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期刊专利论文

用于公路工程的聚氨酯密封胶研究进展

来源:林中祥胶粘剂技术信息网2024年01月16日

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  刘虓嵩,张增平,郭茵霄,刘 浩,于欣赫,阚士云
  
  (长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西 西安 710064)
  
  来源:中国胶粘剂
  
  2023 年 9月第 32 卷 第 9 期
  
  摘要
  
  本文主要归纳了聚氨酯材料作为路用密封胶的研究进展,包含聚氨酯密封材料的概述及反应机 理、主要组成材料(多异氰酸酯、多元醇、扩链交联剂、催化剂以及填料等)、性能评价(宏观、微观、分子动力学 模拟等)、新型聚氨酯密封胶种类(如改性聚氨酯密封胶、生物基聚氨酯密封胶、无溶剂聚氨酯密封胶等),并概 述了聚氨酯密封胶在公路工程中的实际应用情况。最后,提出了目前聚氨酯密封胶研究中存在的问题,并对发展趋势进行了展望。
  
  关键词
  
  聚氨酯;密封胶;道路工程;路面养护
  
  前言
  
  近年来,随着交通量和车辆荷载的激增以及平 均行车速度的提高,沥青混凝土路面往往在通车后1~2年便出现了不同程度的损坏情况。路面发生开 裂等病害的频率增加,使得养护工程的比重也在逐 年增加,极大程度上影响了我国沥青路面的使用性 能和可持续发展[1]。水泥路面近年来也出现不同程 度的破损、开裂等病害,严重影响到行车的安全以 及水泥路面的耐久性[2],这主要受限于沥青的化学 组成和路面自身的结构。
  
  嵌入填缝材料是目前较为实用的一种处理裂 缝的设计方案,该处理方式一方面可以增强裂缝处 强度,延长道路使用寿命;另一方面可以防止裂缝 扩大和雨水、杂物的灌入。聚氨酯密封胶是目前常 用的路用密封胶,聚氨酯材料配方较为丰富,力学 性能尤其是粘接性能较为优异,对聚氨酯密封材料 的研究具有重要的理论意义和实用价值。此外,聚 氨酯密封胶还适用于水渠、箱涵、大坝和堤防等水 利工程建筑的施工缝中,起到防水堵漏、加固结构 的作用[3]。因此,本文简要介绍了路用聚氨酯密封 胶,综述了聚氨酯密封胶的反应机理、性能评价以 及应用情况等,最后对聚氨酯密封胶的发展进行了 展望,以期为聚氨酯密封胶在我国的发展与应用提供参考。
  
  1 聚氨酯材料概述
  
  聚氨酯(PU)全称聚氨基甲酸酯,最早是 1940年由德国法本公司(I.G.Farben AG)的研究员 Bayer等将异氰酸酯与聚醚多元醇缩合而成[4],是道路交 通领域的一种重要的有机高分子材料。由聚氨酯 预聚体作为主要成分的密封胶是三大弹性密封 胶(有机硅、聚硫、聚氨酯)之一[5]。
  
  多异氰酸酯和多元醇是合成聚氨酯的两大基 本材料,多异氰酸酯中的异氰酸酯基(—NCO)与多 元 醇 中 的 羟 基(—OH)反 应 合 成 氨 基 甲 酸 酯 基(—NHCOO—)为最基本的化学反应。常用的二 异氰酸酯与二醇的反应式如图1所示。
  
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  此外原材料及环境中含有微量的水,会引起异 氰酸酯与水发生反应,该反应先生成不稳定的氨基 甲酸,后快速分解生成胺和二氧化碳。反应生成的 胺易与过量的异氰酸酯进一步反应形成脲,并起到 扩链作用,如图 2 所示。异氰酸酯与水的反应通常 与基本反应伴随发生。
  
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  聚氨酯分子中分布着大量的氨基甲酸酯基和 异氰酸酯基。这两个基团具有较强的极性,氨基甲 酸酯基团易与极性分子形成分子间氢键,异氰酸酯 基团易与活泼氢发生化学反应,因此聚氨酯材料是 一种优良的极性基材胶粘剂。聚氨酯密封胶是一 种性能优异的接缝材料,具有弹性和柔韧性好、强 度高、耐磨/耐老化性优良、施工过程简便且无需加 热等优点,但存在耐水性、耐油性较差等缺陷[6]。
  
  聚氨酯密封胶一般分为单组分和双组分两种 基本类型,单组分为湿气固化型,双组分为反应固 化型。单组分的特点是使用简便,但固化速率相对 较慢;双组分的特点是固化速率快、使用性能优良, 但施工工艺相较于单组分密封胶要复杂一些[7]。聚 氨酯密封胶可用预聚法和一步法生产,如图3所示, 通常将异氰酸酯与多元醇分别放入 A、B组分,其他 助剂多与含羟基的组分混合[8]。
  
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  国产聚氨酯密封胶的品种和质量在二十世纪 九十年代以前满足不了使用要求,技术基础水平较 低,主要靠进口[9]。近些年随着科技水平的不断发展进步,我国对于聚氨酯密封胶产品的研发也取得 了较大的成就,但仍处于起步上升阶段。生产工艺 和施工工艺等方面仍存在着如生产、使用过程不环 保等亟待解决的问题,能够查阅的参考文献亦有 限,研究成果不全面。
  
  2 聚氨酯密封胶的主要组成材料
  
  2.1 多异氰酸酯
  
  多异氰酸酯是制作聚氨酯密封胶必不可少的 原材料之一,其种类比较丰富,制作密封胶时使用 的多异氰酸酯种类会直接影响密封胶的使用性能。目前在聚氨酯密封胶的实际生产过程中,使用的多 异氰酸酯以甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二 异 氰 酸 酯(MDI)、多 亚 甲 基 多 苯 基 多 异 氰 酸 酯(PAPI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主,其中PAPI 是 MDI 和聚合 MDI 的混合物。四种常见的多 异氰酸酯结构式如图4所示。
  
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  於亚丰等[10]研究表明,相对于其他类异氰酸酯, 从PAPI制备的聚氨酯胶粘剂的拉伸强度、剥离强度 和剪切强度较好;IPDI 的断裂伸长率较好,但剪切 强度等其他力学性能较差;MDI类的粘接效果较为 优异。
  
  徐海涛等[11]研究表明,液化 MDI 制备的聚氨酯 密封胶反应速度快,固化时间短,密封胶强度和硬 度相对较高;TDI 制备的密封胶强度和硬度较低;MDI-50(质量分数各占 50%的 2,4'-MDI 和 4,4'- MDI)得到的密封胶,其力学性能和加工性能均 较好。
  
  胡孝勇等[12]研究表明,采用PAPI制备的预聚物 黏度比 MDI 的大,当 PAPI 用量超过一定值,预聚物 会失去流动性。
  
  2.2 多元醇
  
  多元醇是聚氨酯密封胶的基础组成部分之一,常用的多元醇种类为聚醚多元醇和聚酯多元醇。聚醚多元醇是分子端基(或/及侧基)含两个或两个 以上羟基,并且分子主链由醚链(—R—O—R'—)组 成的低聚物;聚酯多元醇是含酯基(—COO—)或碳 酸酯基(—OCOO—)的多元醇[13]。聚酯多元醇型密 封胶的黏度高,力学性能好,但施工性能相对较差。在公路工程及建筑工程中因其选用的聚氨酯密封 胶需要考虑温度、湿度等使用因素,一般会选择耐 候性相对较好且价格低的聚醚多元醇,但聚醚型的 粘接强度比聚酯型的低[14]。
  
  蒋树会[15]研究指出,由结晶性聚酯多元醇所制 备的聚氨酯胶粘剂黏度较高;由无定型聚酯多元醇 制备的胶粘剂耐热性、耐水解性、耐候性较高;由液 态聚酯多元醇制备的胶粘剂弹性、浸润性和开放时 间较好。
  
  聚丙二醇(PPG)是典型的聚醚多元醇,其结构 式如图5a)所示。王逸峰等[16]研究表明,聚氨酯弹性 体的吸水率、拉伸强度和断裂伸长率会随着 PPG相 对分子质量的增大而逐渐降低,热稳定性的变化趋 势为先升高后减小。使用 PPG-1000 时,聚氨酯弹 性体的力学性能最好。
  
  聚四氢呋喃二醇(PTMG)是一种特殊的聚醚多 元醇,其结构式如图5b)所示。
  
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  郇彦等[17]以 PTMG 等为原料制备聚氨酯弹性 体,研究表明其制备的聚氨酯弹性体具有较好的低 温稳定性和耐疲劳性能。
  
  2.3 扩链交联剂
  
  扩链交联剂是聚氨酯密封胶生产过程中十分 重要的助剂,扩链是使聚合物分子链扩展、分子量 增大,交联是使聚合物分子间形成化学键连接,使 其形成网状结构[18]。常用的扩链剂有醇类扩链剂和 胺类扩链剂两种,其中常用醇类扩链剂有 1,4-丁二 醇(BDO)、乙二醇(EG)等,常用胺类扩链交联剂有3,3'-二氯−4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)等,其 结构式如图6所示。
  
  醇类扩链剂中的羟基(—OH)与异氰酸酯基 反应生成氨基甲酸酯基,从而起到扩链作用,其反应与合成聚氨酯的基本反应相类似;胺类扩链交 联剂中含有的胺基会与异氰酸酯基发生反应生成 脲基,从而起到扩链交联作用,其反应式如图 7所示。
  
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  谢富春等[19]研究表明,随着使用的二醇扩链剂 分子链长的减小,合成的聚氨酯力学性能随之提 高;当混合加入 EG 和 BDO(物质的量之比为 2∶3) 时,弹性体性能达到最佳。
  
  周鑫等[20]研究表明,MOCA 扩链时的内聚能较 大,因此其扩链制备的聚氨酯材料的力学强度和耐 热性能较醇类扩链剂更好。
  
  李建庆等[21]研究发现,随着 MOCA 加入量的增 大,体系的固化时间缩短,同时黏度增强,MOCA 的 最佳用量应在 8%(质量分数)左右。若 MOCA 的加 入量过大,体系会迅速固化,影响粘接强度。
  
  2.4 催化剂
  
  催化剂有着降低反应活化能、加快反应速率等 作用,为了提高异氰酸酯的化学反应速率,在合成 聚氨酯密封胶的过程中通常需要催化剂。最有价 值的碱性催化剂是叔胺类(R3N)化合物,最有价值 的有机金属化合物是有机锡化合物[18]。
  
  刘冰灵等[22]研究表明,钛酸四乙酯催化合成的 聚氨酯耐热性较好,二丁基氧化锡催化合成的聚氨 酯的硬度、拉伸强度等力学性能较好。
  
  GOGOI 等[23]研究表明,随着二月桂酸二丁基 锡(DBTDL)催化剂的加入,预聚体中异氰酸酯基的 含量会逐渐降低,从而达到催化效果。同时其研究 指出,催化剂的加入会影响聚氨酯预聚体的黏度, 但与催化剂的种类和用量相关性不大。DBTDL 结 构式如图8所示。
  
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  2.5 填料
  
  填料作为聚氨酯密封胶的重要组成部分,能够 影响体系的硬度等性能,同时还可以降低生产成 本。碳酸钙、高岭土以及炭黑等为聚氨酯密封胶的 常见填料,在路用聚氨酯密封胶中,沥青也是一种 常用填料。
  
  SCHMIDER等[24]研究了不同填料加入聚氨酯体 系时对性能的影响。其研究结果表明,高岭土的最佳 加入量为2%~30%(质量分数),可提高聚氨酯的耐热 性能、力学性能。气相SiO2、炭黑等填料的加入可提 高聚氨酯胶粘剂的耐热性能,但加入后的体系黏度较 高或不稳定,不适合于聚氨酯密封胶的实际应用。
  
  2.6 聚氨酯软硬段对密封胶性能的影响
  
  聚氨酯弹性体包含以氨基甲酸酯键相连的硬 段和软段,软段为分散相大分子二醇,硬段为异氰 酸酯和扩链剂形成的聚氨基甲酸酯或聚脲,聚氨酯 弹性体中的氢键主要形成于硬段。软硬段种类的 选择及含量很大程度上决定了聚氨酯力学强度等 性能,软硬段出现的微相分离现象也会决定聚氨酯 的粘接等性能。
  
  2.6.1 软硬段种类及含量
  
  李春涛等[25]研究表明,TDI-100/MOCA 体系具 有较快的固化速度,操作性能较为优异,制备的聚 氨酯弹性体力学性能好;MDI-50/MOCA 体系凝胶 速度过快,不利于实际的使用;MDI-100/BDO 体系 制备的聚氨酯硬度、拉伸强度较差,但回弹性能较 为出色。
  
  区洁等[26]研究表明,当硬段的质量分数为 35% 左右时,形状回复率最高,加入量下降或者增多,都 会使材料的形状回复性能下降;软段中最佳添加量 为4%~5%,加入后聚氨酯弹性体的断裂伸长率及弹 性回复性能得到了提高。
  
  2.6.2 软硬段微相分离现象
  
  由于热力学相容性问题,软硬段会出现互相分 离和同性集聚的现象,在微观结构上体现在硬段分 布在连续的软段相中,硬段的极性氨基甲酸酯基团 将硬段和软段以及不同硬段区域联系起来,这个现象被称为“微相分离”[27],其结构如图 9 所示。更好 的微相分离程度可以使聚氨酯密封胶的拉伸强度、 撕裂强度、硬度及伸长率等性能得到提高。
  
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  赵孝彬等[27]在文中详细介绍了微相分离的各个 影响因素:扩链后产生的聚脲硬段与软段有更大的 热力学不相容型,因而产生更好的微相分离;硬段 含量的增加会导致极性基团的增多,硬段分子间作 用力提高,结晶度增大,微相分离提高;硬段内部形 成的氢键含量提高,软硬段之间形成的氢键含量减 少,体系的微相分离程度会随之提高。
  
  杨浩等[28]研究表明,PTMG 制成的聚氨酯中,由 于醚基的极性较小以及软段的分子链结构较为规 整,软硬段之间形成氢键的含量少,软硬段有较差 的热力学不相容性,硬段结晶度高,微相分离程度最高。
  
  3 聚氨酯密封胶性能评价与性能研究方法
  
  3.1 宏观性能
  
  宏观性能测试方面,聚氨酯弹性体综合性能出 众,致使聚氨酯密封胶的拉伸强度、硬度范围、耐磨 性能及低温性能等都较为出色[18]。目前,公路行业 暂时没有用于公路工程的聚氨酯密封胶的专用测 试规范和评价标准,可以参考 GB/T 13477—1992《建筑密封材料试验方法》、JT/T 203—2014《公路水 泥混凝土路面接缝材料》和JC/T 881—2017《混凝土 接缝用建筑密封胶》中的试验方法与技术要求,对 聚氨酯密封胶进行宏观性能测试及评价。部分性 能指标与规范要求值如表1所示。
  
  3.2 微观表征
  
  微观表征方面,聚氨酯因其有超高的分子量以 及复杂的结构,常用傅里叶变换红外光谱(FT-IR) 分 析 、凝 胶 渗 透 色 谱(GPC)分 析 、差 示 扫 描 量 热(DSC)分析等微观表征方式,从微观角度分析聚 氨酯密封胶的性能。
  
  (1)傅里叶变换红外光谱分析主要用于聚氨酯 材料内部官能团的分析与鉴别,不同的结构对应的
  
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  图谱不同,因此可以根据分析光谱图中不同官能团 在特定波长时的吸光度来对材料进行分析。异氰 酸酯基团(—NCO)的最大吸收波长约为2 270 cm-1, 羰 基(C=O)的 最 大 吸 收 波 长 范 围 约 在 1 720~ 1 740 cm-1之间,通过对聚氨酯密封胶红外图谱的分 析,可以得到材料中异氰酸酯基[29]和羰基等官能团 的含量。
  
  (2)凝胶渗透色谱是一种特殊的以有机溶剂为 流动相的新型液相色谱,主要用于分离测定高聚物 的相对分子质量和相对分子质量分布。通过对聚 氨酯密封胶的分析,可以得到预聚体的相对分子质 量等,也可以对其合成反应历程进行表征分析[30]。
  
  (3)差示扫描量热法可以很好地测量样品在温 度升高过程中吸收和放出的热量,可以建立起聚合 物的微观与宏观之间的本质联系[31]。通过对聚氨酯 密封胶 DSC 曲线的分析,可以得到其玻璃化转变、 冷结晶、熔融吸热这几部分所对应的温度区间,曲 线吸收峰面积越大,说明其热稳定性越差。
  
  3.3 分子动力学模拟
  
  从微观层面进行理论分析,分子动力学(MD)模 拟是目前常用的分析方式。分子动力学模拟是指通过统计电子和原子核的排列和运动状态,并且将 这些粒子看作是按牛顿定律运动,用计算机在原子 尺度上计算材料的各种性质的方法[32],目前常用的 计算机软件有Materials Studio、Aumber以及Lammps等。Materials Studio 是在聚氨酯密封胶领域使用最 为广泛的模拟软件之一。通过对聚氨酯密封胶微 观结构的分析,使用分子动力学模拟方法对分子间 作用力、密封胶的合成反应过程及其作用机理进行 解释。通过软件的进一步模拟,还可以得到密封胶 与沥青等路面材料的相容性以及与集料的界面粘 接性能。
  
  LU等[33]利用分子动力学模拟方法,研究了在不 同温度条件下聚氨酯与沥青的相容性。其研究结 果表明,当温度为140 ℃时,聚氨酯和沥青分子模型 的溶解度参数差Δδ最小,聚氨酯与沥青分子模型相 容性最好,体系稳定性更好。
  
  HUANG 等[34]研究了聚氨酯含量对与沥青相容 性的影响,其建立的聚氨酯模型如图10所示。研究 结果表明,聚氨酯能与沥青组分形成氢键,增强聚 氨酯与沥青的交联效果,聚氨酯的含量影响氢键的 数量和强度。当聚氨酯掺量为 15%(质量分数)时, 体系相容性最佳。
  
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  4 新型聚氨酯密封胶种类
  
  4.1 改性聚氨酯密封胶
  
  新型改性聚氨酯密封胶通过加入改性剂对密 封胶进行改性,以达到提升密封胶各项性能的目 的,以硅烷改性为主。
  
  张银钟等[35]在 A 组分中加入 γ-氨丙基三乙氧 基硅烷(KH-550)对密封胶进行改性。研究结果表 明,A 组分的黏度会随着 KH-550的加入而增加,当 加入量超过 2.1%(质量分数)时,A组分的使用性能 会急剧下降。同时,胶粘剂高温下的力学性能也随 着 KH-550 的加入得到了提高。KH-550 结构式如 图11所示。
  
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  ZHANG等[36]研究表明,在较高温度和湿度的条 件下,硅烷改性聚氨酯密封胶材料的力学性能表现 为非线性,且与温度、湿度和应变速率都有关。
  
  4.2 生物基聚氨酯密封胶
  
  随着密封胶生产技术的进一步发展,科研人员 发现可以通过生物基多元醇的使用,实现可循环再 生新领域的开发,同时能够有效提升密封胶的使用 性能。生物基多元醇是以动植物等为原料得到的低 聚物多元醇,属于可再生资源的利用,与石油基低聚 物多元醇相比具有成本低、可持续、更高的生物降解 性、降低人体毒性等优点[37]。蓖麻油是脂肪酸的甘油 酯,是一种多羟基化合物,为黄色液体,可直接用于 生产聚氨酯密封胶,其结构式如图12所示。
  
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  SAHOO等[38]使用蓖麻油与乙二醇、三甘醇和三 乙醇胺反应,合成了三种不同的多元醇,再与聚己 二异氰酸酯合成生物基聚氨酯胶粘剂,其产品的黏 合性能相较于普通胶粘剂提高了4%。
  
  GURUNATHAN等[39]使用不同R值(—NCO/—OH)的 IPDI 与蓖麻油合成了异氰酸酯基端蓖麻油基聚 氨酯预聚体。研究表明,随着R值的增加,氢键相互 作用和网络形成增加,同时产品的热稳定性等性能 出色,可满足各领域的施工要求。
  
  4.3 无溶剂聚氨酯密封胶
  
  我国目前的聚氨酯密封胶以溶剂型为主,常见 的溶剂种类有二甲基甲酰胺、苯、甲苯、丙酮、丁酮、 乙酸乙酯和二氧六环等[4]。但随着社会的进一步发 展,环保问题也逐渐得到重视。许多聚氨酯密封胶 的研究人员使用无溶剂的生产工艺[40],其生产过程 中不使用有机溶剂,不排放VOCs等有害物质,且使 用过程中无需加热,能够达到减少碳排放的目的。
  
  叶家灿等[41]制备合成了无溶剂聚氨酯胶粘剂, 制备过程中不使用催化剂和有机溶剂。其制备的 聚氨酯胶粘剂在R值为1.88时,拉伸强度、断裂伸长 率等性能最佳。
  
  司政凯等[42]以蓖麻油为原料,并在配方中加入0.15%(质量分数)气相SiO2,制备合成了无溶剂聚氨 酯胶粘剂。研究结果表明,其制得的胶粘剂拉伸强 度和断裂伸长率等力学性能较佳,耐紫外光老化性能优异。
  
  5 聚氨酯密封胶在公路工程中的应用
  
  聚氨酯密封胶在公路工程方面的实际工程应 用已经相对广泛,其使用性能相对于其他材料的路 面密封胶有优势。聚氨酯密封胶能够进行常温施 工,施工速度快,工程质量可以得到保证的同时起 到环保的作用。另外,聚氨酯密封胶的使用可以有 效减少其他杂物的嵌入,大大降低养护成本,延长 公路的使用周期[6]。
  
  沥青中的水会和胶粘剂中少量的游离异氰酸 酯基进行反应,生成脲基和二氧化碳。对于沥青基 的聚氨酯密封胶来说,此反应的量过于微小,更多 作为物理共混考虑。
  
  万小龙等[43]研发了一种应用于沥青路面的双组 分聚氨酯密封胶,除了常规配方之外,研究者在A组 分中加入了适量双氧水,在B组分中加入了亚铁盐。 其研究表明,双氧水和亚铁盐发生的氧化还原反应 会使沥青表面产生自由基,会增加聚氨酯密封材料 与沥青路面材料之间的粘接强度,且嵌缝胶的拉伸 强度、断裂伸长率等其他性能均较为出色。
  
  ZHANG 等[44]比较了苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌 段共聚物(SBS)、聚氨酯(PU)和有机硅(OS)对沥青基密封胶的改性效果。其研究结果表明:PU对沥青 热稳定性的改性作用最为明显,在沥青中的分散性 最佳,同时沥青的强度和柔韧性也得到了有效 提高。
  
  应国强等[45]对比了聚氨酯密封材料、聚合物防 水黏结料及SBS改性沥青与沥青混合料之间的粘接 性。其研究结果表明,使用聚氨酯密封材料的抗剪 强度与拉拔强度为另两种黏结料对应强度的 1.8倍 以上,性能较为出色。
  
  水泥路面与桥面中的伸缩缝是保证其正常安 全使用的关键组成结构,嵌入聚氨酯密封胶可以使 其降低开裂的风险,同时聚氨酯密封材料也是处理 水泥路面开裂的重要材料。聚氨酯密封胶只会与 水泥路面中的水发生微量反应,在实际使用过程中 通常不做考虑。
  
  XU 等[46]研制了一种端羟基聚二甲基硅氧烷双 组分聚氨酯路面密封胶。这种新型密封胶具有优 异的粘接强度、抗拉强度和耐老化性,并且是目前 较具成本效益的水泥混凝土路面密封胶材料。
  
  袁博等[47]合成了一种用于严寒地区公路裂缝修 补的聚氨酯密封胶,并研究其使用性能。研究表 明,在低温环境下密封胶的断裂伸长率能达到380%,粘接强度能够达到1.1 MPa,能够满足低温环 境下密封胶的实际应用。
  
  伏新合等[48]研究了非焦油型聚氨酯道路密封胶 在近海气候条件下的应用。其研究表明,在温差大、 湿度大的使用条件下,将聚氨酯道路密封胶应用于 混凝土路面,不仅粘接强度高、耐久性好,并且能够 大大降低施工能耗,起到保护生态环境的作用。
  
  杨流家[49]研究了聚氨酯密封胶在实际桥梁伸缩 缝中的应用效果。其研究表明,使用双组分聚氨酯 密封胶可以有效阻止杂质进入到伸缩缝内部,并且 不存在任何的损坏或者是下沉的情况,延长了使用 寿命,同时提升了伸缩缝的综合性能和质量水平, 有效增加了桥梁运行的安全性。
  
  商纯福[50]研究了聚氨酯密封胶在桥梁施工使用 时的性能影响因素。其研究表明,粘接面的干燥程 度、洁净程度以及是否存在杂质会严重影响密封胶 的粘接性能,昼夜温差大的环境容易产生冻融循 环,施工时使用非焦油型聚氨酯密封胶能够获得更 好的使用效果。
  
  形状记忆聚氨酯(SMPU)作为一种特殊的路用 密封材料,可以在特定温度下保持暂时的形状,并 在受到光、湿度、辐射、温度或磁场等刺激后恢复到原来的形状[51]。
  
  SHI 等[52]开 发 的 二 氧 化 硅/形 状 记 忆 聚 氨 酯(SiO2/SMPU)是一种利用其形状记忆性能适应伸 缩缝宽度随路面温度变化的新型密封胶,能有效延 长路面使用寿命,降低养护成本。SHEN 等[53]研发 的二氧化钛/形状记忆聚氨酯(TiO2/SMPU)复合密封 胶材料,其力学性能及抗老化性能均较为出色。
  
  6 结语
  
  (1)目前国内外对于聚氨酯密封胶已经开展了 大量相关的研究工作,但对于路用聚氨酯密封胶的 研究仍较粗浅,缺乏深入系统研究。目前还存在如 下问题亟待解决。
  
  (2)宏观性能方面,聚氨酯路用密封胶的高温 性能有待进一步提升。
  
  (3)生产和施工方面,存在生产过程不够环保、 高性能产品成本较高等亟需解决的问题。
  
  (4)理论研究方面,聚氨酯密封胶的使用性能 与微观机理相结合方面的研究还很有限,需要进一 步探索。
  
  (5)目前公路行业仍缺少用于聚氨酯路用密封 胶测试与评价的规范和评价标准,不利于聚氨酯路 用密封胶的研究和应用。
  
  (6)今后路用聚氨酯密封胶的重点研发方向应 在于进一步优化生产配方,提升聚氨酯密封胶的使 用性能,同时需要注重宏观特性与微观机理相结 合。与此同时,生物基多元醇的合理使用以及无溶 剂生产技术的研发亦是目前的研究重点,对此方面 的研究不仅能够顺应目前环保的生产理念以及“双 碳”政策的广泛推行,而且能够为材料的可循环利 用发展提供广阔的应用空间。
  
  为方便阅读,本文移除了脚注。如有需要,请参阅《中国胶粘剂》2023 年 9月第 32 卷 第 9 期 END
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