聚氨酯粘合劑材料在建筑維修施工中的應(yīng)用

孔露露

（鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南鄭州450002）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，頒布了建筑節(jié)能的中長(zhǎng)期規(guī)劃，推動(dòng)了創(chuàng)新型化學(xué)建材工業(yè)的興起，其中應(yīng)用最為普及的是一種具有諸多優(yōu)勢(shì)的高分子材料，聚氨酯具有可發(fā)泡性、耐磨性、粘結(jié)性、彈性以及耐低溫性、耐生物老化性與耐溶劑性，因此，在建筑領(lǐng)域占有重要的一席之地，尤其在防水、膠粘劑以及保溫行業(yè)更是取得了理想的實(shí)踐成果。聚氨酯粘合劑的適用范圍非常廣，不論是柔軟的橡膠還是堅(jiān)硬的塑料，均能夠使用，劃分為多異氰酸酯粘合劑、雙組分與單組分粘合劑。聚氨酯不僅廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，還在其他領(lǐng)域中得到大力推崇。

文獻(xiàn)[1] 依據(jù)不同調(diào)配比例，采用聚氨酯、環(huán)氧樹脂以及接枝改性膠原蛋白，完成膠原蛋白基水性膠黏劑合成，通過(guò)紅外光譜、激光粒度儀、拉伸以及差式掃描量熱法等策略，分析合成乳液的膠膜結(jié)構(gòu)、熱性能、分散性以及力學(xué)性能，最后，在木材粘合的過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用；文獻(xiàn)[2]利用聚乙二醇與異氟爾酮二異氰酸酯，經(jīng)過(guò)催化與封端，實(shí)現(xiàn)封端型水性聚氨酯交聯(lián)劑的合成，選取紅外光譜對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行表征，并探索出封端率的影響因素，從而改進(jìn)交聯(lián)劑合成的工藝條件，通過(guò)在滌綸織物上使用復(fù)配獲取的拒水阻燃劑，分析各成分對(duì)織物的性能影響；而文獻(xiàn)[3]則采用傅里葉變換紅外光譜、同步熱分析儀以及拉伸測(cè)試儀，表征合成聚氨酯的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性以及力學(xué)性能，從而實(shí)現(xiàn)電池窗口、交流阻抗、倍率以及循環(huán)性能的測(cè)試。

基于上述研究成果，本文對(duì)聚氨酯粘合劑材料在建筑維修施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過(guò)分析聚氨酯粘合劑材料的固化機(jī)理，探索其相關(guān)性能，利用間歇脫水法、連續(xù)薄膜干燥法或者連續(xù)噴霧干燥法，對(duì)低聚物多元醇進(jìn)行脫水操作，經(jīng)過(guò)引入多異氰酸酯，使脫水后的低聚多元醇自然升溫，進(jìn)而合成預(yù)聚體，隨后實(shí)施與填料、催化劑以及觸變劑等助劑的捏合操作，得到聚氨酯粘合劑。基于流變學(xué)測(cè)試，探索聚氨酯粘合劑材料的動(dòng)態(tài)粘彈性，最終，采用單組分聚氨酯密封膠與單組分聚氨酯防水涂料，完成建筑裂縫的維修施工。

1 聚氨酯粘合劑材料制備及分析

聚氨酯粘合劑材料憑借其優(yōu)異的性能與適中的價(jià)格，被廣泛應(yīng)用于土木建筑領(lǐng)域。

為了深入探索聚氨酯粘合劑材料的性能，剖析建筑施工中常用的單組分濕固化型聚氨酯粘合劑生成方法。該粘合劑的固化機(jī)理是：當(dāng)粘合劑含有的活潑基團(tuán)[4]暴露在空氣里，粘合劑將跟空氣內(nèi)的微量水分反應(yīng)，與此同時(shí)，也會(huì)同被粘接基材表面的羥基等活性氫基團(tuán)和吸附水反應(yīng)，從而得到脲與縮二脲交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

單組分濕固化型聚氨酯粘合劑的獲取方法流程為：首先對(duì)低聚物多元醇實(shí)施脫水；然后采用脫水后的低聚多元醇與多異氰酸酯[5]合成聚氨酯預(yù)聚體；最后將所得預(yù)聚體與諸如填料等助劑進(jìn)行捏合。

圖1 所示為單組分濕固化型聚氨酯粘合劑的制備步驟示意圖。

圖1 單組分濕固化型聚氨酯粘合劑的制備步驟示意圖Fig.1 Preparation procedure of one component moisture curing polyurethane adhesive

低聚物多元醇的脫水操作，要在聚氨酯預(yù)聚體合成之前實(shí)施，令低聚物多元醇的含水量不超過(guò)0.05%。脫水操作常采用間歇脫水法、連續(xù)薄膜干燥法以及連續(xù)噴霧干燥法等處理形式。其中，間歇脫水法的操作環(huán)境為不銹鋼釜，采用的相關(guān)設(shè)備主要有框式攪拌器、端面機(jī)械密封[6]，加熱處理由蒸汽或者電加熱得以完成，脫水時(shí)溫度應(yīng)為100℃～140℃，基于高真空條件，脫水過(guò)程將耗時(shí)一至兩小時(shí)左右；若要脫水處理大量的低聚物多元醇，則可以選用噴霧干燥法與薄膜干燥法。

添加一定量的低聚多元醇，當(dāng)溫度為40℃～60℃時(shí)，將多異氰酸酯添加進(jìn)來(lái)，令體系溫度進(jìn)行30min～40min的自然提升，待溫度升至80℃左右，保溫反應(yīng)2h～3h，對(duì) -NCO %進(jìn)行采樣分析，若符合預(yù)設(shè)值，那么反應(yīng)完成。經(jīng)過(guò)真空脫泡可以取得不存在氣泡的預(yù)聚體[7]。

在行星式攪拌機(jī)中除了要加入一定量的預(yù)聚體，還應(yīng)添加填料、催化劑以及觸變劑等助劑，基于真空狀態(tài)，實(shí)施一至兩個(gè)小時(shí)的捏合操作，待其混合均勻、充分，即可出料獲取聚氨酯粘合劑。

為了探索聚氨酯粘合劑材料的動(dòng)態(tài)粘彈性，依據(jù)外力施加形式，將流變學(xué)測(cè)試劃分成穩(wěn)態(tài)測(cè)試[8]與動(dòng)態(tài)測(cè)試兩種，前者是在應(yīng)力或應(yīng)變?yōu)楹愣ㄐ郧闆r時(shí)，通過(guò)對(duì)樣品施加剪切應(yīng)力完成測(cè)試；而后者則是在應(yīng)力或應(yīng)變?yōu)橹芷谛郧闆r時(shí)，對(duì)樣品施加振蕩剪切應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試。

如果剪切頻率較小，則聚氨酯粘合劑可以近似看成線性體，若將一定頻率的交變應(yīng)力或應(yīng)變作用于聚氨酯粘合劑材料上，那么應(yīng)力或應(yīng)變響應(yīng)發(fā)生的頻率也與之相同，因此，材料施加的正弦應(yīng)變能夠通過(guò)應(yīng)變振幅和交變角頻率得出。根據(jù)聚氨酯粘合劑存在的粘彈性屬性，可知應(yīng)變與應(yīng)力間具有相位差δ，若材料屬于純粘性，則若屬于純彈性，則δ= 0；若屬于粘彈性材料，那么應(yīng)力會(huì)比應(yīng)變提前一個(gè)相位差，得到

經(jīng)分析，所得到的聚氨酯粘合劑材料具備理想的柔韌性、耐候性以及耐久性等優(yōu)勢(shì)，不僅粘合劑本身不開(kāi)裂且粘結(jié)性好，而且可以令使用物品的表面粘結(jié)牢固，并隨之同時(shí)發(fā)生形變，所以，在建筑物、公路以及廣場(chǎng)等工程領(lǐng)域的嵌縫密封任務(wù)中得到了廣泛運(yùn)用。表1 為基于聚氨酯粘合劑材料的單組分聚氨酯密封膠性能指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

表1 性能指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Performance indicator statistics

基于表1 的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得知，聚氨酯粘合劑材料具有較好的環(huán)保性能與基材表面粘結(jié)性，既耐磨、耐刺穿，又便于施工且該材料擁有高彈性屬性，所以，非常適用于建筑表面的局部維修。

2 建筑維修施工應(yīng)用

通過(guò)目視法或采用專業(yè)的設(shè)備，對(duì)滲漏點(diǎn)進(jìn)行搜索判定，從而確定建筑裂縫處。目視法應(yīng)用較為普遍，且簡(jiǎn)單可行，但設(shè)備檢測(cè)則更加準(zhǔn)確、迅速，其原理是根據(jù)物體反射出的不可見(jiàn)紅外線，利用光敏元件實(shí)現(xiàn)成像，紅外線感應(yīng)充入的二氧化碳類氣體，令滲漏源頭顯現(xiàn)。圖2 所示為設(shè)備檢測(cè)法。

圖2 設(shè)備檢測(cè)法示意圖Fig.2 Schematic diagram of equipment detection method

獲取到裂縫處后，使用混凝土切割機(jī)在裂縫兩側(cè)3cm 的位置切割一條深度為3.5cm 左右的縫隙，如圖3所示，將兩道縫內(nèi)的水泥鑿掉，對(duì)凹槽中的混凝土殘?jiān)M(jìn)行清理，最后，用毛刷等設(shè)備處理凹槽里的灰塵。

圖3 建筑裂縫示意圖Fig.3 Schematic diagram of building cracks

通過(guò)在凹槽的底部鋪一層襯墊材料，以避免施工形成三面粘結(jié)，對(duì)伸縮性能產(chǎn)生影響，把厚度為1cm 的單組分聚氨酯密封膠注入凹槽中，為了使其與基面粘結(jié)，刮平時(shí)應(yīng)確保與兩側(cè)接觸充分。圖4 所示為凹槽施工斷面。

圖4 凹槽施工截面示意圖Fig.4 Groove construction section

在密封膠的施工過(guò)程中，應(yīng)防止空氣進(jìn)入，且指觸干之前還要防止其受到碰損、污染或者雨淋，固化階段的前3h 禁止浸水。

當(dāng)溫度是5℃～35℃的時(shí)候，使用毛刷將調(diào)配適當(dāng)?shù)牡淄烤鶆蛲磕ㄔ谡辰Y(jié)基材表面，待全部干燥后展開(kāi)聚氨酯防水涂料施工。

在經(jīng)過(guò)底涂施工的基面與凹槽中，用毛刷均勻涂抹上單組分聚氨酯防水涂料，為了避免出現(xiàn)氣泡，應(yīng)遵循薄刷、少刷準(zhǔn)則，如果防水涂料固化成膜，則再一次施工防水涂料，涂抹方向與首次呈垂直角度，且整體厚度超過(guò)2mm，該階段要避免積水的長(zhǎng)期儲(chǔ)存，指觸干前確保無(wú)明水接觸、無(wú)污染、無(wú)碰損，實(shí)際干燥之前則停止涂膜層上的所有施工作業(yè)。

將厚為3cm 的水泥砂漿保護(hù)層覆于防水層上，以延長(zhǎng)防水層使用年限，指觸干前在防水層表面鋪一層干凈的粗砂，待實(shí)際干燥后，實(shí)施防護(hù)層施工階段。該層既要覆蓋全部防水涂膜[9]，還要完全破除原有基面。

依據(jù)工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范，在施工位置進(jìn)行蓄水試驗(yàn)，若24h 后未發(fā)生滲漏現(xiàn)象，則施工合格。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證聚氨酯粘合劑的有效性與可行性，分別對(duì)聚氨酯粘合劑應(yīng)用前后的建筑維修施工效果進(jìn)行對(duì)比，并選取粘結(jié)強(qiáng)度、通氣度以及疲勞性作為性能評(píng)估指標(biāo)。

3.1 粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)比分析

圖5 所示為聚氨酯粘合劑應(yīng)用前后的粘結(jié)強(qiáng)度[10]比較曲線。

圖5 粘結(jié)強(qiáng)度示意圖Fig.5 Schematic diagram of bond strength

通過(guò)圖5 可以看出，聚氨酯粘合劑材料大幅度提升了與基層的粘結(jié)強(qiáng)度，平均強(qiáng)度值在56.15N/cm2，而未使用材料的粘結(jié)強(qiáng)度均值為33.54N/cm2，聚氨酯粘合劑材料優(yōu)勢(shì)顯著。

3.2 通氣度對(duì)比分析

通氣度試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖及試驗(yàn)結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖6 通氣度試驗(yàn)裝置示意圖Fig.6 Schematic diagram of air permeability test device

圖7 通氣度比較曲線圖Fig.7 Comparison curve of air permeability

從圖7 可知，聚氨酯粘合劑材料能夠更好地排除基層蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣，通氣度性能具有明顯的優(yōu)越性。

3.3 疲勞對(duì)比分析

圖8、圖9 分別為疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?guī)格及疲勞試驗(yàn)結(jié)果比較。

圖8 疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭DFig.8 Schematic diagram of fatigue test model

圖9 疲勞性對(duì)比曲線圖Fig.9 Fatigue comparison curve

根據(jù)圖9 曲線走勢(shì)能夠發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用聚氨酯粘合劑后耐疲勞性能穩(wěn)定性較好，極大程度延長(zhǎng)了使用壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著聚氨酯樹脂的發(fā)展，聚氨酯粘合劑得到了推廣應(yīng)用，因此，本文探索聚氨酯粘合劑材料在建筑維修施工中的應(yīng)用，分析聚氨酯粘合劑材料固化機(jī)理，運(yùn)用目視法或采用專業(yè)的設(shè)備，查找建筑滲漏點(diǎn)，隨后在裂縫處進(jìn)行切割，在凹槽的襯墊材料上方注入單組分聚氨酯密封膠后，將調(diào)配適當(dāng)?shù)牡淄烤鶆蛲磕ㄔ谡辰Y(jié)基材表面，進(jìn)而完成單組分聚氨酯防水涂料施工，最后，通過(guò)水泥砂漿保護(hù)層與蓄水試驗(yàn)，保證合格的維修施工效果。該材料在建筑領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景，為未來(lái)聚氨酯粘合劑品種的多元化發(fā)展奠定了夯實(shí)的理論依據(jù)。