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高速铁路桥面用聚氨酯防水涂料图文
第38卷第5期2010年5月化 工 新 型 材 料NEWCHEMICALMATERIALSVol138No15・121・
作者简介:
潘赏(1981-,女,研究生,主要从事聚氨酯弹性体的合成、制备和工程化的研究。
联系人:
姜志国。
高速铁路桥面用聚氨酯防水涂料
潘 赏1 袁 振1 姜志国1,23
(1.北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029;21北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京100029
摘 要 以聚醚多元醇和甲苯二异氰酸酯(TDI制备预聚体,自制扩链剂混配芳香胺为固化剂,制备了一种配比为1∶1的双组份聚氨酯防水涂料。
其特征技术指标达到拉伸强度11MPa,断裂伸长率600%,撕裂强度55N/mm,与混凝土粘结强度410MPa,可以满足《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》中对聚氨酯防水涂料的要求。
关键词 聚氨酯,防水涂料,高速铁路
Developmentofpolyurethanewaterproofcoating
forexpressrailwaybridge
PanShang1 YuanZhen1 JiangZhiguo1,2
(11CollegeofMaterialsScience&Engineering,BeijingUniversityChemical&Technology,Beijing;
2.KeyLaboratoryofBeijingonPreparationandof100029
Abstract Thetwo2componentpolyurethanebridgewasformedbyaromatic
amine、homemadeextenderchainandpolyolandTDI.Themaintechnicalin2dicesofthepolyurethanewasstrengthwas11MPa,theelongationwas600%,thetearstrengthwasthewithconcretewas410MPa.TheAandBcomponentsweremixturedbythehassatisfiedtherequirementinthetentativetechnicalconditionsofwaterproofcoatinginconcreteofhigh2speedrailway.
Keyw
polyurethane,waterproofcoating,expressrailway 高速铁路以其方便、快捷、成本低的优势在世界范围内得到极大发展,已经建成7000余千米高速铁路,高速铁路已成为世界铁路发展方向。
按照中国《综合交通网中长期发展规划》,到2020年中国铁路网总里程将达到12万千米以上,其中客运专线115万千米以上。
规划有31条客运专线,在建19条,总里程达7300km。
到2010年底,预计客运专线将开通
4500km
[1]
。
为确保高速铁路运行安全和使用寿命,桥梁防水工程的设计、选材、施工越来越受到重视,材料性能指标要求逐渐提高。
现有市场上的防水涂料不能满足要求,有必要对此进行研究,改善其性能
[227]
因此研制出满足《客运专线桥梁混凝土
桥面防水层暂行技术条件》要求的聚氨酯防水涂料成为铁路建设迫切解决的问题。
1 实验部分
111 主要原料
TDI,20/80,沧州大化股份有限公司;聚醚多元醇,TEP330N,天津第三石油化工厂;聚环氧丙烷多元醇,TMN2000,天津第三石油化工厂;聚四氢呋喃聚醚二醇,PT2
MG1000,青岛武田株式会社;MOCA,II型,苏州市相园特种
精细化工有限公司;催化剂,Pb104,石家庄万福化工有限公司;滑石粉,200目,杭州双联白云石矿厂;色浆,BH301,自制;扩链剂,BHP209,自制;紫外线吸收剂,UV327,南京米兰化工有限公司;防老剂,1010,南京米兰化工有限公司。
1.2 主要仪器
锥形磨,QZM21,中国天津材料试验机厂;万能拉力机,
CMT4304,深圳新三思仪器有限公司;橡胶硬度计,LX2A,上
海六菱仪器厂。
1.3 制备工艺
A组份制备:
在装有搅拌器、温度计和冷凝管的四口烧瓶
中分别加入计量好的TEP330N、TMN2000、PTMG1000,并升温至110℃真空脱水2h,测定水分含量小于012%时,停止抽真空并降至常温。
加入计量好的TDI,通入N2,升温并保持体系在80℃反应3h,当测定体系的NCO含量达到理论值时停止反应,作为A组份备用。
B组份的制备:
将MOCA、BHP209、滑石粉、BH301、UV327﹑防老剂1010混合,在锥形磨中研磨2遍,用刮板细
度计测试研磨料细度小于20
μm时,结束研磨;在装有搅拌器、
化工新型材料第38卷
温度计和冷凝管的四口烧瓶中加入研磨好的原料,并升温至
110℃真空脱水2h,测定水分含量小于012%时,停止抽真空
并降温,此作为B组份备用。
1.4 涂膜的制备
将A、B组分按重量比A∶B=1∶1进行混合。
放置到聚
四氟乙烯的模具中,制得(115±0.1mm的涂层,在标准条件
(23±2℃,湿度(60±15%下成膜,养护96h,然后脱模,涂膜
翻过来再在标准条件下养护72h。
制得涂膜防水层。
1.5 性能测试[8]
固体含量按GB/T19250进行试验。
拉伸性能按GB/
T1677722008中9.2.1进行试验,拉伸速度为(500±50mm/
min。
撕裂强度按GB/T52921997中5.1.2直角形进行试验,
无豁口,拉伸速度为(500±50mm/min。
邵A硬度按GB/
T531.122008规定进行试验。
2 结果与讨论
2.1 NCO指数(nNCO/nOH对聚氨酯防水涂料性能的
影响
通过调节体系的nNCO/nOH,可以改变交联密度。
研究了
不同的nNCO/nOH对聚氨酯防水涂料的影响,结果见图1和
图2
。
由图1和图2可知,随着nNCO/nOH的增加,聚氨酯防水涂
料的拉伸强度和断裂伸长率先升高后降低,当nNCO/nOH为
1115/1时断裂伸长率达到最大值450%,当nNCO/nOH为1.2/1
时拉伸强度为最大。
这是因为随着nNCO/nOH的增加,体系的
交联密度增加,硬段增加,因此拉伸强度和断裂伸长率增加,
但是过度的交联又会影响分子间的运动,导致应力集中,使拉
伸强度和断裂伸长率都降低。
2.2 扩链剂(BH209加入量对聚氨酯防水涂料性能影响
图3和图4为加入不同量的BHP209后对聚氨酯防水涂
料性能的影响
由图3和图4可知,随着BHP209的加入量的增多,材料的断裂伸长率由原来没有加入时的450%增加到了650%,但是拉伸强度先升高到了14.5MPa后又降低到了8MPa,这是由于分子间间氢键的密度减少了,分子链段的柔性增加。
所以出现了拉伸强度先增加后减少,断裂伸长率大幅增加的现象。
2.3 扩链剂比例(MOCA/BHP209对性能的影响为了进一步提高防水涂料的综合性能,在保持硬段含量为27%时,研究了不同的MOCA/BHP209的投料比对材料的物理性能的影响
。
图5 MOCA/BHP209的投料比对撕裂强度的影响图5、图6、图7分别为MOCA/BHP209的投料比对防水・
2
2
1
・
第5期潘 赏等:
高速铁路桥面用聚氨酯防水涂料
涂料的撕裂强度、
6、图7中可知,
BHP209,
提高,,因此综合各种性能
MOCA∶BH209=(时,材料性能最佳。
2.4 填料的加入工艺对聚氨酯防水涂料性能的影响
在图8中,线1、2、3为加入未研磨填料后材料的测试曲
线,线4、5、6为加入研磨后填料的材料测试曲线,从测试曲线
可见,填料加入工艺对涂层性能有较大的影响。
当加入未研
磨固体填料时,材料的机械性能降低,这是因为粒径太大,破
坏了材料的连续性;而当加入经过研磨,细度为20μm的填料
时,涂层的机械性能增加,这是因为研磨后的填料的活性表面
增加,并与周围某些的分子形成次价交联结构,彼此之间的作
用力增大,当受到应力作用时可通过交联点将应力分散,减少
应力集中,延缓断裂的发生,从而提高机械性能
。
图8 填料的加入工艺对聚氨酯防水涂料性能的影响
综合以上实验规律,得到高铁用聚氨酯防水涂料,可满足
2007年《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》中对
聚氨酯防水涂料的要求,达到如下表的技术指标,现将本产品
性能与指标列于下表中。
表1 高铁防水涂料技术指标
项目指标本产品性能拉伸强度/MPa≥6.011
拉伸强度保持率
加热处理/%≥100105
碱处理/%≥7075
酸处理/%≥8083
断裂伸长率
无处理/%≥450600
加热处理/%≥450650
碱处理/%≥450800
酸处理/%≥450800
低温弯曲性
无处理
加热处理
碱处理
酸处理
≤-35,无裂纹
表干时间/h42
/4
0.不透水
%≥-4.0,≤1.0
,500h无开裂,无起皮脱落固体含量/%≥9899
潮湿基面粘结强度/MPa≥0.60.7
与混凝土粘结强度/MPa≥2.53.0
保护层混凝土与固化聚氨酯
防水涂料粘结强度/MPa
≥0.50.7
撕裂强度/(N/mm≥3555
与混凝土剥离强度/(N/mm≥3.54.0
3 结 论
采用聚醚多元醇、TDI、MOCA和自制扩链剂制备了一种配比为1∶1的双组份聚氨酯防水涂料。
探索了NCO/OH的变化、BHP209的加入量、MOCA/BHP209的投料比和填料的加入工艺对涂料性能的影响。
产品的各项性能指标均达到或优于2007年《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》中对聚氨酯防水涂料的要求,可满足客运专线桥面混凝土桥梁防水层技术要求。
参考文献
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65271.(下转第127页・321・
第5期苏桂明等:
聚乙烯马来酸酐接枝物合成环氧树脂的研究
表4实验结果表明,随着NaOH质量百分数的增加,产物的环氧值逐渐增加,用固体碱作闭环剂,得到的产物环氧值最高。
这主要是因为随碱的质量分数的提高,反应体系中含有的水分较少,可以大大降低酯键水解的机会,从而使得闭环反应充分进行。
此外,使用固体碱作闭环剂时,有机氯含量也大大降低,使得产物的色泽较好。
综合考虑,采用固体碱作为闭环剂较为合理。
表4 碱质量分数对产品质量和产率的影响
NaOH
质量分数/%环氧值
/(mmol/g有机氯值
/(mmol・g-1
产率
/%外观固体碱
0.260.02986.9淡黄300.090.06384.8褐色400.110.05485.3褐色500.120.05385.4褐色600.150.03385.8浅褐70
0.15
0.037
86.1
浅褐
3.3 环氧树脂的结构表征
产物经红外光谱检测:
对比图6a和b可知2920cm-1和
2850cm-1为亚甲基的不对称伸缩振动与对称伸缩振动吸收
峰;1739cm-1为酯羰基的伸缩振动吸收峰,-11856cm
-1
处的酸酐峰以及1720cm
-1
羧酸峰消失[8]
生了酯化反应-1-1和1076cm-1为酯带的
C2O2C,进一步验证
了ECH与马来酸发生了酯化反应;914cm-1和875cm-1为环氧基团的骨架振动吸收峰[9],表明发生了闭环,生成了环氧基团;721cm-1为2CH2的平面摇摆振动吸收峰
。
图6 LDPE2g2MAH与LDPE2g2MAH2g2ECH的红外光谱图
4 结 论
(1通过对合成反应的影响因素分析,选择了合适的催化
剂:
四丁基溴化铵;确定了合成聚乙烯酯型环氧树脂的最佳反应条件,酯化反应阶段:
催化剂用量为LDPE2g2MAH质量的
115%,LDPE2g2MAH与NaOHECH的质量配比为1∶1,在90℃下恒温反应215h;闭环反应阶段:
采用二甲苯作为闭环溶
剂,以固体NaOH闭环,其用量为低密度聚乙烯接枝马来酸酐
用量的10%,80℃下恒温反应3h。
(2在最佳反应条件下得到的聚乙烯酯型环氧树脂
LDPE2g2MAH2g2ECH为淡黄色粉末,环氧值为0122~0125mmol/g,有机氯含量为01029mmol/g,酸值<015mg/g。
(3利用FT2IR光谱对合成产物进行结构鉴定,确定了聚
乙烯酯型环氧树脂的化学结构。
参考文献
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2009207210修稿日期:
2010203216
(上接第123页
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铁道部科学技术司,2007:
425.
收稿日期:
2009207219
・
721・
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