新型環(huán)保催化劑在澆注型聚氨酯

柯玉劍

摘要：澆注型聚氨酯具有高強(qiáng)度、韌性好、耐磨及耐油等優(yōu)點(diǎn)，是一種高效的灌縫用高分子材料，不僅可以靠自身高變形能力滿足裂縫寬度周期性變化，而且能夠與裂縫界面有很好的粘結(jié)性?；诖?，本文就新型環(huán)保催化劑在澆注型聚氨酯進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：催化劑;澆注型;聚氨酯

一、實(shí)驗(yàn)部分

1. 主要原料

聚四氫呋喃二醇（PTMEG，Mn=1000、1500、2000和3000），工業(yè)級(jí)，三菱化學(xué)株式會(huì)社;二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI-50，NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)31%～33%），工業(yè)級(jí)，萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司;1，4-丁二醇（BDO），分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;丙三醇，分析級(jí)，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;二丁基錫二月桂酸酯，工業(yè)級(jí)，新典化學(xué)材料（上海）有限公司。

2.聚氨酯澆注膠預(yù)聚物（A組分）制備

將PTMEG加入四口燒瓶，緩慢升溫至105℃，-0.095MPa的真空下脫水2.5h后降溫到55℃。在勻速攪拌下加入MDI-50，并緩慢升溫至80℃反應(yīng)4h獲得MDI型預(yù)聚物（A組分）。將產(chǎn)物冷卻至45℃后真空脫泡10min，密封保存。

3.聚氨酯澆注膠彈性體的制備

先將BDO、丙三醇與定量的催化劑、輕質(zhì)碳酸鈣（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～20%）、抗氧劑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～2%）等混合攪拌1h后真空脫泡3min，制成B組分。再將預(yù)聚體A組分與B組分按照合適的比例迅速混合攪拌均勻，真空脫泡3min后倒入標(biāo)準(zhǔn)模具中，并將模具放置在60℃烘箱中24h，保證聚氨酯澆注膠材料完全反應(yīng)。

4.性能測(cè)試

（1）聚氨酯澆注膠固化物（彈性體）的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率按GB/T528—2009方法測(cè)試;硬度按GB/T531.1—2008方法測(cè)定。（2）聚氨酯澆注膠低溫粘結(jié)性能按照GB/T5210—2006測(cè)定;彈性體綜合低溫拉伸性能按照J(rèn)T/T740—2015測(cè)定。

二、結(jié)果與討論

1. PTMEG分子量對(duì)聚氨酯力學(xué)性能的影響

在聚氨酯分子鏈中，PTMEG作為柔性鏈段，其1—澆注膠;2—水泥塊圖2綜合低溫拉伸試件分子量直接影響分子鏈柔性鏈段的比例和可變形能力，宏觀表現(xiàn)為對(duì)聚氨酯澆注膠的硬度、斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度等指標(biāo)有較大影響。因此首先選取不同相對(duì)分子質(zhì)量的PTMEG合成聚氨酯澆注膠樣品，在R值為1.05，預(yù)聚物NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%條件下，研究不同分子量的PTMEG對(duì)聚氨酯澆注膠固化物力學(xué)性能的影響。

隨著PTMEG分子量的增加，聚氨酯彈性體的硬度、拉伸強(qiáng)度減小，而斷裂伸長(zhǎng)率則逐漸增加。這是由于隨著PTMEG分子量增加，柔性分子鏈段占比提高，硬段含量降低，使得材料力學(xué)強(qiáng)度下降，柔性變形能力提升。當(dāng)PTMEG的相對(duì)分子質(zhì)量由2000增加到3000時(shí)，聚氨酯的拉伸強(qiáng)度下降22.5%，但斷裂伸長(zhǎng)率僅增加3.4%。另外考慮到路面有小碎石可能在車(chē)輛載荷作用下侵入到澆注膠中，需要聚氨酯澆注膠在具有較好變形能力的同時(shí)應(yīng)具有一定強(qiáng)度，因此認(rèn)為PTMEG相對(duì)分子質(zhì)量為2000時(shí)具有較好的綜合性能。

2.擴(kuò)鏈劑/交聯(lián)劑摩爾比對(duì)聚氨酯力學(xué)性能影響

擴(kuò)鏈劑BDO與交聯(lián)劑丙三醇摩爾比（nBDO/n丙三醇）對(duì)聚氨酯大分子結(jié)構(gòu)同樣具有較大影響。實(shí)驗(yàn)選用PTMEG2000，在R值為1.05、預(yù)聚物NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%條件下，研究nBDO/n丙三醇對(duì)聚氨酯澆注膠固化物力學(xué)性能的影響。隨著丙三醇在擴(kuò)鏈劑/交聯(lián)劑混合物中比例的提高，聚氨酯硬度、拉伸強(qiáng)度逐漸增大，而斷裂伸長(zhǎng)率逐漸減小。這是因?yàn)閮H采用擴(kuò)鏈劑BDO（nBDO/n丙三醇為20∶0）時(shí)，聚氨酯分子為線性結(jié)構(gòu)，伸長(zhǎng)率最大;在R值保持不變的情況下，隨著丙三醇比例增加，大分子鏈的交聯(lián)密度增加，造成聚氨酯柔性下降;分子鏈的滑動(dòng)受限，有利于應(yīng)力分散，使得拉伸強(qiáng)度提高。嚴(yán)寒地區(qū)用聚氨酯澆注膠需要有一定強(qiáng)度，且保持較好的柔性可變形能力。綜合考慮，BDO與丙三醇摩爾比以19∶1為宜。

3.R值對(duì)聚氨酯澆注膠力學(xué)性能的影響

R值對(duì)聚氨酯材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等有較大影響。實(shí)驗(yàn)選用PTMEG2000，在BDO與丙三醇摩爾比為19∶1、預(yù)聚物NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%條件下，研究R值對(duì)聚氨酯澆注膠固化物力學(xué)性能的影響。

隨著R值增大，聚氨酯澆注膠固化物的硬度和拉伸強(qiáng)度逐漸增大，斷裂伸長(zhǎng)率先升后降。這是由于在B組分中BDO和丙三醇等會(huì)吸收微量水分，導(dǎo)致實(shí)際R值低于理論值，當(dāng)R值≤1時(shí)，羥基過(guò)量，少量擴(kuò)鏈劑/交聯(lián)劑未發(fā)生反應(yīng)，使得聚氨酯澆注膠固化物表現(xiàn)出發(fā)黏和變軟。隨著R值的增大，NCO基團(tuán)含量增多，聚氨酯反應(yīng)完全，聚氨酯微相分離結(jié)構(gòu)中，硬段含量逐漸增加，物理交聯(lián)點(diǎn)增多，分子鏈的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)變形能力增強(qiáng)。但當(dāng)R值進(jìn)一步增大，過(guò)量的NCO基團(tuán)與空氣中水分反應(yīng)形成聚脲，分子結(jié)構(gòu)中的硬段含量顯著增加，分子間的作用力增強(qiáng)，聚氨酯澆注膠固化物拉伸強(qiáng)度和硬度增加，斷裂伸長(zhǎng)率降低，說(shuō)明彈性變形能力變差。因此R值為1.05的澆注膠彈性體材料綜合性能最佳。

4.聚氨酯澆注膠低溫路用性能的評(píng)價(jià)

嚴(yán)寒地區(qū)澆注膠的破壞失效主要由于低溫環(huán)境下，澆注膠柔性變形能力降低，出現(xiàn)澆注膠本體開(kāi)裂和澆注膠與裂縫槽壁粘結(jié)失效兩種主要形式。采用交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T740—2015《路面加熱型密封膠》中的綜合低溫拉伸試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)聚氨酯澆注膠固化物在嚴(yán)寒低溫環(huán)境下的綜合拉伸性能，同時(shí)采用低溫拉伸試驗(yàn)和低溫拉拔試驗(yàn)分別研究低溫環(huán)境下聚氨酯澆注膠的本體拉伸性能和與槽壁界面粘結(jié)性能，以評(píng)價(jià)聚氨酯澆注膠低溫環(huán)境下路用性能，聚氨酯澆注膠的綜合低溫拉伸破壞伸長(zhǎng)率和斷裂伸長(zhǎng)率都出現(xiàn)緩慢降低的趨勢(shì)，并隨著溫度降低，伸長(zhǎng)率降低速率增大，而聚氨酯澆注膠粘結(jié)強(qiáng)度隨溫度降低變化不明顯，基本保持在1.1MPa。當(dāng)試驗(yàn)溫度達(dá)到-40℃，聚氨酯澆注膠粘接試樣綜合拉伸破壞伸長(zhǎng)率和自身斷裂伸長(zhǎng)率分別達(dá)到310%和380%，一般瀝青基澆注膠固化物斷裂伸長(zhǎng)率不高于100%，說(shuō)明聚氨酯澆注膠的低溫可變形能力好于瀝青基澆注膠，較好滿足現(xiàn)行交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適用于嚴(yán)寒地區(qū)的裂縫處置。

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