地下管廊專用聚氨酯防水塗料的研製

以下文章來源於防水工程師 ，作者李超

防水工程師

《中國建築防水》雜誌社旗下服務於防水設計師、工程師、一線施工人員的公號，以《中國建築防水》雜誌工程欄目為基礎，傳播工程信息，傳遞設計理念，探討工程理論，展示典型案例，交流施工技能，展示一線風采，宏揚工匠精神，做設計師的智庫，當工程人的益友。

綜合管廊作為城市地下設施動脈工程，一旦發生滲漏，後期進行修補所需要的人力、物力、財力都較大，且往往沒有修補的施工環境，故防水是地下工程施工中的首要要務，只有確保工程不發生滲漏，才能夠保證工程的正常使用和結構安全。

本文主要介紹了一種地下管廊專用聚氨酯防水塗料的研製方法，並探討了固化速度、偶聯劑添加量、潛固化劑選型及添加量對塗料粘結強度、拉伸強度、斷裂伸長率的影響。

製備工藝

在1 000 mL的三口燒瓶中依次加入聚醚多元醇、分散劑、消泡劑1，升溫至90 ℃，加入無機顏填料、觸變劑、抗氧劑後加熱至（115±5） ℃，在真空度 -0.095 MPa下對其脫水4 h，然後降溫至60 ℃加入MDI，（78±2） ℃下反應1.5 h，再加入TMXDI升溫至（85±1） ℃反應1 h，然後加入催化劑1、催化劑2，保溫45 min，最後加入潛固化劑、硅烷偶聯劑、消泡劑2、流平劑、溶劑，（70±2） ℃下攪拌30 min，降溫至60 ℃，真空度（-0.07~-0.08） MPa下脫泡10 min，停真空、攪拌，過濾出料。

性能測試

將製得的地下管廊專用聚氨酯防水塗料分3次刮塗到塗有脫模劑的玻璃板上，製得厚度為（1.5±0.2） mm的塗層，在標準試驗條件下[（23±2） ℃、相對溼度（50±10）％]成膜，養護96 h，然後脫模，塗膜翻過來再在標準試驗條件下養護72 h，製得塗膜防水層並按照GB/T 19250—2013《聚氨酯防水塗料》進行相關性能的檢測

▼

固化速度對聚氨酯塗膜粘結強度的影響

在長期動荷載作用下，防水材料必須與管廊結構主體粘接牢靠才能有效避免竄水的發生。通常應用於地下管廊的防水塗料往往具有極快的固化速度，可大大縮短工期，但極快的固化速度使塗料對基層的潤溼較差，塗料未充分滲透到混凝土結構內部就在表面固化成膜，從而導致塗膜與基層粘結強度較低而容易分離、剝落，在噴塗施工時尤為明顯。而過分追求防水塗料對基層的潤溼性忽視固化速度，又會影響施工進度。

圖1 固化速度對聚氨酯塗膜粘結強度的影響

圖1為在一定黏度下塗料固化速度對粘結強度的影響（固化速度採用塗膜表干時間表徵）。可以看出，隨著固化速度的不斷降低，表干時間逐漸延長，塗料對基層的潤溼性越來越好，砂漿樣塊表面得到充分滲透（圖2），粘結強度也逐漸增加。同時發現，當塗料固化速度過快時，隨著後期塗膜拉伸強度和硬度的增加，部分樣塊的塗膜在固化收縮過程中產生翹邊、起皮現象。表干時間在30 min左右時，塗料具有良好的粘結性能，同時也能夠滿足快速施工的要求。

圖2 滲透性展示

▼

偶聯劑添加量對聚氨酯塗膜性能的影響

聚氨酯分子結構中本身存在大量的強極性基團，如醚鍵、氨酯鍵等，可以與基層表面的活性基團產生化學鍵或氫鍵作用，具有良好的附著力。但在較快的固化速度下，塗膜與基層表面的活性基團發生化學鍵合數量較少，很難滿足地下管廊對高粘結強度的需求，所以除了適當降低聚氨酯的固化速度，還可以加入合適的偶聯劑來增強塗膜與基層的粘結強度。

圖3 偶聯劑添加量對粘結強度、斷裂伸長率的影響

硅烷偶聯劑是在聚氨酯材料中較為常用的粘結促進劑，因含氨基的硅烷偶聯劑會與—NCO基團反應，導致聚氨酯體系穩定性降低和黏度增加，不利於材料的儲存和施工，所以本試驗採用了3-異氰酸酯丙基三甲氧基硅烷作為偶聯劑。可以看出，在3-異氰酸酯丙基三甲氧基硅烷加入後，塗膜與基層的粘結強度開始提高，並隨著添加量的增加而增大，說明硅烷偶聯劑在水泥砂漿（無機相）與聚氨酯塗膜（有機相）之間起到了相互連接的橋樑作用，提高了粘結強度；而隨著硅烷偶聯劑添加量的增加，塗膜交聯密度隨之增加，從而導致斷裂伸長率有所降低。當偶聯劑添加量為0.8%時，塗膜粘結強度與斷裂伸長率性能最佳。

▼

潛固化劑對聚氨酯塗膜性能的影響

聚氨酯防水塗料應用於地下管廊時，設計厚度一般為2.0 mm，若分2次噴塗施工，每次厚度也要達到1.0 mm。為了防止聚氨酯塗膜中氣泡的產生，所以試驗採用了潛固化劑，其能夠優先與溼氣反應產生活性基團，然後活性基團與異氰酸酯基團迅速交聯固化成膜，避免了異氰酸酯基團直接與水反應生成的CO2導致聚氨酯塗膜起泡的現象發生；同時脲鍵強度遠遠超過氨酯鍵強度，且很穩定，可提高塗膜物理性能和耐老化性能，能夠滿足長期使用的要求。

圖4 唑烷潛固化劑添加量對拉伸性能的影響

圖5 醛亞胺潛固化劑添加量對拉伸性能的影響

試驗選用了噁唑烷與醛亞胺兩種潛固化劑進行對比分析，圖4—5為兩種潛固化劑的添加量對塗膜的拉伸強度、斷裂伸長率的影響。可以看出，隨著潛固化劑添加量的增加，塗膜的拉伸強度均先增大後減小，而斷裂伸長率一直增大。在相同添加量下，採用噁唑烷的塗膜拉伸強度優於採用醛亞胺的塗膜，斷裂伸長率則正好相反。當採用醛亞胺潛固化劑且添加量為2.5%時，塗膜綜合性能最佳。

▼

綜合性能

經過一系列試驗，當表干時間控制在30 min左右，硅烷偶聯劑添加量為0.8%，採用醛亞胺潛固化劑且添加量為2.5%時，製得的地下管廊專用聚氨酯防水塗料綜合性能最佳，產品的各項指標滿足設計要求，中試具體檢測結果如表1所示。

表1 地下管廊專用聚氨酯防水塗料的性能檢測結果

▼

結論

本研究製備了一種地下管廊專用聚氨酯防水塗料，探討了固化速度、偶聯劑添加量、潛固化劑選型及添加量對塗料粘結強度、拉伸強度和斷裂伸長率的影響。

1）當表干時間控制在30 min左右時，塗料具有良好的粘結性能，同時能夠滿足快速施工的要求；

2）硅烷偶聯劑可有效提高聚氨酯塗膜與基層的粘結強度，其添加量應控制在0.8%為宜；

3）潛固化劑的加入可大大減少塗膜中氣泡的數量，相同添加量下，採用 唑烷的塗膜拉伸強度優於採用醛亞胺的塗膜，斷裂伸長率則正好相反，故採用醛亞胺潛固化劑且添加量為2.5%時，塗膜拉伸性能最佳。

-END-