投料方式对聚氨酯预聚体性能影响的实验分析

收稿日期：2010-０３-１５投料方式对聚氨酯预聚体性能影响的实验分析李成顺吕海军（256601山东省滨州市滨州市良友防水材料有限责任公司）［摘要］预聚体的合成反应过程是一个聚醚多元醇与异氰酸酯的化学反应过程，业内人士都知道反应过程中选用的物料温度、反应时间对制成的预聚体性能有至关重要的影响。我们经过研究还发现，反应前投料方式的不同，对制成的预聚体性能也有很大影响。［关键词］建投料方式；预聚体；性能影响；分析［中图分类号］ＴＵ５３［文献标志码］Ａ［文章编号］１００３－１３２４（２０10）－０２－００１7－０20前言聚氨酯防水涂料是应用于工业与民用建筑上的多种防水材料中性能优异的一类高分子合成材料，聚氨酯防水涂料分为双组份型和单组份型，双组份聚氨酯防水涂料是由预聚体和固化剂组成，二者混合产生交联反应而固化成膜。单组分聚氨酯防水涂料是单纯的预聚体，使用时需要吸收基层或空气中的水分而固化成膜。聚氨酯预聚体的制备过程是非常关键的，我们公司生产聚氨酯防水涂料已有多年，在实际生产中积累了丰富经验。公司技术中心进行了反应前投料方式不同对聚氨酯预聚体性能影响的实验，并对实验结果进行了分析，得出了结论来指导聚氨酯防水涂料的具体生产。1聚氨酯预聚体的制备原理聚氨酯预聚体是聚氨酯防水涂料的重要组成部分，因其性能优劣直接决定最终产品的各项指标，所以先来介绍聚氨酯预聚体的制备原理。聚氨酯预聚体在双组份聚氨酯防水产品中称为甲组份。甲组份（预聚体）：聚醚多元醇与甲苯二异氰酸酯（简称TDI）发生合成反应而生成具有-NCO端基的高分子聚合物，化学反应式如下。OCN-R-NCO+HO-R-OH→OCN-R-NHCOO~OOCHN-R-NCO。乙组份：为由橡胶油、交联剂、催化剂、防紫外线剂、填料等组成的粘稠状液体。固化：当甲组份与乙组份按一定比例混合均匀后，经过一段时间就会反应生成在高分子结构主链上含有许多重复氨基甲酸酯基团的聚合物,称为polyurethane,译为聚氨基甲酸酯、聚脲烷等，习惯将其通称为聚氨酯。化学反应式如下。OCN-R2-NCO+HOH→HOOCNH-R2-NHCOOH，HOOCNH-R2-NHCOOH→H2N-R3-NH2+CO2↑，H2N-R3-NH2+-OCN-R2-NCO→-NHNHCONH~NHCO-。2工艺流程及研究的关键工序甲组份（预聚体）：混合聚醚多元醇→加入甲苯二异氰酸酯（TDI）→控温合成反应→降温出料。乙组份：橡胶油脱水后→加入交联剂、催化剂反应→加入填料→高速分散→研磨出料。甲组份（预聚体）的制备是生产双组分聚氨酯防水涂料的关键，而在加入混合聚醚多元醇后如何投入甲苯二异氰酸酯（TDI）更是关键中的关键，下面是我公司技术中心做的实验及得出的结论。3实验部分3.1实验目的使用相同配方在反应温度和时间都一样的前提下，生产工艺上分别采用不同的投料方式（即如何向混合聚醚中加TDI）制得不同的制品，分别与同一种乙组份匹配，制备出不同的聚氨酯防水涂料产品，再检测制备的聚氨酯防水涂料产品，对其性能指标进行对比、分析，优选出能提高产品性能的最佳投料方式。２１世纪建筑材料21stCENTURYBUILDINGMATERIALS2010年4月April2010第2卷第2期Vol.2No.2２１世纪建筑材料20103.2实验的程序设计（1）一次性向混合聚醚中投入TDI反应制备的预聚体与向混合聚醚中分次投入TDI反应制备的预聚体进行分别试验。（2）以不同的速度向混合聚醚中分次投入TDI反应制备的预聚体进行分别试验。3.３实验用主要原材料丙二醇聚氧丙烯醚，羟值（mgKOH/G）：≤56±4，水份(%)：≤0.1；丙三醇聚氧丙烯醚，羟值（mgKOH/G）：≤56±4，水份(%)：≤0.1；甲苯二异氰酸酯(TDI)，异构比(%)：80.0/20.0±1.0；其它助剂，工业级。3.４实验步骤将准确计量好的复合聚醚多元醇、其它助剂加入装有温度计、搅拌器和真空装置的四口烧瓶中，均匀混合后，进行升温脱水，然后降温到40℃左右出料待用，记做预聚体母料。3.４.1将一定量的预聚体母料加入装有温度计、搅拌器的三口瓶中，均匀混合后，一次加入准确计量的甲苯二异氰酸酯（TDI）搅拌20min，升温到80℃左右，恒温反应3h。然后降温到40℃左右出料，记做A料。3.４.2将同等量的预聚体母料加入三口瓶中，均匀混合后，再用滴加装置控制流速，按0.1kg/min的流速，将准确计量的甲苯二异氰酸酯（TDI）缓慢加入三口瓶中搅拌20min，升温到80℃左右，恒温反应3h。然后降温到40℃左右出料，记做B料。3.４.3将同等量的预聚体母料加入三口瓶中，均匀混合后，再用滴加装置控制流速，按0.2kg/min的流速，将准确计量的甲苯二异氰酸酯（TDI）缓慢加入三口瓶中搅拌20min，升温到80℃左右，恒温反应3h。然后降温到40℃左右出料，记做C料。3.５涂膜的制备、养护和检测3.５.1标准试验条件温度：（23±2）℃，相对湿度：（50±10）%。3.５.2涂膜制备涂膜制备前应将试验用模框、工具、所用的A，B，C三种料和乙组份料在标准试验条件下放置24h以上。准确称取适量的A，B，C三份甲组份和甲组份两倍质量的同种乙组份三份（必须用感量为0.01g的分析天平称量）后，按规定将它们混合均匀，充分搅拌5min，然后在不混入气泡的情况下，分别倒入已涂好脱模剂的三个符合标准要求的模框上，用刮板仔细刮平，模框不得翘曲且表面平滑，分二到三次涂完，使最终的涂膜厚度控制在（1.5±0.2）mm。如有必要加稀释剂必须加同样的稀释剂，每一次刮涂要在上一次涂膜表干之后进行，但不得超过24h，最后一次将表面刮平。3.５.3涂膜养护将涂刷完毕的模框在标准试验条件下放置4d然后脱模，把涂膜翻过来再在标准试验条件下放置3d。注意应按要求即时脱模，把涂膜翻过来，脱模过程中应避免损伤涂膜。3.５.4涂膜检测涂膜养护完成后，从表面光滑平整、无明显气泡的涂膜上按建筑防水涂料试验方法（GB/T16777-2008）和聚氨酯防水涂料(GB/T19250-2003)的标准规定采取试件和对试件进行检测。4实验结果及指标分析4.1三个聚氨酯防水涂料样品的性能指标指标见表1。表１指标项目A'实测值国家标准拉伸强度/MPa1.6≥1.9断裂伸长率/%330≥450不透水性0.3MPa,30min不透水不透水无裂纹无裂纹固体含量/%93≥92B'实测值2.2380不透水无裂纹93C'实测值2.0470不透水无裂纹93低温弯折性-35℃无裂纹注：A'为A料与乙组份混合后形成涂膜后的指标。B'为B料与乙组份混合后形成涂膜后的指标。C'为C料与乙组份混合后形成涂膜后的指标。国家标准为聚氨酯防水涂料(GB/T19250-2003)I类多组分聚氨酯防水涂料的性能指标。4.2性能指标分析拉伸强度B'C'国家标准A'。断裂伸长率C'国家标准B'A'。固体含量B'=C'=A'国家标准，（下转第22页）18２１世纪建筑材料2010华东五高校院士数量其它指标值相同。拉伸强度和断裂伸长率是聚氨酯防水涂料性能指标的两个重要组成部分，聚氨酯防水涂料拉伸强度和断裂伸长率的大小对建筑工程的防水效果有重要影响，如果拉伸强度和断裂伸长率都很高对于在一定范围内基层裂缝就有较强的适应性，如果基层有较大裂缝时，防水涂膜就不会出现裂纹而影响其防水效果。5实验结论用混合聚醚与甲苯二异氰酸酯（TDI）反应制备双组份聚氨酯防水涂料甲组份（预聚体）过程中，反应前投料方式（甲苯二异氰酸酯的加入方式）的不同，对用同样配方和反应温度、时间制备的预聚体性能指标有很大影响，需要在反应前选用准确的投料方式来指导具体生产。参考文献［1］许爱东，周恩华.单组分聚氨酯防水涂料的研制［Ｊ］.山东建筑防水，2004，（３）：１５.作者简介李成顺，男，高级工程师，国家注册安全工程师，滨州市良友防水材料有限责任公司总经理、董事长。E-mail:[e-mail]。下文略。的分散度，而在没有这些助磨剂时，细粒物料往往趋于粘附在粗颗粒表面或彼此粘聚在一起。当加入少量的助磨剂到物料中，可使物料颗粒表面形成单分子薄膜，减少两固体颗粒的接触，防止聚集。另外，助磨剂使物料的流动性明显增加，改变了物料的运动状态，使物料很快到达粉磨区域，增加了物料与球之间的碰撞频率，提高了粉碎速度，同时物料移动到粉磨区域受冲击的机会趋于平衡，粒度均匀，这最终表现为磨机的粉磨条件的改善，台时产量提高，粉磨工序电耗降低。4结论（1）BWJ助磨剂对水泥具有良好的助磨作用，改善水泥的流动性，提高水泥细度，增加细粉量，对水泥3d，28d强度都有明显的促进作用，助磨效果总体上优于TEA，且适应性强，对回转窑熟料、矿渣、火山灰质材料都有较好的助磨作用。（２）助磨剂对水泥的作用机理是，减少了粉磨阻力，防止团聚和粘磨，提高流动性，加强了物料和球的作用频率和效率，从而提高了了粉磨效率。（３）助磨剂对水泥的3d，28d强度的增强主要是因为加入助磨剂后水泥颗粒度分布的改变，即对强度有明显促进作用的3~32μm的颗粒量显著增加所造成。参考文献［１］周堂寿.不同颗粒组成对水泥性能的影响［J］.水泥,1980,(5):33-35.［２］蔡安华.助磨剂对普通硅酸盐水泥性能的影响及作用机理［J］.南京化工大学学报,2001，(1):50-53.［３］张斌生，卢迪芬.TM水泥助磨剂的研究［J］.水泥技术，2005，（3）：52-54.作者简介卢君强（1976－），男，浙江杭州人，毕业于济南大学（本科），现正读硕士学位，质量工程师。Ｅ-mail:[e-mail]。下文略。（上接第18页）校名中国科学院中国工程院第三世界科学院俄罗斯科学院中国科学技术大学329南京大学28341复旦大学35上海交通大学1518浙江大学1312（据各校的网络版目前简介）22