详细试验结果见表3。可以发现,除水剂XY-402的添加量达到0.5份时,能解决聚氨酯密封胶的胀缝现象。此外,随着除水剂添加量的增加,密封胶的模量随之变小,这可能与XY-402除水剂的分子结构有关。XY-402除水剂的主链为亚甲基醚结构,水解后生成二元聚醚胺,分子主链为直链醚键结构,让交联后的聚氨酯树脂具有很好的柔韧性和较低的内聚能,从而使密封胶具有较低的拉伸模量。

 

 

    将除水剂添加量为0.5份的聚氨酯密封胶产品放置在50℃恒温箱中加速储存,通过挤出性能测试 考察其储存稳定性。从图1和图2中的数据来看,聚氨酯密封胶的挤出性随着储存时间的推移而变小,加 热条件下和标准试验条件下的储存变化趋势一致。总体来看,本项目制备的聚氨酯密封胶挤出性较好,常温储存一年后挤出性仍能达到400mL/min 以上,产品能满足一年的储存需求,不影响其施工性,远优于市场上现有的聚氨酯密封胶产品。 

 

 

 

 

3 结 论

    1)通过原料和工艺优化,本文制备了一款超低模量、高回弹、低黏度、不胀缝的耐候型聚氨酯密封胶。

    2) 加入30份左右活性纳米碳酸钙作抗流挂剂时,该聚氨酯密封胶具备很好的抗流挂性。同时,活性纳米碳酸钙能明显降低聚氨酯密封胶的黏度,既能降低生产和施工过程中材料的损耗,又能提高生产及施工效率。

    3) 加入亚胺类除水剂 XY-402能明显改善密封胶的储存稳定性,同时可以解决聚氨酯密封胶施工过程中的胀缝难题。此外,该除水剂的碳氧键主链结构, 能降低聚氨酯基胶的内聚强度,降低聚氨酯密封胶的拉伸模量(常温模量为 0.15 MPa,-20 ℃低温模量为0.2 MPa)。超低模量有利于密封胶在形变过程中对混凝土界面的牢靠粘结,从而为装配式建筑拼接缝提供长效的密封保护。

装配式混凝土建筑用聚氨酯密封胶开发及性能研究

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2022年5月   第5期  END

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