单组分聚脲性能的影响(一恒DHG-9023A使用)

聚脲是大分子主链上含有脲键( —NHCONH—) 的一类特殊的聚氨酯，其具有较高的耐磨性、良 好的防渗效果、较低的吸水率及优异的力学性能等， 在水利工程方面应用广泛。传统的单组分聚脲 的成膜机理是湿固化，在涂膜过程中极易产生气泡， 影响单组分聚脲的性能。而潜固化型单组分聚脲可 以克服这一缺点，其成膜机理是潜固化剂先于异氰 酸酯( NCO) 与空气中的水反应生成氨基，氨基再与 预聚体的 NCO 基团反应固化，不仅有效地减少了气 泡的生成，而且固化速度加快，避免了涂膜过程中的挂流现象，是工程应用前景更为广阔的一种防水防 渗材料。

1 实验部分

1. 1 实验原料

甲苯二异氰酸酯( TDI) ，工业级，巴斯夫股份公 司生产; 聚四氢呋喃二醇( PTMG，Mn = 1 000) ，工业 级，日本三菱重工业有限公司生产; 潜 固 化 剂 ( BHD－17H4，唑烷类，f = 4) ，北京北化工程技术有限公司生产; 流平剂( BHD－17X47) ，分析纯，北京北化工程技术有限公司生产; 消 泡 剂 ( BHD － 17L25) ，分析纯，北京北化工程技术有限公司生产; 二月桂酸二丁基锡，化学纯，天津市光复精细化工研 究所生产。

1. 2 实验仪器

Nicolet 8700 型红外光谱仪，美国尼高力公司生 产; TGA /DSC 同步热分析仪，梅特勒托利多集团生 产; 电子天平( FA2204) ，上海浦春计量仪器有限公 司生产; 智能控温加热套，( ZNHW－ 1000) ，北京中 仪泓瑞科技发展有限公司生产; 精密增力电动搅拌 器( JJ－1) ，江苏金坛荣华仪器有限公司生产; 水含 量测试仪( WS－2) ，山东淄博三泵科森有限公司生产; 循环水式多用真空泵( SHB－Ⅲ) ，郑州长城科工 贸有限 公 司 生 产; 电热恒温鼓风干燥箱 ( DHG-9023A) ，上海一恒科技有限公司生产; 邵氏硬度计 ( LX－A) ，乐清市艾德堡仪器有限公司生产; 材料万 能试验机( XWW－20A) ，承德金建检测设备有限公 司生产。

1. 3 样品制备

1. 3. 1 潜固化型单组分聚脲的制备

定量称取 PTMG，加入三口烧瓶，在搅拌器搅拌 下缓慢加热至 110 ～ 120℃，在真空度为－0. 095 MPa 以下脱水 2 h，测试其水的质量分数，当水的质量分 数小于 0. 05%停止脱水，降温至 50℃，匀速搅拌并 加入 TDI，升温，保持温度 85℃反应 3 h，定量加入潜 固化 剂、流平剂和消泡剂，快速搅拌并真空脱泡 40 min 后出料，密封保存。NCO 质量分数为 6%。

1. 3. 2 潜固化型单组分聚脲膜的制备

将制备的潜固化型单组分聚脲均匀地涂刷在四 氟板上，膜厚控制在 1 mm 左右，表干后于温度为70℃的烘箱中放置 24 h，取出，在室温熟化 7 d 测定 其性能。硬段质量分数如表 1 所示。

1. 4 性能测试

红外测试扫描范围 4 000 ～ 550 cm－1 ，分辨率为 4 cm－1 ，扫描次数为 32 次。 热重分析采用 TGA /DSC 同步热分析仪，N2 氛 围，测试温度为 100 ～ 600℃，升温速率为 10℃ /min。 表干时间参照 GB /T 3446—2009 所述的指触法 进行测定，10 min 观察 1 次，记录聚脲从开始涂膜到 涂表面不粘手的时间，即为表干时间; 实干时间， 30 min 观察 1 次，记录聚脲从开始涂膜到能够从模 具上完整取下所用的时间。 拉 伸 强 度、断裂伸长率参照 GB /T 16777— 2008，利用材料万能试验机进行测试，试验速度为 50 mm /min，测试温度为( 20±2) ℃。 硬度参照 GB /T 23446—2009，利用邵氏硬度计 在( 24±2) ℃条件下进行测试。 吸水率参照 GB /T 23446—2009，室温条件下将 样品在蒸 馏 水 中 浸 泡 7 d，通过计算得到样品吸 水率: W = ［( M2 － M1 ) /M1］× 100% ( 1) 其中: W 为吸水率，%; M1 为浸泡前样品质量，g; M2 为浸泡后样品质量，g。

2 实验结果与讨论

2. 1 表干时间和实干时间

潜固化单组分聚脲的表干时间与实干时间需要 与施工工艺性能相匹配，潜固化型单组分聚脲的涂 膜情况、表干时间和实干时间如表 2 所示。从表 1、表 2 可以看出，当 Ｒ 值为 0. 9 ～ 1. 05 时， 聚脲涂膜表面光滑密实; 当 Ｒ 值大于 1. 05 时，涂膜 表面出现少量气泡，这是因为 Ｒ 值增加，潜固化剂 用量减少，部分异氰酸根与空气中的水直接发生 反应，在此过程中有 CO2 生成，因此涂膜有少量气 泡。随着 Ｒ 值的增加，潜固化型单组分聚脲的 表干时间和实干时间逐渐增加。Ｒ 值增加，潜固化 剂用量减少，反应速度减慢，因此表干时间和实干 时间增加。

2. 2 FT－TＲ 分析 不同 Ｒ 值的潜固化型单组分聚脲合成的单组

分聚脲的 FT－IＲ 图如图 1 所示。从图 1 中可以看出，5 种不同 Ｒ 值的潜固化型 单组分聚脲的吸收峰位置基本一致。在 2 280 ～ 2 240 cm－1 范围内，没有明显的—NCO 伸缩振动产 生的 特 征 吸 收 峰，表 明 NCO 基团已完全反应。 3 304 cm－1 处为—NH 的伸缩振动峰，1 703 cm－1 为 C O  的伸缩振动峰，1 532 cm－1 为 C—N 的伸缩振 动峰，表明合成了聚脲。此外，N—H 和 C O  吸收 峰位置可以表征聚脲氢键化程度。没有被氢键化的 N—H 和 C O  分 别 处 于 3 400 cm－1 和 1 670 cm－1，而从图 1 中可以看出，这两个位置的吸收 峰发生偏移，表明 N—H 和 C O  被氢键化。

3 结论

通过改变潜固化型单组分聚脲潜固化剂的加入 量制备出 5 种不同 Ｒ 值的潜固化型单组分聚脲。 并通过性能表征及分析得到以下结论: ( 1) 随着 Ｒ 值的增加，潜固化型单组分聚脲的 表干时间、实干时间和硬度逐渐增加，吸水率先降低 后增加，拉伸强度和断裂伸长率先增加后降低。耐 热性能也呈现增加的趋势，但变化较小。 ( 2) 当 Ｒ 值为 0. 95 时，潜固化型单组分聚脲的 综合性能达到最优，此时潜固化型单组分聚脲的表 干时间为 2. 2 h，实干时间为 16 h，吸水率为 4. 07%， 拉伸强度为 25. 25 MPa，断裂伸长率为 233%，邵 A 硬度为 79。



 

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