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高速铁路桥面用聚氨酯防水涂料

来源:未知 作者:admin 时间:2012-03-12 点击:
导读:以聚醚多元醇和甲苯二异氰酸酯( TDI) 制备预聚体,自制扩链剂混配芳香胺为固化剂,制备了一种配比为1∶1 的双组份聚氨酯防水涂料。其特征技术指标达到拉伸强度11MPa ,断裂伸长率600 % ,撕裂强度55N/ mm ,与混凝土粘结强度410MPa ,可以满足《客运专线桥梁混凝土
高速铁路桥面用聚氨酯防水涂料

潘 赏1  袁 振1  姜志国1 ,2 3
(1. 北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029 ;2.北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室,北京100029)



 高速铁路以其方便、快捷、成本低的优势在世界范围内得到极大发展,已经建成7000 余千米高速铁路,高速铁路已成为世界铁路发展方向。按照中国《综合交通网中长期发展规划》,到2020 年中国铁路网总里程将达到12 万千米以上,其中客运专线115 万千米以上。规划有31 条客运专线,在建19条,总里程达7300km。到2010 年底,预计客运专线将开通4500km[1 ] 。为确保高速铁路运行安全和使用寿命,桥梁防水工程的设计、选材、施工越来越受到重视,材料性能指标要求逐渐提高。现有市场上的防水涂料不能满足要求,有必要对此进行研究,改善其性能[227 ] ,因此研制出满足《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》要求的聚氨酯防水涂料成为铁路建设迫切解决的问题。

1  实验部分
111  主要原料
TDI ,20/ 80 , 沧州大化股份有限公司; 聚醚多元醇,TEP330N ,天津第三石油化工厂; 聚环氧丙烷多元醇, TMN2000 ,天津第三石油化工厂; 聚四氢呋喃聚醚二醇, PT-MG1000 ,青岛武田株式社;MOCA , II 型,苏州市相园特种精细化工有限公司;催化剂, Pb104 ,石家庄万福化工有限公司;滑石粉,200 目,杭州双联白云石矿厂;色浆,BH301 ,自制;扩链剂,BHP209 ,自制;紫外线吸收剂,UV327 ,南京米兰化工有限公司;防老剂,1010 ,南京米兰化工有限公司。

1. 2  主要仪器
锥形磨,QZM21 ,中国天津材料试验机厂; 万能拉力机,CMT4304 ,深圳新三思仪器有限公司;橡胶硬度计,LX-A ,上海六菱仪器厂。

1. 3  制备工艺
A 组份制备:在装有搅拌器、温度计和冷凝管的四口烧瓶中分别加入计量好的TEP330N、TMN 2000 、PTMG1000 ,并升温至110 ℃真空脱水2h ,测定水分含量小于0.2 %时,停止抽真空并降至常温。加入计量好的TDI ,通入N2 ,升温并保持体系在80 ℃反应3h ,当测定体系的NCO 含量达到理论值时停止反应,作为A 组份备用。
B 组份的制备: 将MOCA、BHP209 、滑石粉、BH301 、UV327 ﹑防老剂1010 混合,在锥形磨中研磨2 遍,用刮板细度计测试研磨料细度小于20μm 时,结束研磨;在装有搅拌器、温度计和冷凝管的四口烧瓶中加入研磨好的原料,并升温至110 ℃真空脱水2h ,测定水分含量小于0.2 %时,停止抽真空并降温,此作为B 组份备用。

1. 4  涂膜的制备
将A、B 组分按重量比A ∶B = 1 ∶1 进行混合。放置到聚四氟乙烯的模具中,制得(115 ±0. 1) mm 的涂层,在标准条件(23 ±2) ℃,湿度(60 ±15) %下成膜,养护96h ,然后脱模,涂膜翻过来再在标准条件下养护72h。制得涂膜防水层。

1. 5  性能测试[ 8]
固体含量按GB/ T19250 进行试验。拉伸性能按GB/T1677722008 中9. 2. 1 进行试验,拉伸速度为(500 ±50) mm/min。撕裂强度按GB/ T52921997 中5. 1. 2 直角形进行试验,无豁口,拉伸速度为(500 ±50) mm/ min。邵A 硬度按GB/T531. 122008 规定进行试验。

2  结果与讨论
2. 1  NCO 指数( nNCO/ nOH) 对聚氨酯防水涂料性能的影响
通过调节体系的nNCO / nOH ,可以改变交联密度。研究了不同的nNCO / nOH 对聚氨酯防水涂料的影响,结果见图1 和图2 。

由图1 和图2 可知,随着nNCO / nOH的增加,聚氨酯防水涂料的拉伸强度和断裂伸长率先升高后降低, 当nNCO / nOH 为1115/ 1 时断裂伸长率达到最大值450 % ,当nNCO / nOH为1. 2/ 1时拉伸强度为最大。这是因为随着nNCO / nOH 的增加,体系的交联密度增加,硬段增加,因此拉伸强度和断裂伸长率增加,但是过度的交联又会影响分子间的运动,导致应力集中,使拉伸强度和断裂伸长率都降低。

2. 2  扩链剂( BH209) 加入量对聚氨酯防水涂料性能影响
图3 和图4 为加入不同量的BHP209 后对聚氨酯防水涂料性能的影响

由图3 和图4 可知,随着BHP209 的加入量的增多,材料的断裂伸长率由原来没有加入时的450 %增加到了650 % ,但是拉伸强度先升高到了14. 5MPa 后又降低到了8MPa ,这是由于分子间间氢键的密度减少了,分子链段的柔性增加。所以出现了拉伸强度先增加后减少,断裂伸长率大幅增加的现象。

2. 3  扩链剂比例(MOCA/ BHP209) 对性能的影响
为了进一步提高防水涂料的综合性能,在保持硬段含量为27 %时,研究了不同的MOCA/ BHP209 的投料比对材料的物理性能的影响。


图5  MOCA/ BHP209 的投料比对撕裂强度的影响

图5 、图6 、图7 分别为MOCA/ BHP209 的投料比对防水涂料的撕裂强度、拉伸强度和断裂伸长率的影响。由图5 、图6 、图7 中可知,在保持硬段含量不变的情况下,随着加入的BHP209 的比例减少,材料的撕裂强度和拉伸强度虽有显著的提高,但是断裂伸长率却有了大幅下降,因此综合各种性能MOCA ∶BH209 = 13 (质量比) 时,材料性能最佳。

2. 4  填料的加入工艺对聚氨酯防水涂料性能的影响
在图8 中,线1 、2 、3 为加入未研磨填料后材料的测试曲线,线4 、5 、6 为加入研磨后填料的材料测试曲线,从测试曲线可见,填料加入工艺对涂层性能有较大的影响。当加入未研磨固体填料时,材料的机械性能降低,这是因为粒径太大,破坏了材料的连续性;而当加入经过研磨,细度为20μm 的填料时,涂层的机械性能增加,这是因为研磨后的填料的活性表面增加,并与周围某些的分子形成次价交联结构,彼此之间的作用力增大,当受到应力作用时可通过交联点将应力分散,减少应力集中,延缓断裂的发生,从而提高机械性能。

图8  填料的加入工艺对聚氨酯防水涂料性能的影响
综合以上实验规律,得到高铁用聚氨酯防水涂料,可满足2007 年《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》中对聚氨酯防水涂料的要求,达到如下表的技术指标,现将本产品性能与指标列于下表中。

3  结 论
采用聚醚多元醇、TDI、MOCA 和自制扩链剂制备了一种配比为1 ∶1 的双组份聚氨酯防水涂料。探索了NCO/ OH 的变化、BHP209 的加入量、MOCA/ BHP209 的投料比和填料的加入工艺对涂料性能的影响。产品的各项性能指标均达到或优于2007 年《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》中对聚氨酯防水涂料的要求,可满足客运专线桥面混凝土桥梁防水层技术要求。
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