聚氨酯防水涂料是以聚氨酯樹(shù)脂為主要原材料制成的現(xiàn)場(chǎng)施工的防水材料，由于具有拉伸強(qiáng)度高、彈性好、斷裂伸長(zhǎng)率大、耐寒、耐熱、耐老化性能好、防水性能極佳、防水壽命長(zhǎng)、適用范圍廣、施工簡(jiǎn)便和維修容易[1]等優(yōu)點(diǎn)而在防水涂料中占有很大的比例�！惰F路橋梁用聚氨酯防水涂料》同GB/T19250—2003《聚氨酯防水涂料》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相比，要求表干時(shí)間更短、拉伸強(qiáng)度更大、固體含量更高。目前國(guó)內(nèi)市售的鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料在某些性能上能達(dá)到《鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但普遍存在著固含量偏低的問(wèn)題，給環(huán)境帶來(lái)很大的污染。因此發(fā)展高性能、環(huán)保型[2]聚氨酯防水涂料越來(lái)越受到人們的重視。本文采用自制預(yù)聚物、液體填料、固化劑、顏填料等制備了雙組分無(wú)溶劑鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料[3-5]。該防水涂料性能全部達(dá)到了《鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　2試驗(yàn)部分

　　2.1主要原材料及規(guī)格

　　預(yù)聚物（自制），固化劑、催化劑、液體填料、滑石粉、輕鈣、鈦白粉、分散劑和消泡劑等均為工業(yè)級(jí)，阻聚劑為試劑級(jí)。

　　2.2主要試驗(yàn)儀器及設(shè)備

　　NH500型電子調(diào)溫加熱套、DJIC增力電動(dòng)攪拌器、四口燒瓶、三口燒瓶、溫度計(jì)、真空泵、冷凝管、燒杯、AGS-J拉力試驗(yàn)機(jī)、錐形磨、高速分散機(jī)等。

　　2.3聚氨酯防水涂料乙組分的制備

　　將配方量的液體填料、固化劑、分散劑、消泡劑、催化劑、滑石粉、輕鈣和鈦白粉等依次加入到燒杯中攪拌均勻，然后在錐形磨上研磨至合適的細(xì)度，過(guò)濾出料即得聚氨酯防水涂料乙組分。

　　2.4聚氨酯防水涂料的制備

　　預(yù)聚物作為防水涂料甲組分，按一定比例將甲、乙組分在室溫下混合均勻，即得高性能聚氨酯防水涂料。

　　2.5聚氨酯防水涂料的性能測(cè)試

　　將甲、乙組分按一定比例在室溫下混合均勻后，按鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行涂膜、養(yǎng)護(hù)、制備試件和性能檢測(cè)。

　　3結(jié)果與討論

　　3.1異氰酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂料性能的影響

　　甲組分中異氰酸酯（—NCO）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響聚氨酯防水涂料綜合性能的關(guān)鍵因素，因此可以通過(guò)調(diào)整甲組分中—NCO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)改善聚氨酯防水涂料的綜合性能。甲組分中—NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)聚氨酯防水涂料綜合性能的影響見(jiàn)表1。

　　表1—NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂料性能的影響

　　由表1可見(jiàn)隨著—NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，適用期、表干時(shí)間逐漸縮短，斷裂伸長(zhǎng)率逐漸降低，拉伸強(qiáng)度逐漸增加�！狽CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高將生成更多的剛性鏈段，剛性鏈段過(guò)多將導(dǎo)致伸長(zhǎng)率過(guò)低，綜合性能變差；反之—NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低將生成更多的柔性鏈段，柔性鏈段過(guò)多將導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度過(guò)低，實(shí)干時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此—NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)須具有一個(gè)合適的范圍。綜合對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)—NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5.2%時(shí)，綜合性能最優(yōu)。

　　3.2—NCO和活性H物質(zhì)的量比對(duì)涂料性能的影響

　　—NCO和活性H物質(zhì)的量比過(guò)高或過(guò)低對(duì)聚氨酯防水涂料的性能都有很大影響，過(guò)高生成的氣泡過(guò)多，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率均不能滿(mǎn)足要求，過(guò)低導(dǎo)致乙組分不能充分反應(yīng)，輕者導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率均不能滿(mǎn)足要求，重者導(dǎo)致防水涂料不能實(shí)干。—NCO和活性H物質(zhì)的量比對(duì)聚氨酯防水涂料性能的影響如圖1、2所示。

　　圖1、2—NCO和活性H物質(zhì)的量比對(duì)聚氨酯防水涂料性能的影響

　　由圖1、2可以發(fā)現(xiàn)斷裂伸長(zhǎng)率隨著—NCO和活性H物質(zhì)的量比的升高，先升高然后逐漸降低，拉伸強(qiáng)度隨著—NCO和活性H物質(zhì)的量比的升高逐漸升　

　高。隨著—NCO和活性H物質(zhì)的量比增加，硬段含量增加、大分子的剛性增大、氫鍵密度增大，分子間作用力增大，聚氨酯分子鏈間物理交聯(lián)點(diǎn)的密度也增加，從而使拉伸強(qiáng)度、延伸率和撕裂強(qiáng)度增大；隨著—NCO和活性H物質(zhì)的量比的繼續(xù)增加，硬段的含量過(guò)多，氨酯鍵和脲鍵的密度過(guò)大，雖然其拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度會(huì)有所提高，但是聚氨酯分子鏈間作用力增大使分子鏈的運(yùn)動(dòng)受阻、柔性降低，涂膜的硬度增大、斷裂伸長(zhǎng)率有所下降，同時(shí)涂料的施工性及流平性不好。若超過(guò)一定比值時(shí)，涂膜發(fā)脆，氣泡和針孔增多；同時(shí)游離的—NCO基含量增加，游離單體的揮發(fā)使人體受到傷害。因此，—NCO和活性H物質(zhì)的量比不宜過(guò)高，綜合對(duì)比當(dāng)—NCO和活性H物質(zhì)的量比在1.1時(shí)綜合性能最優(yōu)。

　　3.3液體填料和固化劑配比對(duì)涂料性能的影響

　　液體填料一方面可以參與交聯(lián)反應(yīng)，另一方面可以幫助潤(rùn)濕填料起到降低聚氨酯防水涂料黏度的作用。液體填料和固化劑的合適配比（物質(zhì)的量比）不但能保證聚氨酯防水涂料有較好的施工黏度而且能保證其有較優(yōu)的綜合性能。液體填料和固化劑配比的不同對(duì)聚氨酯防水涂料綜合性能的影響見(jiàn)表2。

　　表2液體填料和固化劑配比對(duì)涂料性能的影響

　　由表2可以看出，在液體填料含量較高時(shí)表干時(shí)間及拉伸強(qiáng)度不能滿(mǎn)足要求，固化劑含量較高時(shí)，伸長(zhǎng)率不能滿(mǎn)足要求；這是因?yàn)椤狽CO和液體填料的反應(yīng)速率低于—NCO和固化劑的反應(yīng)速率，所以隨著液體填料含量的增加表干時(shí)間增加，適用期延長(zhǎng)；此外液體填料還起到增塑劑的作用，液體填料含量過(guò)高將導(dǎo)致柔性鏈段增加、剛性鏈段減少，—NCO和固化劑反應(yīng)生成剛性鏈段，固化劑含量過(guò)高導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度增加，斷裂伸長(zhǎng)率下降。綜合對(duì)比，當(dāng)液體填料∶固化劑（物質(zhì)的量比）為7∶3時(shí)，綜合性能最優(yōu)。

　　3.4顏基比的不同對(duì)聚氨酯防水涂料性能的影響

　　合適的顏基比不但能降低成本，而且還能起到提高聚氨酯防水涂料綜合性能的目的。顏基比的不同對(duì)聚氨酯防水涂料性能的影響如圖3、4所示。

　　圖3、4顏基比的不同對(duì)聚氨酯防水涂料性能的影響

　　由圖3、4可以看出隨著顏基比的增大，斷裂伸長(zhǎng)率及拉伸強(qiáng)度逐漸降低。這是因?yàn)椋�一方面，顏填料和基料�?shù)脂混合后，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和硬段塑料相網(wǎng)絡(luò)；以小分子狀態(tài)存在的顏填料將被固定于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中。　

　　聚氨酯軟硬段聚集所形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)空間只能容納一定量的顏填料，當(dāng)顏填料用量過(guò)多時(shí)，多余的顏填料游離在體系中，阻礙交聯(lián)，降低交聯(lián)度，增加了短鏈分子的數(shù)量，同時(shí)還降低了分子間的相互作用力；另一方面可能是由于顏基比過(guò)高使得部分顏填料發(fā)生了抱團(tuán)現(xiàn)象，這樣只有顏填料團(tuán)表面上的顏填料與材料中的大分子發(fā)生了物理結(jié)合，而且這種抱團(tuán)現(xiàn)象使材料產(chǎn)生缺陷的幾率增加，在表面及內(nèi)部形成了氣泡、針孔等應(yīng)力集中物，從而造成試樣拉伸過(guò)程中的應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致斷裂伸長(zhǎng)率及拉伸強(qiáng)度大大下降。綜合考慮聚氨酯防水涂料的性能及成本，選擇顏基比為0.8。通過(guò)以上討論可得聚氨酯防水涂料的較優(yōu)配方，見(jiàn)表3。

　　表3聚氨酯防水涂料的較優(yōu)配方

　　由較優(yōu)配方制得的聚氨酯防水涂料綜合性能檢測(cè)結(jié)果和鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見(jiàn)表4。

　　表4自制聚氨酯防水涂料的綜合性能

　　4結(jié)語(yǔ)

　　本文討論了—NCO含量、—NCO和活性H物質(zhì)的量比、液體填料和固化劑配比以及顏基比的不同對(duì)聚氨酯防水涂料綜合性能的影響；當(dāng)—NCO含量在

　　5.2%、—NCO和活性H物質(zhì)的量比在1.1、液體填料和固化劑配比在7∶3、顏基比在0.8時(shí)所制備的聚氨酯防水涂料綜合性能最優(yōu)。由較優(yōu)配方制備的聚氨酯防水涂料具有表干、實(shí)干時(shí)間短，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率高等綜合性能優(yōu)異的特點(diǎn)，完全能滿(mǎn)足鐵路橋梁用聚氨酯防水涂料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。