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客运专线用TH-99聚氨酯防水涂料的研制
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利安隆（天津）化工有限公司 艾文才 孙保利 王岩松 摘 要：以低不饱和度聚醚和TDI合成预聚体，自制液体芳香二胺和聚醚多元醇为固化剂,制备一种双组分客运专线桥梁混凝土桥面防水层用聚氨酯防水涂料。主要性能指标:拉伸强度 7～10Mpa，断裂伸长率 450%～580%，与混凝土粘结强度3.3Mpa，满足《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》（修订版）要求。 关键词：低不饱和度聚醚；液体芳香二胺；客运专线；聚氨酯；防水涂料 1 前言 我国在20世纪60年代初期开始聚氨酯的研制。70年代开始聚氨酯防水涂料的研究。80年代初，开始将聚氨酯材料应用于防水涂料。由于聚氨酯防水涂料具有优异的化学性能和物理力学性能，因而其防水可靠性得到确认。1990年，建设部对防水材料市场进行整顿，确认聚氨酯防水涂料为可信防水材料。1991年，建设部将聚氨酯防水涂料列为“八五”计划推广项目。国家化学建材“九五”计划和2010年发展规划纲要以及“十五”计划都把聚氨酯防水涂料列为重点发展的防水涂料品种，先后颁布国家建材行业标准《聚氨酯防水涂料》（JC/T500-92）和国家标准《聚氨酯防水涂料》（GB/T9250-2003）。 在我国，聚氨酯防水涂料的研究、生产和市场一直十分活跃，处于良好的发展态势。相继研制成功并投放市场的聚氨酯防水涂料产品有：双组分焦油型聚氨酯防水涂料，双组分彩色聚氨酯防水涂料，双组分沥青型聚氨酯防水涂料，单组分潮气固化型聚氨酯防水涂料等。并且研制了包括基层处理剂、稀释剂、固化剂和催干剂等在内的施工配套材料和必需的施工机具，解决了聚氨酯防水涂料设计与施工中的实际问题，使得聚氨酯防水涂料的生产、设计与施工在我国成为一项成熟的技术。 随着我国铁路客运专线大规模建设，铁道部科学技术司根据国外高速铁路桥梁防水层的应用情况、最新试验研究结果以及目前施工单位在防水层施工过程中所反映的意见，于2007年4月5日,发布了《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》（修订版）。该技术条件是根据运行速度250～350 km/h客运专线对桥梁结构耐久性的要求、桥梁构造特点以及TQF-Ⅰ型防水层的使用经验、客运专线防水层铺设经验，针对有碴、无碴混凝土桥面防水层的质量要求、施工工艺，以及相关防水材料最新颁布国标和该领域内的最新科研成果而制定的。其中，将聚氨酯防水涂料列为唯一的涂料类防水材料。 根据高速铁路桥梁防水层技术需要,《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》（修订版）中对聚氨酯防水涂料的性能要求远高于国家标准《聚氨酯防水涂料》（GB/T9250-2003），如聚氨酯防水涂料主要性能断裂拉伸强度由2MPa提高到6MPa。因此,铁路客运专线巨大需求不但是聚氨酯防水涂料生产厂家发展的契机，也是检验其技术研发能力和技术创新的集中表现。 我公司依靠十几年聚氨酯防水涂料生产经验和天津大学综合研发创新实力，采用聚氨酯领域最新产品低不饱和聚醚和液体固化剂以及其它化工领域中固-液偶联和聚合物降粘等技术，成功研制出满足《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》（修订版）要求的聚氨酯防水涂料----TH-99聚氨酯防水涂料。 2 实验部分 2.1 主要原料 甲烷二异氰酸酯（TDI）；聚氧化丙烯三醇（聚醚3050D），羟值54～58 mg KOH/g；聚氧化丙烯二醇（聚醚2000D），羟值52～60 mg KOH/g,聚氧化丙烯二醇（聚醚1000D），羟值115～130mg KOH/g；液体固化剂，聚合物降粘剂；滑石粉、轻质碳酸钙、增塑剂、稳定剂、偶联剂、101催化剂、抗氧剂、紫外线吸收剂等。 2.2 聚氨酯防水涂料的制备 甲组分 将聚醚3050D、聚醚2000D、聚醚1000D、TDI和稳定剂等通过化学反应后制得异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚体甲组分。 乙组分 将液体固化剂和聚醚1000D、增塑剂、偶联剂、101催化剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、固体填料滑石粉和轻质碳酸钙等，按一定比例和顺序加入密封反应釜中，在（110±5）℃下减压搅拌2h，降至室温，再通过三辊研磨机研磨2～3遍，制成乙组分。 2.3 性能指标测试 取甲、乙组分按照1：1的比例混合，在标准实验条件〔（23±2）℃，湿度（50±5）%〕下成膜养护168h。然后切成标准哑铃型试样，按照国家标准GB/T9250-2003测试涂膜力学性能。 3 结果与讨论 3.1 涂膜性能测试结果 测试结果见表1。 TH-99聚氨酯防水涂料，通过实验室标准检测，各项指标完全能满足高速铁路道桥防水设计要求。由于采用独特聚合物降粘和偶联剂,不加有机溶剂情况下，两组分混合后粘度完全满足施工要求，消除了溶剂对环境的污染和对施工人员健康的损害。 3.2 异氰酸酯含量对涂料力学性能的影响 预聚体A组分中异氰酸酯（-NCO）质量分数，是影响聚氨酯防水涂料力学性能的关键因素，通过预聚体中-NCO的质量分数调整，可以改善聚氨酯防水涂料的力学性能。 实验结果表明（见表2），随着NCO%的提高，涂膜机械强度明显提高。但是同时也会造成涂膜的弹性和柔韧性降低，以致延伸率下降，可以根据不同设计要求来选择合适的NCO%。 3.3 聚醚配比对涂膜力学性能的影响 预聚体A组分中聚醚1000D和2000D属两官能结构，聚醚3050D属三官能结构，其配比对聚氨酯防水涂料力学性能影响很大（见表3）。三官能聚醚比例提高，增加了聚氨酯大分子网状结构中的交联点，交联密度提高，相应地增大了涂膜的拉伸强度，但断裂伸长率降低了；反之,两官能聚醚比例提高，减少了聚氨酯大分子网状结构中的交联点，交联密度降低，相应地增大了涂膜的断裂伸长率，但拉伸强度降低了。 3.4 填充料对涂膜力学性能的影响 乙组分中的滑石粉，轻质碳酸钙和增塑剂，在聚氨酯防水涂料膜片中，只是镶嵌于聚氨酯大分子网状结构中，本身不参与化学反应，实验表明加入量与聚氨酯防水涂料力学性能成反比（见表4）。 4 结论 本技术贴近市场需要，采用聚氨酯领域最新换代产品--低不饱和聚醚和独特的固化体系,对现有聚氨酯防水涂料生产技术进行创新改进，探讨了异氰酸酯含量、聚醚配比和填充料对涂料性能的影响，取得了满意的结果。进行放大生产后，通过标准实验室检测，其拉伸强度达到7.2MPa，断裂伸长率580%，且表干时间可以根据季节变化进行调整，以满足不同的施工需要。各项性能指标完全满足客运专线桥梁混凝土桥面防水层技术要求，具有较为广阔的市场前景。 |
技术成果展示