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用低不饱和度聚醚多元醇制备单组分聚氨酯防水涂料
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以高分子量,低不饱和度聚醚多元醇为原料,制备单组分湿固化聚氨酯防水涂料,并与传统的聚醚多元醇进行了比较。

单组分聚氨酯防水涂料是一种性能优良的中高档防水材料,现场施工,不需配制,开盖即用,充分保证了工程防水的质量。该产品无公害,无污染,可用于饮水池的防水施工。聚醚多元醇提供聚氨酯合成材料的软段,是决定聚氨酯防水涂料性能的关键因素之一,因此利用低不饱和度聚醚多元醇作原料是改善单组分聚氨酯防水涂料性能的一个重要途经。

低不饱和度、高分子量聚醚多元醇是国外近年来开发的聚醚新品种,它采用双金属氰化物络合物催化剂,与碱催化制得的传统的聚醚相比,具有分子量高、分子量分布窄、不饱和度低、平均官能度高等特点,在制备聚氨酯弹性体、涂秫密封剂、胶粘剂的过程中表现出很好的加工性能。

1、实验部分

1.1 工艺流程
1.2 原材料

TDIOL-2000 、TMN-3050 、TDB-4000、TEP-330N,天津第三石油化工厂,性能指标见表1;TDI-80,德国Bayer公司;滑石粉、辛酸亚锡及其它助剂,工业品,市购。
1.3 实验步骤
将聚醚多元醇在100℃,真空度0.098MPa条件搅拌减压脱水2h,使之含水量低于0.05%,加入苯甲酰氯和TDI,在75~80℃反应3 h后,加入填料(颜料)、触变剂、稳定剂,降温至60℃时,依次加入稀释剂、防老剂、消泡剂、催化剂,搅拌0.5 h,密封包装。
按照国家标准《聚氨酯防水涂料》(送审稿)的规定制作单组分聚氨酯防水涂膜,放置七天后测试性能。

2、结果和讨论

实验中我们以传统的聚醚多元醇(PPG),低不饱和度PPG分别制备单组分聚氨酯防水涂料,并测试了其性能(见表2)。

单组分聚氨酯防水涂料的拉伸性能与预聚体的NCO含量有直接关系,随NCO含量的增加,断裂强度持续上升,断裂伸长率先增后降(见图1、2)。
表1 天津三石化的聚醚多元醇的质量指标

聚醚多元醇牌号
TDIOI2000    TDB-4000    TMN-3050    TEP-330N
羟值,mgKOH/g    54.5~57.5    26.5~29.5    54.5~57.5    33.5~36.5
酸值,mgKOH/g    ≤0.05    ≤0.035    ≤0.05    ≤0.05
水分,%    ≤0.05    ≤0.05    ≤0.05    ≤0.05
PH值    5~7    6~8    5~7    5~7
K+含量,mg/kg    ≤3    /    ≤3    ≤3
不饱和度,mmol/g    ≤0.04    ≤0.06    ≤0.04    ≤0.04
粘度,mPa.s(25℃)    270~370    <1200    400~600    800~1000
色号(APHA)    ≤50    ≤30    ≤50    ≤50

表2 单组分聚氨酯防水涂料的性质
聚醚多元醇类型及其质量比

TDIOI2000:TMN3050=10:1    TDIOI2000:TMN3050=10:1    TDB4000:TEP330N=10:1
NCO/OH值    1.60    2.05    2.05
预聚体的NCO%,%    2.10    3.96    2.10
断裂强度,MPa    0.13    3.17    3.18
断裂伸长率,%    910    512    1220
不透水性    0.3MPa,30min,无渗漏-35℃,无裂纹
低温柔性    

在预聚体的NCO含量相同时,传统的PPG制得的单组分产品,断裂强度很低,而采用低不饱和度PPG TDB-4000制备的产品断裂强度和断裂伸长率均很高;在NCO/OH值相同的情况下,传统的PPG制得的预聚体的NCO含量为3.96%,而采用TDB-4000制备的预聚体的NCO含量为2.10%,二者相差近一倍。相应的单组分聚氨酯防水涂料的断裂强度几乎相同,但断裂伸长率相差一倍多。

传统的PPG通常由小分子多元醇作引发剂,在KOH催化剂存在下,引发环氧烷烃开环加聚得到,制得的单组分聚氨酯防水涂料的综合性能较差。这是因为碱催化剂不仅加速环氧烷烃的开环聚合,而且催化环氧烷烃异构化形成烯醇。烯醇作为一元醇起始剂,导致低分子量一元醇生成,其机理如下:

由于每个一元醇中均有一个双键,因此可用不饱和度表示PPG中一元醇的含量。随着分子量的增加,不饱和度急剧增加,如聚醚二元醇分子量为1000时,不饱和度为O.01 mmol/g,一元醇含量为l%mol;分子量为4000时,不饱和度为O.09mmol/g,一元醇含量为3l%mol[1]。这种一元醇的存在使PPG官能度远远低于理论值,分子量分布分散。聚醚一元醇在单组分聚氨酯防水涂料固化过程中,只能形成支链而不能交联,客观上起着终止剂的作用,限制了聚氨酯分子量的增长,最终对涂膜的物理和机械性能产生恶劣影响。

3、结束语

单组分聚氨酯防水涂料是聚氨酯防水涂料的发展方向,低不饱和度PPG较传统的PPG所制备的单组分聚氨酯防水涂料在综合性能上具有巨大的优势。


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