單組分聚脲性能的影響(一恒DHG-9023A使用)

來源：未知發(fā)布日期：2019-11-20 11:28【大中小】

聚脲是大分子主鏈上含有脲鍵( —NHCONH—) 的一類特殊的聚氨酯，其具有較高的耐磨性、良好的防滲效果、較低的吸水率及優(yōu)異的力學(xué)性能等，在水利工程方面應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的單組分聚脲的成膜機(jī)理是濕固化，在涂膜過程中極易產(chǎn)生氣泡，影響單組分聚脲的性能。而潛固化型單組分聚脲可以克服這一缺點(diǎn)，其成膜機(jī)理是潛固化劑先于異氰酸酯( NCO) 與空氣中的水反應(yīng)生成氨基，氨基再與預(yù)聚體的 NCO 基團(tuán)反應(yīng)固化，不僅有效地減少了氣泡的生成，而且固化速度加快，避免了涂膜過程中的掛流現(xiàn)象，是工程應(yīng)用前景更為廣闊的一種防水防滲材料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1. 1 實(shí)驗(yàn)原料

甲苯二異氰酸酯( TDI) ，工業(yè)級，巴斯夫股份公司生產(chǎn); 聚四氫呋喃二醇( PTMG，Mn = 1 000) ，工業(yè) 級，日本三菱重工業(yè)有限公司生產(chǎn); 潛固化劑 ( BHD－17H4，唑烷類，f = 4) ，北京北化工程技術(shù)有限公司生產(chǎn); 流平劑( BHD－17X47) ，分析純，北京北化工程技術(shù)有限公司生產(chǎn); 消泡劑 ( BHD － 17L25) ，分析純，北京北化工程技術(shù)有限公司生產(chǎn); 二月桂酸二丁基錫，化學(xué)純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所生產(chǎn)。

1. 2 實(shí)驗(yàn)儀器

Nicolet 8700 型紅外光譜儀，美國尼高力公司生產(chǎn); TGA /DSC 同步熱分析儀，梅特勒托利多集團(tuán)生產(chǎn); 電子天平( FA2204) ，上海浦春計(jì)量儀器有限公司生產(chǎn); 智能控溫加熱套，( ZNHW－ 1000) ，北京中儀泓瑞科技發(fā)展有限公司生產(chǎn); 精密增力電動攪拌器( JJ－1) ，江蘇金壇榮華儀器有限公司生產(chǎn); 水含量測試儀( WS－2) ，山東淄博三泵科森有限公司生產(chǎn); 循環(huán)水式多用真空泵( SHB－Ⅲ) ，鄭州長城科工貿(mào)有限公司生產(chǎn); 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 ( DHG-9023A) ，上海一恒科技有限公司生產(chǎn); 邵氏硬度計(jì) ( LX－A) ，樂清市艾德堡儀器有限公司生產(chǎn); 材料萬能試驗(yàn)機(jī)( XWW－20A) ，承德金建檢測設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

1. 3 樣品制備

1. 3. 1 潛固化型單組分聚脲的制備

定量稱取 PTMG，加入三口燒瓶，在攪拌器攪拌下緩慢加熱至 110 ～ 120℃，在真空度為－0. 095 MPa 以下脫水 2 h，測試其水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)水的質(zhì)量分數(shù)小于 0. 05%停止脫水，降溫至 50℃，勻速攪拌并加入 TDI，升溫，保持溫度 85℃反應(yīng) 3 h，定量加入潛固化劑、流平劑和消泡劑，快速攪拌并真空脫泡 40 min 后出料，密封保存。NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6%。

1. 3. 2 潛固化型單組分聚脲膜的制備

將制備的潛固化型單組分聚脲均勻地涂刷在四氟板上，膜厚控制在 1 mm 左右，表干后于溫度為70℃的烘箱中放置 24 h，取出，在室溫熟化 7 d 測定其性能。硬段質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表 1 所示。

1. 4 性能測試

紅外測試掃描范圍 4 000 ～ 550 cm－1 ，分辨率為 4 cm－1 ，掃描次數(shù)為 32 次。熱重分析采用 TGA /DSC 同步熱分析儀，N2 氛圍，測試溫度為 100 ～ 600℃，升溫速率為 10℃ /min。表干時(shí)間參照 GB /T 3446—2009 所述的指觸法進(jìn)行測定，10 min 觀察 1 次，記錄聚脲從開始涂膜到涂表面不粘手的時(shí)間，即為表干時(shí)間; 實(shí)干時(shí)間， 30 min 觀察 1 次，記錄聚脲從開始涂膜到能夠從模具上完整取下所用的時(shí)間。拉伸強(qiáng) 度、斷裂伸長率參照 GB /T 16777— 2008，利用材料萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試，試驗(yàn)速度為 50 mm /min，測試溫度為( 20±2) ℃。硬度參照 GB /T 23446—2009，利用邵氏硬度計(jì) 在( 24±2) ℃條件下進(jìn)行測試。吸水率參照 GB /T 23446—2009，室溫條件下將樣品在蒸餾水中浸泡 7 d，通過計(jì)算得到樣品吸水率: W = ［( M2 － M1 ) /M1］× 100% ( 1) 其中: W 為吸水率，%; M1 為浸泡前樣品質(zhì)量，g; M2 為浸泡后樣品質(zhì)量，g。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2. 1 表干時(shí)間和實(shí)干時(shí)間

潛固化單組分聚脲的表干時(shí)間與實(shí)干時(shí)間需要與施工工藝性能相匹配，潛固化型單組分聚脲的涂膜情況、表干時(shí)間和實(shí)干時(shí)間如表 2 所示。從表 1、表 2 可以看出，當(dāng) Ｒ值為 0. 9 ～ 1. 05 時(shí)，聚脲涂膜表面光滑密實(shí); 當(dāng) Ｒ值大于 1. 05 時(shí)，涂膜表面出現(xiàn)少量氣泡，這是因?yàn)?Ｒ值增加，潛固化劑用量減少，部分異氰酸根與空氣中的水直接發(fā)生反應(yīng)，在此過程中有 CO2 生成，因此涂膜有少量氣泡。隨著Ｒ值的增加，潛固化型單組分聚脲的表干時(shí)間和實(shí)干時(shí)間逐漸增加。Ｒ值增加，潛固化劑用量減少，反應(yīng)速度減慢，因此表干時(shí)間和實(shí)干時(shí)間增加。

2. 2 FT－TＲ分析不同Ｒ值的潛固化型單組分聚脲合成的單組

分聚脲的 FT－IＲ圖如圖 1 所示。從圖 1 中可以看出，5 種不同Ｒ值的潛固化型單組分聚脲的吸收峰位置基本一致。在 2 280 ～ 2 240 cm－1 范圍內(nèi)，沒有明顯的—NCO 伸縮振動產(chǎn) 生的特征吸收峰，表明 NCO 基團(tuán)已完全反應(yīng)。 3 304 cm－1 處為—NH 的伸縮振動峰，1 703 cm－1 為 C O  的伸縮振動峰，1 532 cm－1 為 C—N 的伸縮振動峰，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氫鍵化程度。沒有被氫鍵化的 N—H 和 C O  分別處于 3 400 cm－1 和 1 670 cm－1，而從圖 1 中可以看出，這兩個(gè)位置的吸收峰發(fā)生偏移，表明 N—H 和 C O  被氫鍵化。

3 結(jié)論

通過改變潛固化型單組分聚脲潛固化劑的加入量制備出 5 種不同Ｒ值的潛固化型單組分聚脲。并通過性能表征及分析得到以下結(jié)論: ( 1) 隨著Ｒ值的增加，潛固化型單組分聚脲的表干時(shí)間、實(shí)干時(shí)間和硬度逐漸增加，吸水率先降低后增加，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率先增加后降低。耐熱性能也呈現(xiàn)增加的趨勢，但變化較小。 ( 2) 當(dāng) Ｒ值為 0. 95 時(shí)，潛固化型單組分聚脲的綜合性能達(dá)到最優(yōu)，此時(shí)潛固化型單組分聚脲的表干時(shí)間為 2. 2 h，實(shí)干時(shí)間為 16 h，吸水率為 4. 07%，拉伸強(qiáng)度為 25. 25 MPa，斷裂伸長率為 233%，邵 A 硬度為 79。