噴涂聚氨酯材料耐水性能研究

胡松霞，孫 謙，張安智，劉連河，鄭志紅

（1.哈爾濱工程大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001；2.青島海洋新材料科技有限公司，山東 青島 266101）

噴涂聚氨酯材料是繼高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料技術(shù)之后，為適應(yīng)環(huán)保需求而研制、開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染綠色涂裝技術(shù)。噴涂聚氨酯材料在上世紀(jì)90年代末引入中國[1]。隨著該技術(shù)的推廣和應(yīng)用，噴涂聚氨酯在已經(jīng)進(jìn)入到了飛速發(fā)展的階段。隨著噴涂聚氨酯材料在京滬高鐵中的應(yīng)用，大大推動了噴涂聚氨酯材料在防水、防腐工程中的應(yīng)用[2]。

噴涂聚氨酯材料在不同的水環(huán)境下的物理性能的變化直接影響著其防水性能的優(yōu)劣。有關(guān)噴涂聚氨酯材料在防水工程中的應(yīng)用、物理性能、施工工藝等方面的文章較多，但是對于噴涂聚氨酯材料在不同水環(huán)境下物理性能的變化的研究較少。本文結(jié)合噴涂聚氨酯材料實(shí)際工程應(yīng)用過程中不同環(huán)境的變化對噴涂聚氨酯材料物理性能的影響進(jìn)行了研究，旨在為噴涂聚氨酯在防水方面更好的應(yīng)用提供部分理論數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 涂層材料的制備

主要原材料：MDI-50(煙臺萬華合成革)、聚醚2000（天津石化三廠）、聚醚1000（天津石化三廠）、E-100（美國雅寶公司）、顏料、分散劑、催化劑。

1.1.1 預(yù)聚物的合成 將計(jì)量好的聚醚2000加入到三口反應(yīng)瓶中，升溫至110℃，保溫在105～110℃之間真空除水約2h后，停止抽真空和加熱。待物料降溫至40～45℃，加入計(jì)量的MDI-50，攪拌均勻，在60±2℃保溫30min后升溫至80℃，在80±2℃保溫2h，測量預(yù)聚物的NCO含量至預(yù)定值后降溫出料。

1.1.2 樹脂組分的制備 將計(jì)量好的聚醚1000、E-100用高速分散機(jī)低速分散均勻，按比例加入各種助劑和顏填料，高速分散均勻制得共混物；使用錐形磨將共混物研磨至合適細(xì)度，制得混合樹脂組分。

1.1.3 涂層制備 采用HXP-3聚脲噴涂設(shè)備噴涂制得樣品，物料溫度為65℃，噴涂壓力為15858kPa。凝膠時(shí)間為30s，表干時(shí)間為55s，樣品厚度為2mm。

1.2 耐水性性能測試

將噴涂的聚氨酯樣片進(jìn)行裁樣。樣品為啞鈴Ⅱ型。將樣片浸泡到蒸餾水和3%NaCl溶液中。按照預(yù)定的時(shí)間取樣并對樣品的外觀、重量、性能進(jìn)行檢測。

2 結(jié)果及討論

2.1 涂層的基本物理性能

涂層材料置于溫度為23±2℃，濕度為50%～60%條件下調(diào)節(jié)7d后進(jìn)行物理性能測試。

表1 噴涂聚氨酯材料物理機(jī)械性能Tab.1 Physical and mechanical properties of spray polyurethane

2.2 樣片固化時(shí)間對涂層耐水性能的影響

將裁好的樣片按照噴涂結(jié)束后的時(shí)間1～7d分別放入到蒸餾水和3%NaCl溶液中浸泡24h后取出，測量樣品的增重情況。在噴涂結(jié)束7d后同時(shí)測量浸泡樣片的物理性能。該研究主要針對在工程應(yīng)用過程中可能存在著噴涂聚氨酯材料在噴涂結(jié)束后可能會在強(qiáng)度未完全達(dá)到理想狀態(tài)下而遭受水浸泡的情況進(jìn)行研究的。

圖1 樣片后固化時(shí)間對其耐水性能的影響（1）Fig.1 Effect of post curing time on the water resistance of spray polyurethane（No.1）

圖2 樣片后固化時(shí)間對其耐水性能的影響（2）Fig.2 Effect of post curing time on the water resistance of spray polyurethane（No.2）

圖3 樣片后固化時(shí)間對其耐水性能的影響（3）Fig.3 effect of post curing time on the water resistance of spray polyurethane（No.3）

從圖1～3可以看出，樣品在噴涂的第二天放置到水溶液中后系數(shù)率最大，達(dá)到了增重1.68%。其后隨著樣片固化程度的提高，浸泡介質(zhì)對其吸水率、拉伸強(qiáng)度及伸長率的影響日趨平緩，其干燥后的拉伸強(qiáng)度和伸長率也未見有太大的變化。根據(jù)上述結(jié)果可以看出，噴涂聚氨酯材料一旦在適宜的條件下固化成型，即可投入使用，而不必需要在良好的工況環(huán)境下正常固化7d。

2.3 樣品的浸泡時(shí)間對其影響

樣品在恒定溫度和恒定濕度條件下調(diào)節(jié)7d后進(jìn)行不同時(shí)間的耐水性浸泡試驗(yàn)。主要考察噴涂聚氨酯材料在長期浸泡狀態(tài)下物理性能的保持性。

表2 浸泡時(shí)間對噴涂聚氨酯材料性能影響Tab.2 Effect of soak time on the properties of spray polyurethane

從表2可以看出，隨著浸泡時(shí)間的增加，噴涂聚氨酯材料的系數(shù)率也在不斷升高。其拉伸強(qiáng)度在短暫的增加后持續(xù)下降，伸長率也是在浸泡到第二天的時(shí)候達(dá)到一個最大值后逐漸下降。在浸泡時(shí)間達(dá)到一個月以后，浸泡時(shí)間對其性能的影響逐漸平緩。整體材料的吸水率保持在2.6%左右。拉伸強(qiáng)度和伸長率也保持在一定的程度變化很小了。因此，噴涂聚氨酯材料在長期的防水防護(hù)中，其物理性能會保持一個先降低后穩(wěn)定的狀態(tài)，不會出現(xiàn)在水中降解的問題。

2.4 浸泡結(jié)束后物理性能的變化趨勢

將同種樣品置于蒸餾水中進(jìn)行耐水浸泡試驗(yàn)。浸泡1月后取出所有的試驗(yàn)樣片，置于恒溫恒濕條件下放置，于不同的時(shí)間進(jìn)行重量、物理性能的測試。

表3 浸泡結(jié)束后噴涂聚氨酯物理性能的變化Tab.3 Properties variation of spray polyurethane after soak test

從表3可以看出，在經(jīng)過了一個月的浸泡之后，材料的物理性能下降，拉伸強(qiáng)度降到最初強(qiáng)度的70%左右。將材料從浸泡介質(zhì)中取出，材料經(jīng)過常溫的放置，材料的物理性能提升很快，在1d之后就可以達(dá)到原來的80%。在取出的第3天后，材料中的水分已經(jīng)完全干燥，材料的整體強(qiáng)度也基本達(dá)到未浸泡樣片的強(qiáng)度。因此，可以說噴涂聚氨酯材料具有防水性能好、強(qiáng)度恢復(fù)快的優(yōu)點(diǎn)。

2.5 純聚脲與噴涂聚氨酯耐水性能對比

在聚脲防水行業(yè)，關(guān)于純聚脲及半聚脲孰優(yōu)孰差的爭議已久。本論文針對純聚脲及半聚脲的耐水性能進(jìn)行了一個簡單的對比試驗(yàn)。將在恒溫恒濕條件下放置7d的純聚脲及聚氨酯樣片同時(shí)放入蒸餾水中進(jìn)行浸泡試驗(yàn)并在浸泡結(jié)合后進(jìn)行同樣的處理并進(jìn)行物理性能測試。

表4 噴涂聚脲與噴涂聚氨酯耐水性能對比數(shù)據(jù)Tab.4 Water resistance of spray polyurea and spray polyurethane

從表4可以看出，經(jīng)過一個月的浸泡對比試驗(yàn)，聚氨酯和聚脲材料的吸水率隨著浸泡時(shí)間的延長而逐漸增到逐漸穩(wěn)定的過程。隨著吸水率的變化，聚氨酯和聚脲的物理性能也都有所改變。拉伸強(qiáng)度逐漸降低，但是總體的性能都保持在80%以上。聚脲的伸長率隨著浸泡時(shí)間的變化先是降低后出現(xiàn)增大的效果，分析可能是水分子進(jìn)入到了聚脲體系中起到了一個增塑劑的作用。而聚氨酯的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率總體是一個逐漸下降的趨勢，但是在后期趨于穩(wěn)定的狀態(tài)。

3 結(jié)論

（1）噴涂聚脲材料其耐水性能比較優(yōu)異，在其固化后的12h后即可投入到應(yīng)用中，可大大提高施工效率。

（2）噴涂聚脲材料雖然在浸泡過程中會有一定的拉伸強(qiáng)度損失，但是一旦恢復(fù)到無水狀態(tài)，其物理性能的恢復(fù)非?？欤ǔＴ?2h之內(nèi)便可達(dá)到干燥狀態(tài)的80%。

（3）噴涂聚脲材料在水中的物理性能會在經(jīng)過前期的降低后慢慢趨于平緩而長期保持一定的物理性能。

（4）噴涂聚脲材料和噴涂聚氨酯材料在1個月的浸泡周期中其耐水性能相差不大。所以在某種條件下，噴涂聚氨酯材料可代替部分噴涂聚脲材料作為防水材料。

［2］王寶柱，劉培禮.噴涂聚脲彈性體在防水工程中的應(yīng)用［J］.新型建筑材料，2009，（12），59-63.