聚氨酯建筑密封胶（共7篇）
聚氨酯建筑密封胶 篇1
0前言
建筑密封防水直接影响到建筑物的使用年限,而密封粘结基面前期处理的状况直接影响着粘结密封的效果,因此底涂的选择与应用非常重要。
工程中粘结基体按坚实程度可分为三类:密实坚固、多孔坚固、密实疏松。基体坚实程度的不同对粘结密封的效果有很大影响,为了降低基体坚实程度不够对粘结密封带来的不良影响,大部分重要的工程都必需使用底涂作粘结基面预处理。
本文通过对单组分聚氨酯密封胶适用底涂的研究,给出了常用的底涂选用方法。
1 密封胶底涂概述
1.1 定义与原理
密封胶底涂(又称底胶)是密封胶施工前涂在被粘基体上的一种液态物质,它固化后形成一层牢固的涂膜,强烈地吸附在基体表面上。这种吸附不仅是物理吸附,也有化学键的作用,即化学吸附。底涂层是密封胶与被粘基体之间的过渡层,因其与密封胶及被粘基体之间的粘结力优于密封胶与基材之间的粘结力,从而加强了密封胶与基材之间的粘结性能。
1.2 作用
密封胶底涂主要作用如下:1)保护基面(抑制基体在使用过程中的腐蚀作用);2)改变基体表面化学特性,以适应密封胶;3)充填基体表面孔隙和增强表面薄弱区;4)减少流经表面水分产生的毛细压力;5)使基面上少量减弱边界层作用的有机物溶解;6)渗入基材内部,增加基材强度[1]。
1.3 影响底涂粘结性能的因素
由于底涂自身的性能与密封胶有一定的差别,因此不同的基材和密封胶对底涂的选择不一样,对底涂的施工要求也不同,选择不当或施工不合理都可能在使用过程中导致底涂失效。导致底涂失效的因素有:1)底涂涂抹太厚;2)暴露时间太长,引起水解或污染;3)与基材表面或密封胶不相容;4)使用过程中固化不完全或固化过度;5)基面不清洁;6)受密封胶中溶剂的侵蚀;7)底涂涂刷不彻底;8)底涂超过保质期。
2 密封胶底涂的选择试验
底涂使用过程中,基面的特性决定了底涂的基本类别,但还需考虑其他各方面的因素与条件,力求选用最合适的底涂。
2.1 分类
目前在工程中应用比较广泛的底涂为反应型底涂,其中最常见的是界面处理剂类、高渗透基面加强类、环氧类。这三类底涂的主要特性见表1。
2.2 三类底涂在不同类型基体上应用的选择试验
从上述三类底涂中各选一种代表性的产品,并在不同类型的基体上施工,最后检测其性能并评价适用性。
材料:界面处理剂类(国外某公司的primer-A);高渗透基面加强类(国内某公司的primer-B);环氧类(国内某公司的primer-C)。密封胶(某国内知名品牌单组分聚氨酯密封胶P/某国外知名品牌单组分聚氨酯密封胶S)。
将以上三种底涂分别涂刷在密实坚固、多孔坚固、密实疏松型的水泥条上(12 mm×12 mm×70 mm)。底涂固化后分别用单组分聚氨酯密封胶P和单组分聚氨酯密封胶S制作成粘结样(胶条为12 mm×12mm×50 mm),进行浸水定伸粘结测试和冷拉热压测试。
2.2.1 浸水定伸粘结测试方法
浸水定伸粘结测试的过程如下:1)将制备好的试件于标准试验条件下放置28 d;2)将试件放入(23±2)℃蒸馏水中浸泡4 d,接着再将试件于标准试验条件下放置1 d;3)将试件装入拉力机夹具内,以5~6mm/min的拉伸速度将试件拉伸至原宽度的100%,然后用相应定位垫块插入已拉伸至规定宽度的试件中并保持24 h;4)试验结束后,用精度为0.5 mm的量具测量每个试件粘结或内聚破坏深度[2]。
2.2.2 冷拉热压测试过程
冷拉热压测试方法如下:1)将制备好的试件于标准试验条件下放置28 d;2)将试件装入拉力机夹具内,拉伸和压缩速度为5~6 mm/min,拉伸压缩幅度为±25%[3]。
第1周:第1天将试件放入(-20±2)℃的低温箱内,3 h后在试验机上相同温度下拉伸试件至要求宽度,并在(-20±2)℃下保持拉伸状态21 h;第2天解除拉伸,将试件放入(70±2)℃的干燥箱内,3 h后在试验机上相同温度下压缩试件至要求宽度,并在(70±2)℃下保持拉伸状态21 h;第3天解除压缩,重复第1天步骤;第4天同第2天步骤;第5—7天解除压缩,试件在不受力状态与标准试验条件下放置。
第2周:重复第1周的步骤。
试验结束后,用精度为0.5 mm的量具测量每个试件粘结或内聚破坏深度。
2.2.3 结果与讨论
在密封胶表面任意位置,如果粘结或内聚破坏深度超过2 mm,则试件为破坏(NG),不超过2 mm为不破坏(OK)。以上每种粘结样各20个,上述两个试验的测试结果见表2—3。
由上述试验结果可得:密实坚固的建筑基体的最佳选择为界面处理剂类底涂;多孔坚固的建筑基体的最佳选择为环氧类底涂;密实疏松的建筑基体的最佳选择为高渗透基面加强类底涂。
3 结论
综上所述,对于单组分聚氨酯密封胶来说,密实坚固的建筑基体最好选择为界面处理剂类底涂,其次为环氧类底涂,但不能使用高渗透基面加强类底涂;多孔坚固的建筑基体最好选择环氧类底涂,其次为高渗透基面加强类底涂,再次为界面处理剂类底涂;密实疏松的建筑基体最好选择高渗透基面加强类底涂,其次为环氧类底涂,但不能选用界面处理剂类底涂。
参考文献
[1]Petrie EM.密封胶与密封胶工艺手册[M].孟声,译.北京:化学工业出版社,2005.
[2]国家质量监督检验检疫总局.GB/T 13477.9—2002建筑密封材料试验方法第9部分:浸水后拉伸粘结性的测定[S].北京:中国标准出版社,2002.
[3]国家质量监督检验检疫总局.GB/T 13477.13—2002建筑密封材料试验方法第13部分:冷拉-热压后拉伸粘结性的测定[S].北京:中国标准出版社,2002.
聚氨酯建筑密封胶 篇2
建筑密封需要根据施工接缝部位的类型和特点选择相应性能等级的密封胶, 密封胶拉伸模量过高, 混凝土接缝变形时易发生界面粘结破坏;密封胶拉伸模量过低, 接缝变形时密封胶本体发生破坏而导致渗漏。众所周知, 聚氨酯建筑密封胶使用环境温度对其拉伸模量有一定的影响, 行业标准JC/T 482—2003《聚氨酯建筑密封胶》施行后, 业内对其拉伸模量测试的关注也越来越多[3], 但关于二者之间确切关系的研究却鲜有报道。找到聚氨酯建筑密封胶拉伸模量与环境温度间的对应关系, 实现该类密封胶在实际使用过程中拉伸模量的预测, 对其应用推广具有重要意义。
本文选取两款低模量聚氨酯建筑密封胶为研究对象, 编号为1# (国内品牌) 、2# (国际知名品牌) , 通过标准温度计准确标定试样位置点环境温度、电子万能拉伸试验机记录相应温度下试样的应力-应变曲线, 研究了聚氨酯建筑密封胶拉伸模量与环境温度之间的关系, 并借助Origin数据分析软件 (8.5版) 对该关系进行拟合分析, 得到二者之间的函数关系方程式, 旨在为实际工程中聚氨酯类密封胶的选用提供指导。
1 实验部分
按照标准GB/T 13477.8—2002《建筑密封材料试验方法第8部分:拉伸粘结性的测定》中的要求[4], 将1#和2#聚氨酯建筑密封胶制成水泥“工”字形试样 (图1) , 水泥砂浆基材尺寸为75 mm×25 mm×12 mm, 水泥块粘结面采用单组分聚氨酯建筑底涂 (性能指标见表1) 进行预处理;密封胶粘结尺寸为50 mm×12mm×12 mm, 密封胶填入空腔前在 (23±2) ℃下预先处理24 h, 避免形成气泡;试样采用A法, 在标准条件[ (23±2) ℃、 (50±5) %相对湿度]下养护28 d后, 进行性能测试。
设定环境温度条件下密封胶拉伸模量的测试借助恒温箱进行, 将待测试样预先在测试温度条件下放置至少4 h后, 采用电子万能拉力试验机将试样拉伸至破坏, 拉伸速率为5~6 mm/min, 记录应力-应变曲线。
由于恒温箱采用双压缩机工作, 制冷组件、热电偶和温度传感器均设于恒温箱边缘, 无均质设备 (温度传递仅依靠空气传热推动力) , 温度传递速度慢, 测试试样位置点温度与设定温度往往存在一定差异, 有必要对待测试样位置点温度进行准确标定。本试验通过在试样附近悬挂标准温度计法, 标定设定温度条件下试样位置点相应的环境温度。恒温箱设定温度分别为-40.0℃、-30.0℃、-20.0℃、0℃和23℃, 恒温至少4 h时后从标准温度计中读出的试样位置点对应的环境温度分别为-27.5℃、-25.3℃、-19.1℃、3.2℃和29.5℃。
2 结果与讨论
聚氨酯弹性体分子主链结构为AB型, A为聚氨酯软段, 由聚酯或聚醚多元醇组成, 呈橡胶态, 提供弹性和低温性能;B为聚氨酯硬段, 由异氰酸酯及扩链剂组成, 呈玻璃态或半结晶态, 提供高温性能[5,6]。软硬段热力学不相容, 形成微相分离结构[7]。因而, 聚氨酯弹性体一般具有两个明显的玻璃化转变温度 (Tg) :一个低于室温, 与软段聚合物多元醇链段的挠性有关;一个高于100℃, 与硬段分子链间氢键热解和范德华力遭到热破坏有关[8]。我们通常测试的聚氨酯拉伸模量与其主链中聚酯或聚醚多元醇软链段的微布朗运动在冷却时被冻结或升温时被解冻产生的Tg有关[9]。
2.1 环境温度对聚氨酯密封胶拉伸模量的影响
不同环境温度 (分别为-27.5℃、-25.3℃、-19.1℃、3.2℃和29.5℃) 条件下, 聚氨酯密封胶的应力-应变曲线见图2。
如图2所示, 聚氨酯密封胶的拉伸模量对环境温度的依赖性很强, 随着环境温度的下降, 1#和2#聚氨酯密封胶的拉伸模量都呈现单调递增趋势。这是因为环境温度越低, 聚氨酯密封胶分子链中聚醚柔性分子链自由体积变小, 分子链运动困难, 链上可内旋转单键比例相对减少, 分子链刚性增大, 拉伸模量增加。
将图2中不同环境温度条件下聚氨酯密封胶应力-应变曲线中, 对应60%和100%伸长率时聚氨酯密封胶拉伸模量的详细数值列于表2。进一步分析表2中的数据可以发现, 环境温度为3.2℃时, 1#和2#聚氨酯密封胶在100%伸长率时的拉伸模量分别为0.275 MPa和0.333 MPa, 如前所述, 聚氨酯密封胶拉伸模量与环境温度存在单调关系, 由此推断1#和2#聚氨酯密封胶标态条件 (23℃) 下拉伸模量均小于0.4 MPa;环境温度为-19.1℃时, 1#和2#聚氨酯密封胶在100%伸长率时的拉伸模量分别为0.441 MPa和0.446 MPa, 小于0.6 MPa。二者均符合标准JC/T482—2003中25LM型聚氨酯密封胶产品的性能要求。
2.2 聚氨酯密封胶拉伸模量与环境温度关系的拟合
借助Origin数据分析软件 (8.5版) 对不同环境温度下条件下聚氨酯密封胶60%和100%伸长率时的拉伸模量数据进行拟合, 得到聚氨酯密封胶拉伸模量随环境温度变化的关系曲线, 见图3。
如图3所示, 1#和2#聚氨酯密封胶在测试温度范围内的拉伸模量与环境温度均符合指数函数关系, 其对应拟合方程如下。1#聚氨酯密封胶60%伸长率时拉伸模量与环境温度的关系方程式为:
1#聚氨酯密封胶100%伸长率时拉伸模量与环境温度的关系方程式为:
2#聚氨酯密封胶60%伸长率时拉伸模量与环境温度的关系方程式为:
2#聚氨酯密封胶100%伸长率时拉伸模量与环境温度的关系方程式为:
2.3 虚拟函数验证
虚拟函数验证试验借助液氮冷却控温箱进行 (采用WK650型高精密度温控仪控温) 。待测试样按标准GB/T 13477.8—2002中的要求制成“工”形试样, 并进行养护;放入 (-20±2) ℃的恒温冷冻箱中冷却至少4 h, 再转入液氮控温测试箱;开启液氮控制开关, 将雾化的液氮直接喷射在待测试样附近, 进行瞬时强制冷却, 使液氮冷却控温箱内的温度降至-30℃以下后, 待其回温至 (-20±2) ℃;再通过液氮阀自调节恒温120 min后进行拉伸模量测试。拉伸速率为5 mm/min, 拉伸试验结果见表3。
如表3所示, 1#聚氨酯密封胶60%和100%伸长率时的拉伸模量分别为0.422 MPa和0.458 MPa, 标定环境温度为-20.0℃;2#聚氨酯密封胶在60%和100%伸长率时的拉伸模量分别为0.369 MPa和0.478 MPa, 标定环境温度为-20.5℃。分别代入相应的拉伸模量和环境温度关系的拟合方程式, 可以得到:1#聚氨酯密封胶在60%和100%伸长率时的环境温度计算值分别为-20.079℃和-20.090℃, 环境温度取平均值-20.085℃, 与标定环境温度值一致 (-20.0℃) ;2#聚氨酯密封胶在60%和100%伸长率时的环境温度计算值分别为-20.482℃和-20.080℃, 环境温度取平均值-20.281℃, 同样与标定环境温度值一致 (-20.5℃) 。上述分析表明, 聚氨酯建筑密封胶在特定伸长率条件下, 拉伸模量与环境温度两者之间的指数函数关系可靠。
3 结语
聚氨酯密封胶拉伸模量随环境温度的下降呈现出单调递增趋势。同时, 聚氨酯密封胶在特定伸长率条件下, 拉伸模量与环境温度之间符合指数函数关系。根据二者之间的关系方程式, 能够推断特定使用温度时聚氨酯密封胶应具备的性能等级要求, 或判断指定聚氨酯密封胶产品能否在目标工程中应用, 从而为实际工程中聚氨酯类密封胶的选用提供指导。
摘要：选取两款低模量聚氨酯建筑密封胶为研究对象, 研究了聚氨酯建筑密封胶拉伸模量与环境温度之间的关系, 并借助Origin数据分析软件对二者之间的关系进行拟合分析。结果表明, 聚氨酯密封胶拉伸模量随使用环境温度的下降而增大, 二者之间满足指数函数关系, 同时给出了相应的指数函数方程式。
关键词：聚氨酯建筑密封胶,拉伸模量,环境温度
参考文献
[1]邵丹丹.常见幕墙用建筑密封胶失败案例分析[J].门窗, 2012 (5) :49-52.
[2]Chiacchiarelli L M, Puri I, Puglia D, et al.Cure kinetics of a highly reactive silica-polyurethane nanocomposite[J].Thermochimica Acta, 2012 (549) :172-178.
[3]全国轻质与装饰修建筑材料标准化技术委员会.JC/T482—2003聚氨酯建筑密封胶[S].北京:中国建材工业出版社, 2003.
[4]全国轻质与装饰修建筑材料标准化技术委员会.GB/T13477—2002建筑密封材料试验方法[S].北京:中国标准出版社, 2002.
[5]王化举, 翁汉元.软链段结构对聚氨酯弹性体胶粘剂性能的影响[J].化学推进剂与高分子材料, 2001 (5) :25-29.
[6]谭晓玲, 杲云, 潘肇琦, 等.软段对水性聚氨酯结构与性能的影响[J].功能高分子学报, 2004, 17 (2) :235-240.
[7]陈晓东, 周南桥, 许佳润, 等.微观镜像分析法在聚氨酯微相分离结构研究中的应用[J].橡胶工业, 2010, 57 (9) :564-570.
[8]周成飞.聚氨酯微相分离研究及其主要进展[J].化工时刊, 2012, 26 (12) :20-26, 35.
单组分聚氨酯密封胶及其应用 篇3
一、单组分聚氨酯密封胶的生产制造
1. 单组分聚氨酯密封胶生产及固化过程
多元醇与多异氰酸酯在一定温度、合适的催化剂作用下，反应生成以多异氰酸酯封端的高分子聚合物：
端多异氰酸酯聚合物在工业上称为预聚体或基胶，将其与合适的填充料、偶联剂、触变剂、稳定剂、浸润剂、增塑剂、催化剂等多种功能性助剂混合就可制成单组分聚氨酯密封胶。单组分聚氨酯密封胶在隔绝空气、一定温度下处于亚稳定状态;借助机器或手动胶枪将其注入接缝缝隙中，其在催化剂的作用下与空气中的水分发生反应而实现化学交联：
在此交联过程中，2个异氰酸酯产生1个二氧化碳，并形成一个脲基交联点。上述过程即为未硫化聚氨酯膏状体(密封胶)，经化学自交联后形成聚氨酯硫化橡胶弹性体。
2. 单组分聚氨酯生产设备与过程控制
生产过程中需要合成反应釜，要求反应釜具有自动真空系统和惰性气体保护系统、自动加料系统、自动升温系统和自动降温系统、自动检测系统。
在聚氨酯预聚体的合成过程以及产品制造过程中，有人将填充物及各种功能性助剂加入其中，直接制成密封胶。此工艺称为一步法，生产效率很低，能耗高，产成品率也较低。
较先进的生产工艺是将反应釜中预聚物输入到真空高速行星搅拌机中，并加入相应的催化剂、增塑剂、填充剂、偶联剂、触变剂等功能性助剂。物料搅拌过程需要在真空状态并充入惰性保护气体的环境下进行。物料混合均匀，经检测合格后，压入料桶，或者直接分装。国外许多工厂采用全自动连续法生产，真空搅拌器采用卧式捏合式推进搅拌，也有立式搅拌器，但其与有机硅真空行星搅拌机有所不同。
二、几种单组分密封材料的应用
1. 高模量单组分聚氨酯密封胶
按照国际标准ISO11600中有关弹性密封胶模量分级，以100%拉伸模量23℃时大于0.4MPa或-20℃时大于0.6MPa为高模量密封胶。在高模量密封胶中，有一些用于填充缝隙;有一些除了填充缝隙功能外，还对两面基材有良好的粘接性，尤其是抗剪切性能良好，具有良好的结构粘接性能。如SSG玻璃装配系统中，弹性结构胶用于玻璃在骨架上的粘接并且具有较高弹性，能适应玻璃自重以及风压、玻璃撞击和惯性脱离时等应力所引起的应变。
2. 低模量单组分聚氨酯密封胶
通常所说的低模量单组分聚氨酯密封胶是按ISO11600所定义的，以100%拉伸模量在23℃时小于0.4MPa或-20℃时小于0.6MPa为低模量密封胶。在产品设计上，它与通常所说的高模量单组分聚氨酯密封胶有很大不同，在国外也只有少数公司能生产。
在混凝土等多孔性材料中，水分可以通过孔隙迁移。在水分向界面迁移的过程中，碱性物质在界面聚集，最后在混凝土接缝等界面处形成相对疏松的石灰质层。密封胶如果模量过高，在混凝土接缝变形过程中，密封胶易于在混凝土接缝界面上发生粘接破坏，因为界面的强度低，而密封胶本体拉伸强度高。如果密封胶本身拉伸强度很低，其在接缝扩张、密封胶被拉伸过程中，本身强度低于界面粘接强度，则不会在界面发生粘接破坏。因此，在混凝土接缝密封中，适宜采用低模量单组分聚氨酯密封胶。另外，低模量单组分聚氨酯密封胶在混凝土和其他建材如石材、矿棉板、保温板、石膏板、铝板等的接缝密封上也具有良好的应用前景。尤其是石材幕墙和石材地坪填缝密封，单组分低模量聚氨酯密封胶对石材有良好粘接性，并且不污染石材，耐磨抗撕裂。单组分低模量聚氨酯密封胶是石材填缝的首选密封胶。
3. 单组分聚氨酯粘合剂
一些单组分聚氨酯膏状体在空气中固化后，其对基材有很高的粘结性，但其延伸率很低，低于100%，通常在20%～60%(GB/T 528或DIN53504)。此类材料为单组分聚氨酯粘合剂，固化后为刚性体，尽管其有一定的韧性。这类单组分聚氨酯粘合剂可直接用于各类相应材料如木材、金属、石材、大多数塑料的刚性固定粘接。在铝门窗幕墙中，结构性粘接如角码与型腔粘接、PVC粘接、石材粘接、蜂窝板粘接等性能优越。
三、混凝土接缝中底涂料的选用
一般情况下，有一定弹性模量的纯聚氨酯密封胶在与基层材料粘接时，多数厂家建议采用底涂料。因为在聚氨酯与基层粘接过程中，基层表面含有吸附的微量水分(尽管肉眼无法看见)，二者会发生化学反应产生二氧化碳。当二氧化碳在界面聚集时，界面产生缺隙，易于发生粘接界面破坏，尤其是基层为非多孔性表面如玻璃、金属、塑料表面时比较明显。
对于混凝土表面，是否用底涂料应视情况而定。混凝土表面如果非常干燥，并且结实、密实、无浮灰，一些低模量聚氨酯密封胶可以不用底涂料。但实际情况往往是混凝土表面含水率较高、基层较为疏松。因此，使用底涂料目的是为了加固界面并增强界面粘接性，同时密封水汽。有关底涂料的选用，可参考表1的相容性试验结果。
注:1) 上述相容性试验均以SJK1907密封胶做粘结剥离试验。2) “+”表示相容性好或可以;“—”表示相容性差。
市场上，通常有底涂料PRIMER和活化剂Activator的称谓，实际上都可以称为打底材料或底涂料。但活化剂Activator通常是一类偶联剂。对于单组分聚氨酯弹性密封胶体系，用于不同基材表面应选用相适宜的底涂料，参见表2。
对于大理石、花岗岩、混凝土地面的接缝，经常上人踩踏甚至上车碾压，为加强界面接合力，使用底涂剂会大大延长其使用寿命。用于经常上人和上车并且接缝宽度较大的地方，密封胶应有较高的耐磨性和抗穿刺性。
四、几点讨论
1. 我国高性能密封胶发展很快，传统的低弹性恢复率油膏占用比例逐步减少。在几大类高性能密封胶中，硅酮密封胶发展很快，而聚氨酯密封胶相对较为缓慢。实际上，在欧美地区硅酮胶和聚氨酯胶用量大致相当，而在建筑工程中聚氨酯密封胶用量大于硅酮密封胶用量。日本有其特殊性，主要采用MS密封胶(即硅烷封端聚醚)。我国聚氨酯密封胶发展缓慢，尤其单组分聚氨酯密封胶相对滞后，笔者认为有如下原因：
注：HM和PRIMER130为专用底涂料，C020M为活化剂。
(1)生产时硅酮胶聚合物可以通用，生产厂商只要添置真空行星混和机即可。而聚氨酯制造技术要求十分高，没有通用的聚合物，生产时必须靠生产厂自身合成预聚体，并且控制过程十分严格。因此，单组分聚氨酯密封胶生产门槛很高，国内生产企业，尤其是能生产建筑用低模量单组分聚氨酯密封胶的极少;而硅酮胶生产门槛相对较低，国内有上百个厂家在生产硅酮胶。
(2)硅酮胶在门窗上成功地替换了传统的油膏，我国近10年来新型型窗大幅度增加，这正是硅酮胶的市场。而聚氨酯的市场主要是在混凝土和多孔性材料的接缝上。我国在建筑中多数采用整体现场浇筑，切割缝隙较少，不像国外那样大量使用挂板墙，而挂板墙的接缝必须用聚氨酯密封。
(3)在建筑防水工程上，许多建筑接缝仍在使用油膏，而这些接缝恰恰应是单组分聚氨酯密封胶的用武之地。
(4)地坪接缝应该使用聚氨酯密封胶，而相当多的工程错误地采用了硅酮胶，这其中的原因既有专业宣传不够、市场没有细分的原因，也有价格上的因素：一些国产硅酮胶价格十分低廉，工程现场人员过度注重价格，而忽视了所用密封胶的有效性。
2. 在建筑防水工程中，阴角缝、伸缩缝、分格缝、沉降缝、施工缝、裂缝、地坪缝、石材干挂缝隙、管根接缝、地漏和落水口接缝等应采用聚氨酯密封胶。尤其是隧道、屋面、卫生间、地下室、市政、高速铁路、高速公路等的伸缩缝，应用聚氨酯密封胶，并且应采用低模量密封胶。
3. 在外墙外保温系统中，保温板之间接缝往往会发生渗漏，于是有涂敷腻子的，有用硅酮胶或丙烯酸密封胶的，等等，这些都是错误的做法;要彻底解决外墙外保温系统的防水问题，在接缝处采用低模量高弹性单组分聚氨酯密封胶是根本解决之道。
4. 在西方国家市场上，建筑密封胶是不加入或很少加入矿物油和矿物填充料的。因为西方国家有法规，要求建筑物实行质量保证期制度。在质量保证期内，如果建筑物某部分功能和部品有问题，开发商或保险公司要向业主赔偿业主的一切损失。美国大部分州实行15年以上质量保证期制度，日本、欧洲实行10年以上质量保证期制度。我国《建设工程质量管理条例》中，规定在2年内或5年内实行保修，即在2年内或5年内出现质量问题，相关单位维修即可。不需要向业主赔付损失。这种法规上的差异性，造成了西方市场上必须采用高品质高性能密封胶。因而一些国际大公司在欧美市场上供应不加入矿物油、没有或极少加入矿物粉料的优质密封胶。而这些国际大公司在中国工厂生产的密封胶产品和一些中国本地工厂一样加入大量矿物油和大量粉料。并且占据中国市场主要份额。因为中国目前实行质量保修期制度，而不是质量保证期制度。我国是否需要制定质量保证期制度值得讨论。
5. 密封胶中加入大量矿物油和矿物粉料时，因矿物油不断向界面迁移造成密封胶在使用一定时间后，模量逐步增大，弹性伸长率降低，甚至变成塑性体，密封功能易于失效。
6. 随着我国境内优秀的聚氨酯原材料制造商的涌现，以及设备制造商的不断改进，我国单组分聚氨酯密封胶制造技术以及市场推广必将上一新的台阶，为改善建筑工程中细部节点防水和接缝密封质量发挥作用。
摘要：本文介绍了单组分聚氨酯密封胶的生产制造及其应用, 分析了单组分聚氨酯密封胶目前在建筑工程中应用较少的原因。
聚氨酯建筑密封胶 篇4
单组分聚氨酯密封胶配方设计和生产过程中,在保证力学强度的前提下,为增加触变性并降低成本,通常需加入无机填料[6]。填料的种类、添加量、表面活化处理方法等,对密封胶的强度、伸长率和硬度等性能有很大的影响[7,8,9]。石英粉具有优异的耐酸耐腐蚀性能,是单组分聚氨酯密封胶常用的填料之一。但由于石英粉与密封胶预聚体存在一定的相容性问题,当石英粉添加量增加到一定数值,就会出现填料难分散、密封胶力学性能下降的问题[7]。本文通过选用不同种类的硅烷偶联剂对石英粉粉体进行表面处理,利用硅烷偶联剂中的活性烷氧基与粉体表面的活性羟基反应,对粉体形成特殊的包覆结构,再将其应用于密封胶的制备,并考察了密封胶的力学性能与石英粉添加量之间的关系。旨在保证聚氨酯密封胶力学性能的前提下,通过改善石英粉粉体与聚氨酯密封胶预聚体间的相容性,进一步降低聚氨酯密封胶的生产成本。
1 实验部分
1.1 主要原材料
聚醚多元醇N220(分子量2 000 g/mol),工业级,上海高桥石化;聚醚多元醇330N(分子量3 000 g/mol),工业级,上海高桥石化;邻苯二甲酸二辛脂(DOP),工业级,上海祁聚化工有限公司;二苯甲烷二异氰酸酯(MDI),工业级,烟台万华聚氨酯股份有限公司;二月桂酸二丁基锡(DBTDL),分析纯,国药集团化学试剂有限公司;恶唑烷类潜固化剂PZ-005,河北朴智伟业防水材料有限公司;800目石英粉,常州市玄远化工有限公司;硅烷偶联剂KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、KH591(γ-巯丙基三甲氧基硅烷)、KH792(N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷),杭州杰西卡化工;分散剂,德谦化工;消泡剂,德谦化工;甲苯,分析纯,国药集团化学试剂有限公司,用前采用4A分子筛除水;二正丁胺,分析纯,国药集团化学试剂有限公司。
1.2 石英粉表面处理
分别采用KH550、KH591、KH792对石英粉进行表面处理。首先,将偶联剂配制成5%(质量分数)的乙醇溶液;将溶液与粉体按1∶2质量比混合均匀,在60℃下搅拌2 h,出料;60℃真空烘箱中真空脱除乙醇,得到的处理后的粉体,用研钵研磨至无结块即可。硅烷偶联剂处理石英粉反应机理,见图1。
1.3 密封胶预聚物的制备
首先将N220、330N、DOP以一定比例加入500m L三口烧瓶中,110~120℃真空脱水1.5~2 h;将体系降温至低于60℃,加入计量好的MDI,于60℃反应0.5 h,升温至80~90℃,反应至NCO含量降至理论值。通过甲苯-二正丁胺法,监测体系中NCO基团含量的变化。
1.4 密封胶的制备
分别将计量好的未经处理或经不同偶联剂处理的石英粉与聚氨酯预聚物,于60℃下搅拌,加入分散剂、消泡剂及潜固化剂,搅拌1 h左右出料,得到单组分聚氨酯密封胶。填料添加详细情况,见表1。
注:不同样品,除填料外,其他添加剂添加量相同。
1.5 试样制备与测试
将制备好的聚氨酯密封胶抹涂于光滑聚乙烯板表面制备成膜,于恒温恒湿箱中养护7 d,养护条件:(23±0.5)℃、相对湿度(50±5)%。再采用冲片机将成膜样品制备成标准哑铃条和直角撕裂条样品。
无机粉体红外光谱测定采用傅里叶变换红外光谱仪,型号Nicolet/Avatar 370,美国Thermo Nicolet公司产品;预聚物异氰酸根含量,采用甲苯-二正丁胺法测定[10];力学性能测试,采用电子万能试验机,型号CMT-4304,深圳新三思材料检测有限公司。
2 分析与讨论
2.1 体系中异氰酸酯含量与反应时间关系
实验通过甲苯-二正丁胺法定量分析体系中NCO含量。如图2所示,随反应时间的延长,体系中NCO含量逐渐降低。当反应时间达到3.5 h时,NCO含量降至预聚物质量的1.8%左右,接近理论值;当反应时间超过3.5 h时,体系中NCO含量几乎不变。说明反应在3.5 h左右后达到终点。
2.2 红外图谱分析
图3所示为KH550、KH591、KH792三种硅烷偶联剂的红外光谱图,三种硅烷偶联剂均在2 800~3 000 cm-1处出现CH3基团的特征吸收峰;在1 100cm-1处出现Si—O键的特征吸收峰 [11]。不同的是,KH550、KH792在3 200~3 600 cm-1 区间出现较强伯胺和仲胺基团的特征吸收峰;KH591在2 564 cm-1 处出现明显的巯基特征吸收峰。
图4所示为石英粉或经不同偶联剂表面处理后的石英粉的红外光谱图。从图中可以看出,经不同偶联剂表面处理后的石英粉均在2 930 cm-1 处出现了明显的CH3吸收峰;未经处理的石英粉则无此吸收峰。说明经偶联剂处理后,石英粉表面包覆上一层有机基团。有机偶联基团中的—NH2或—SH可参与密封胶的固化反应,增加石英粉粉体与密封胶预聚物间的相容性,使石英粉在密封胶体系中分散更均匀。
2.3 力学性能
2.3.1拉伸强度
图5所示为不同偶联剂处理后的石英粉对聚氨酯密封胶拉伸强度的影响。从图中可以看出,当填料添加量较少时,聚氨酯密封胶的拉伸强度随填料添加量的增加而增加。但是,当填料含量超过预聚物质量的80%时,未经偶联剂处理和经KH591处理的石英粉,含量增加会导致聚氨酯密封胶的拉伸强度下降;而经KH550和KH792处理的石英粉,含量增加则聚氨酯密封胶的拉伸强度进一步增加,但增加幅度明显减小。
此外,未经硅烷偶联剂处理的石英粉,制得的聚氨酯密封胶拉伸强度最低;经KH792处理后的石英粉,制得的聚氨酯密封胶拉伸强度最高;经KH591处理后的石英粉,制得的聚氨酯密封胶拉伸强度提高较小,但仍高于未经处理石英粉制得的密封胶的拉伸强度。说明氨基类硅烷偶联剂对石英粉的表面处理,增加了石英粉无机颗粒与有机树脂之间的相容性,有效提升了最终聚氨酯密封胶的综合性能。
2.3.2 断裂伸长率
图6所示为不同偶联剂处理后的石英粉对聚氨酯密封胶断裂伸长率的影响。从图中可以看出,随着体系中填料含量的增加,所有样品的断裂伸长率均呈下降趋势。但是,在同等填料含量情况下,经偶联剂处理后的石英粉制得的聚氨酯密封胶,断裂伸长率明显高于未处理的石英粉制得的聚氨酯密封胶;并且,随着填料含量的增加,经偶联剂处理后的石英粉制得的聚氨酯密封胶断裂伸长率下降幅度相对较小。
此外,经KH792处理后的石英粉,制得的聚氨酯密封胶断裂伸长率最高,综合性能最优。
2.3.3 撕裂强度
图7所示为不同偶联剂处理后的石英粉对聚氨酯密封胶撕裂强度的影响。从图中可以看出,随着体系中填料含量的增加,未经偶联剂处理的石英粉和经KH591、KH550处理的石英粉,制得的聚氨酯密封胶撕裂强度出现先增加后下降的现象;而经KH792处理的石英粉,制得的聚氨酯密封胶撕裂强度撕裂强度始终保持上升趋势,只是上升幅度越来越小。这一结果与拉伸强度的变化趋势是一致的。
填料颗粒可阻止裂纹破坏的发展,因此,随着体系中填料含量的增加,聚氨酯密封胶的撕裂强度有所增加;但当填料含量增加至一定数值,由于相容性问题,可能带来填料分散不均的问题,导致最终聚氨酯密封胶的撕裂强度反而下降。而经KH792处理的石英粉制得的聚氨酯密封胶,在填料含量不超过100%时,几乎未出现撕裂强度下降的情况,综合性能最优。
总体来说,经过偶联剂表面处理的石英粉制得的聚氨酯密封胶撕裂强度,要优于未处理的石英粉制得密封胶的撕裂强度。上述结果再次证明了硅烷偶联剂处理石英粉能够改善聚氨酯密封胶的性能。
2.3.4 硬度
硬度测试结果如表2所示。分析表2中的数据可以发现,随着体系中填料含量的增加,所有样品的硬度均增加。偶联剂处理对密封胶样品的硬度影响不大。这是因为一般材料的硬度与填料含量呈正相关性,而与填料表面性质关系不大。
3 结论
聚醚多元醇N220和330N与异氰酸酯MDI以及增塑剂DOP,于80℃下反应3.5 h,制备得到密封胶预聚物;再分别加入石英粉或经三种不同偶联剂处理的石英粉、分散剂、消泡剂等,制得单组分聚氨酯密封胶。通过扫描粉体的红外图谱,确定偶联剂较好地包覆在了石英粉粉体表面。进行力学性能测试,发现硅烷偶联剂处理能够有效改善石英粉与聚氨酯密封胶体系的相容性,表现为最终聚氨酯密封胶产品拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度的提高。但偶联剂处理与否,对最终密封胶产品的硬度影响不大。
摘要：聚氨酯密封胶预聚物采用聚醚多元醇N220、330N,异氰酸酯MDI,增塑剂DOP合成得到;通过甲苯-二正丁胺法监测反应体系中异氰酸根含量,反应终点条件为80℃反应3.5 h左右。对密封胶作力学性能测试,发现硅烷偶联剂处理能够有效改善填料与密封胶体系的相容性,表现为最终密封胶产品拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度的提高。但偶联剂处理与否,对密封胶的硬度影响不大。
聚氨酯建筑密封胶 篇5
南水北调工程是我国计划兴建的超大型跨流域调水工程,全程调水线路从南至北途经鄂、豫、冀、苏、鲁、京、津等7个省市,调水距离长达1 000多km。鉴于用途的重要性和地理位置的特殊性,工程全部采用现浇混凝土结构,又因施工段均在北方,气候条件复杂,所以工程对材料的要求相当严格。由于工程的引水渠全部为现浇封闭混凝土结构,每间隔15 m需预留一条宽3 cm的伸缩缝,伸缩缝内外均要用密封胶嵌填。
本工程伸缩缝要求所用的密封胶具有良好的触变性,固化前不流挂、不脱落,与混凝土粘结性良好,具有较好的耐水性与柔软性,不会在使用过程中在粘结界面处出现脱落,在温度变化时不会因不能及时变形而出现开裂。由于施工周期长,要求密封胶在不同的温度条件(-10~40℃)下都具有良好的施工性。
针对本工程的特点,通过选择聚醚多元醇的种类及调整不同型号聚醚多元醇的比例,选用合适的增塑剂及触变剂,制备出性能完全满足南水北调工程设计要求的单组分湿气固化聚氨酯密封胶。
2 实验过程
2.1 主要原料
二羟基聚醚(N220)、三羟基聚醚(N330):天津高桥石化公司化工三厂,工业品;甲苯二异氰酸酯(TDI):日本进口,工业品;3-异氰酸酯基丙基二乙氧基硅烷:东芝有机硅有限公司,工业品;氢化蓖麻油:翰林化工有限责任公司,工业品;蒙脱土:浙江丰虹黏土有限公司,工业品;有机膨润土,浙江华特化工有限公司,工业品;二月桂酸二丁基锡:北京化工二厂,化学纯;邻苯二甲酸二辛酯(DOP):齐鲁化工厂,工业品;癸二酸丙二醇酯(PPS/MCA):上海至鑫化工有限公司,工业品;滑石粉:广西科隆粉体有限公司,工业品;气相二氧化硅,广州吉必盛科技实业有限公司,工业品;T-5触变剂:自制(将LJM-85型胶体磨温度设置为100℃,待温度达到设定值后,开启转子,转速为3 000 r/min。把质量比为1∶10的氢化蓖麻油和蒙脱土混合料放入料筒,高速剪切分散混合物2 h,制得触变剂T-5)。
2.2 密封胶的基本配方
实验中密封胶的基本配方如表1所示。
2.3 合成方法
在三口烧瓶中,按比例加入聚醚N220、聚醚N330、增塑剂,搅拌、脱水。慢慢加入TDI,在70℃的条件下反应3 h,冷却至室温,得到浅黄色透明黏稠的预聚物。将预先干燥的滑石粉、催化剂等加入预聚体中,搅拌均匀,脱去气泡,置于密闭容器中备用,最后制成各种测试所需的样条。
2.4 性能测试
密封胶100%模量按GB/T 13477.8—2002《建筑密封材料试验方法第8部分》的要求,在WDT-10万能拉力试验机(深圳市凯利机械有限公司产)中进行测试;密封胶断裂伸长率按GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》的要求,同样在万能拉力试验机中进行测试,拉伸速度为500 mm/min;密封胶挤出性按GB/T 13477.4—2002《建筑密封材料试验方法第4部分》的要求,分别在-20℃、-10℃、0℃及5℃条件下放置24 h后,进行测试。
下垂度按国家标准和南水北调工程实际情况两种要求进行测试:1)按GB/T 13477.6—2002《建筑密封材料试验方法第6部分》进行测试,测试温度分别为-20℃、5℃、23℃、40℃、50℃及70℃;2)按工程实际情况测试:将制备好的样胶注入30 mm×30mm×500 mm开口朝下的模具中,并在-20℃、5℃、23℃、40℃、50℃及70℃的干燥箱或低温箱内放置24h,然后将样胶快速注入缝隙中,表面用刮刀抹平,放置12 h后观察缝隙内密封胶脱落情况。
表干时间、-20℃低温柔性、弹性恢复率、浸水后100%定伸粘结性能分别按GB/T 13477.5—2002《建筑密封材料试验方法》相应部分进行测试。
3 结果与讨论
3.1 聚醚多元醇对密封胶力学性能的影响
聚氨酯密封胶的100%模量及断裂伸长率反映出密封胶的柔软性,具有低100%模量和高断裂伸长率的聚氨酯密封胶柔软性良好。聚氨酯密封胶预聚体的聚合过程主要是—NCO与—OH的反应。当—NCO与—OH物质的量的比在适当的范围时,聚氨酯的性能在一定程度上取决于所选用聚醚多元醇的分子结构。聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量可以反映出预聚体中软段与硬段的相对含量。聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量越大,预聚体主链中软段含量则越高,所制备的单组分聚氨酯密封胶也就越软[1],如图1所示。
从图1可以看出:聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量为500时,密封胶的100%模量和断裂伸长率分别为1.8 MPa和300%。随着聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量增大,聚氨酯密封胶的100%模量单调递减,断裂伸长率则单调递增。当聚醚多元醇单位羟基平均相对分子质量为2 000时,密封胶的100%模量和断裂伸率分别为0.8 MPa和610%,并且具有较好的弹性恢复率。
通过以上分析可以看出,聚氨酯密封胶宜采用聚醚N220和聚醚N330按一定的配比进行制备。在保持预聚体—NCO与—OH比相同的情况下,两种聚醚的投料比对产品力学性能的影响见图2。
从图2中可以看出:随着N330含量的增加,密封胶的100%模量单调递增,断裂伸长率单调递减。当wN330/wN220为0.5时,密封胶的100%模量为0.2MPa,断裂伸长率达到1 000%,此时密封胶具有良好的柔软性。
3.2 触变剂对密封胶性能的影响
3.2.1 触变剂对力学性能影响
不同类型的触变剂对聚氨酯密封胶力学性能有不同的影响。表2为添加量为2%时不同类型的触变剂对密封胶力学性能的影响。
从表2可以看出:添加触变剂后密封胶的100%模量升高,断裂伸长率降低。添加2%的气相二氧化硅后,密封胶的100%模量提高至0.72 MPa。由于纳米粒子的尺寸效应,二氧化硅加入聚氨酯密封胶中易团聚,难以分散。同时由于二氧化硅易吸水,导致聚氨酯密封胶的模量上升,产品易凝胶,外观变差。添加2%的T-5触变剂后密封胶具有良好的柔软性,100%模量和断裂伸长率分别为0.29 MPa和720%。
3.2.2 触变剂对抗下垂性能的影响
南水北调工程的伸缩缝较宽,因此要求所用的密封胶具有良好的抗下垂性能。密封胶在未固化前要防止脱落,尤其是立面伸缩缝隙和天沟伸缩缝施工的密封胶,要求具有更高的抗下垂性能,且抗下垂性能不随温度的变化而变化。表3为按照GB/T 13477.6—2002测试的,使用不同触变剂的密封胶的下垂性能;表4为按照工程实际情况测试的,使用不同触变剂的密封胶的下垂性能。
从表3、表4中可以看出:有机触变剂的触变性随温度的变化而变化。氢化蓖麻油在5℃以下时表现出良好的抗下垂性,当温度为40℃时则不具备抗下垂性。无机触变剂和T-5触变剂体现出良好的温度适应性,随着温度的变化,抗下垂性能变化较小,只有温度达到50℃时,伸缩缝才会下端鼓起。所以说,无机触变剂及T-5触变剂对宽伸缩缝具有良好的施工性能及温度适应性。
3.3 增塑剂对低温施工性能的影响
南水北调工程施工周期长,施工温度跨幅极大(从低于-10℃到超过30℃),因此要求所用的密封胶在不同温度条件下均可施工。表5为不同温度条件下,不同增塑剂对挤出性能的影响。
从表5中可以看出:密封胶的挤出性随施工环境温度的降低而降低,最后难以挤出。不同增塑剂的密封胶随温度的变化体现出不同的性能。聚酯类增塑剂具有良好的抗寒性能[2],能在-20℃条件下保持良好的施工性能,挤出质量为80 g。
4 结语
调整聚醚wN330/wN220为0.5、n—NCO/n—OH为2∶1、预聚体含量为35%,选用PPS/MCA为增塑剂、T-5为触变剂,制备出的单组分湿气固化型聚氨酯密封胶具有良好的综合性能。其表干时间为40 min,弹性恢复率为90%,-20℃低温柔性合格,弹性恢复率及浸水后100%定伸粘结性能合格,100%模量为0.29 MPa,断裂伸长率为720%,低温条件下具有良好的挤出性,高温条件下具有良好的抗下垂性能,可以满足南水北调工程中伸缩缝用密封胶的要求,具有良好的密封防水效果。
摘要：以聚醚多元醇、TDI、增塑剂为主要原料合成预聚体,添加滑石粉、触变剂、填料和其他助剂,研制出符合南水北调工程要求的低模量高触变单组分聚氨酯密封胶。探讨了聚醚多元醇、触变剂、增塑剂对密封胶施工性能的影响。
关键词：聚氨酯密封胶,低模量,高触变,南水北调工程
参考文献
[1]李绍雄,刘益军.聚氨酯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社,2002.
聚氨酯建筑密封胶 篇6
1 试验部分
1.1 原料和主要试剂
纳米Si O2:舟山明日纳米材料厂;2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI):化学纯,日本三井公司;聚醚N220(聚氧化丙烯二醇):羟值52~60 mg KOH/g、聚醚N330(聚氧化丙烯三醇):羟值54~58 mg KOH/g,南京金陵石油化工二厂;γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550):南京曙光化工厂;N-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(Y9669):GE公司;重质碳酸钙、纳米活性碳酸钙:工业品;扩链剂(MOCA)、增塑剂、催化剂:试剂级。
1.2 纳米Si O2的改性
在通有N2保护的反应装置中,加入适量的纳米Si O2,用甲苯稀释后搅拌,超声波分散15 min,加入适量的TDI,超声分散后,机械搅拌加热,使反应温度在80℃左右,反应2 h后,再加入适量的聚醚,继续反应1 h,制得改性的纳米Si O2悬浮液。取部分纳米Si O2悬浮液离心分离,丙酮洗涤3次,晾干后,80℃真空干燥8 h,制得改性的纳米Si O2粉体。测试用纳米Si O2再索氏提取8 h,常温干燥后,80℃真空干燥8 h。
1.3 纳米Si O2/聚氨酯预聚体的制备
将聚醚(N220,N330)在密封反应器中于120℃真空干燥4h,降温后分别将未改性纳米Si O2粉体、改性的纳米Si O2悬浮液和改性的纳米Si O2粉体分别按不同的比例加入到反应器中,搅拌分散均匀后,依次加入化学计量的TDI、催化剂、扩链剂等,保持温度80℃反应2~3 h,待—NCO达到预定比例,加入适量的硅烷偶联剂,搅拌反应后降温,制得SPUR预聚体。
1.4 纳米Si O2/聚氨酯密封胶的制备
所有填料在120℃下烘干6~8 h后,将预聚体、填料、催化剂、增塑剂和其它助剂按照配方加入到反应釜中,真空行星双轴搅拌机混合均匀后装入铝管中密封存放。其中未添加纳米Si O2的记为0#PUS,添加未改性的纳米Si O2、改性的纳米Si O2悬浮液和改性的纳米Si O2粉体的密封胶分别记为1#PUS、2#PUS和3#PUS。
2 分析测试
2.1 结构分析测试
用TE1730型傅立叶红外光谱仪(IR)分别对改性前后的纳米Si O2进行表征(KBr压片)。
2.2 纳米粒子的分散性测试
利用纳米Si O2粒子在不同极性溶剂中的沉降时间来表征纳米粒子在溶液中的分散状态。并用粒度分析仪对改性前后纳米Si O2在乙醇溶液中的粒度进行测试,进一步考察纳米粒子的分散性。
沉降时间的测试方法为[4]:在20 m L比色管中(外贴刻度)分别加入适量的纳米粉体和溶剂,使溶液的高度为10 mm,充分振荡、混合后,竖直放在比色管架上,观察粉体的沉降高度。沉降至一定高度的时间越长,说明纳米粒子在溶剂中的分散性越好、颗粒间越不易团聚。
2.3 密封胶性能测试
预聚体NCO基含量按GJB 2614—1996《甲苯二异氰酸酯规范》进行测试,密封胶的拉伸强度、伸长率按GB/T 528—1998《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行测试,邵氏硬度按GB/T 531—1999《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》进行测试。
3 结果与讨论
3.1 改性前后纳米Si O2的红外光谱分析
纳米Si O2粉体在水和空气的作用下形成表面硅羟基结构,羟基与TDI中的—NCO反应,从而实现在纳米表面接枝有机物。其反应机理如图1所示。图2为改性前后Si O2粉体的红外光谱。
由图2可见,未改性纳米Si O2的红外吸收光谱中,3436cm-1吸收峰是H—O反对称振动峰;1101 cm-1处是Si—O—Si的反对称伸缩峰;804 cm-1对应Si—O键的对称伸缩振动。谱线b与a相比,Si—OH弯曲振动吸收、Si—O键的对称伸缩振动峰明显减弱,1101 cm-1处Si—O—Si的反对称伸缩峰由于部分表面的被覆,吸收峰减弱变细,且在2351 cm-1处出现了异氰酸酯的特征吸收峰。另外,在3400~3500 cm-1间的吸收峰变强变宽,这是因为接枝的有机物中存在有N—H和O—H,虽然粒子表面O—H基团减少,但N—H和O—H仍有吸收峰。
3.2 改性前后纳米Si O2的分散性比较
3.2.1 改性前后纳米Si O2在乙酸乙酯中的分散性
以乙酸乙酯为溶剂,分别称取0.2 g改性前后纳米Si O2作沉降性试验。纳米Si O2的沉降高度随时间变化的曲线如图3所示。
由图3可见,未改性纳米Si O2在2 h内全部沉降到比色管底部,而改性纳米Si O2静止20 h后仅沉降1/3。改性后纳米Si O2粒子在乙酸乙酯溶液中的分散性明显提高,纳米粒子表面有机物的接枝在一定程度上降低了纳米粒子之间的作用力和粒子的表面能,减少了粒子间的团聚,故能更好地分散于有机溶剂中。
3.2.2 改性前后纳米Si O2粉体在乙醇中的粒度分布
由于粒度分析仪是通过光学原理测试,粉末粒径的测试结果与样品的形状、所用分散剂、溶剂、分散方式有很大关联,本试验选择乙醇溶液,超声波分散30 s,不另加分散剂,以定性比较改性前后纳米Si O2的团聚情况。分别取适量改性前后的纳米Si O2粉体加入乙醇溶液,搅拌均匀,超声分散30 s,设定样品折射率为1.533,测定溶液中粒子的粒径分布。图4、图5分别为改性前、后的纳米Si O2在乙醇中的粒度分布曲线。
图5中改性后纳米Si O2的粒径分布较改性前粒径分布要集中均匀,在111 nm处有最大峰,D50=144 nm。而改性前纳米Si O2粒径分布有2个峰,分别在93 nm、358 nm处,D50=152nm,未改性的纳米Si O2在乙醇中有部分团聚,在300~400 nm间有较多分布。
3.3 改性前后纳米Si O2对PUS性能的影响(见表1)
注:纳米Si O2占密封胶质量的5%
由表1可见,与0#PUS相比,2#、3#PUS的拉伸强度、断裂伸长率、邵A硬度和抗下垂性都有不同程度的提高,达到了同时增强、增韧的效果。
1#PUS的断裂伸长率变差,主要是因为未改性的纳米Si O2粉体直接添加到密封胶中时,Si O2粉体难以在密封胶中均匀分散,同时与有机基体的相容性也较差。2#PUS相对于0#PUS密封胶,拉伸强度提高73%,伸长率提高41%,邵A硬度提高72%,密封胶的下垂性为0。2#PUS是将改性的纳米Si O2悬浮液直接加入到聚醚中原位聚合法制备密封胶,避免了纳米粒子干燥时的再团聚和再分散问题,既保证了纳米粒子良好的分散性又能与密封胶基体紧密地结合绞缠一起,当受到外力作用时,在无机和有机基料的界面区间形成适度的应力转移,提高了密封胶的硬度和拉伸强度[4]。相对于2#PUS,3#PUS的性能稍差,可能是因为纳米粒子经改性制成粉末过程中有再团聚的倾向和纳米粉体加入到聚醚中需再分散,两步骤降低了改性后纳米粒子原有的良好分散性,故相对于0#PUS、3#PUS的性能有一定的提高,但不及2#PUS。
3.4 纳米Si O2添加量对PUS性能的影响
改变2#密封胶中纳米Si O2的含量,改性后纳米Si O2的添加量对密封胶性能的影响见表2。
由表2可以看出,随着纳米Si O2在密封胶中用量的增加,密封胶的拉伸强度、断裂伸长率、硬度均增大,但纳米Si O2的添加量并不是越大越好,其对PUS的力学性能的改进有一个最佳添加量。当纳米Si O2的添加量达到10%时,虽然密封胶的拉伸强度、邵A硬度仍有所增加,但其断裂伸长率反而下降,这是由于随着纳米Si O2添加量的增大,纳米Si O2与PUS的缠绕增加,交联度增大,同时分散性降低,界面作用力下降,从而导致材料力学性能降低。另外,密封胶的黏度增大,挤出性降低,外观性能变差,影响密封胶的施工性能。
4 结论
(1)红外光谱分析表明,纳米Si O2表面成功接枝上TDI和PPG,TDI缩合PPG接枝改性纳米Si O2是改善纳米Si O2粒子分散性的有效方法。
(2)原位聚合法制备纳米Si O2/聚氨酯密封胶,纳米Si O2的添加量在5%左右时综合性能最佳,密封胶的拉伸强度、断裂伸长率和邵A硬度比未添加纳米Si O2的密封胶分别提高73%、41%和72%左右,同时达到增强和增韧的效果。改性后纳米Si O2粉体制备的聚氨酯密封胶的性能也在一定程度上有所提高。
参考文献
[1]欧玉春.刚性粒子填充聚合物的增强增韧与界面相结构[J].高分子材料科学与工程,1998,14(2):12-16.
[2]张以河,付绍云,李国耀,等.聚合物基纳米复合材料的增强增韧机理[J].高技术通讯,2004(5):99-105.
[3]王斌.高分子对无机纳米粒子的表面改性研究[D].北京:清华大学,2005.
[4]高濂,孙静,刘阳桥.纳米粉体的分散及表面改性[M].北京:化学工业出版社,2003:172-180.
[5]Robert L,Katherine M,Ezio R,et al.Modification of kaolinite by surface polymerization[J].Polymer International,1992,28:19-26.
聚氨酯建筑密封胶 篇7
汉中龙岗大桥位于陕西省汉中市, 横跨汉江, 由中国中铁大桥局六公司承建, 是汉中市西二环道路建设整体规划中沟通南北两岸的关键工程, 也是汉中市标志性建筑之一, 对改善汉中投资环境, 促进区域经济协调发展, 加快汉中城市化进程具有十分重要的意义。该桥全长1 022 m, 其中桥梁段长713 m (主桥部分555 m、引桥部分158 m) 、南北引线长309 m, 桥面宽40 m, 主桥部分为三塔斜拉-自锚式悬索组合, 集斜拉桥、悬索桥、钢混叠合梁桥和混凝土连续梁桥四种桥型于一身, 整体设计新颖、造型独特, 是亚洲首座三塔斜拉-自锚式悬索组合体系桥, 极富现代化气息, 建成后的龙岗大桥荣获国家优质工程奖殊荣。整体桥梁设计效果见图1。
龙岗大桥整体结构设计复杂, 主要由主塔斜拉索体系段和自锚式悬索体系段组成, 其中主塔斜拉索体系段为独塔斜拉双索面结构, 自锚式悬索体系段为自锚式悬索结合斜拉背索结构。斜拉索体系段和悬索体系段虽位于梁体外部, 但保护措施比较完善, 索体部分都能得到很好的保护。而二者体系段的过渡部分位于副塔上部, 通过锚室进行密封防护, 由于大桥锚室保护措施较少, 且暴露于外部沿江环境, 直接与大气接触, 极易遭受雨水冲刷, 雨水沿斜拉索流入锚室, 造成积水问题, 从而产生腐蚀, 致使其成为整体桥梁防护体系中的薄弱环节[1]。
2 密封防护方案
常见的锚室密封防护方案主要有以下几种:1) 灌注油脂或沥青材料;2) 使用发泡聚氨酯密封;3) 使用非硫化密封胶密封, 各方案优缺点见表1。其中方案3) 是目前较为常用的锚室密封防护方案。非硫化密封胶为均匀膏状物, 具有优异的耐低温性能, 且水汽渗透率低, 可在连续伸缩、震动及温度变化的情况下保持良好的气密性和防水性能。但是由于此类密封胶在锚室内始终保持非固化的黏稠状态, 随着时间的推移易产生渗漏, 造成桥面的污染, 而且其密度较大, 增加锚室负担;另一方面, 此类密封胶价格较高, 若用于整个锚室填充, 性价比不高。
随着对重视环保问题的重视, 需要不断开发新型环保材料, 淘汰传统落后产品, 促使密封行业不断向安全、绿色、环保等方向发展。在汉中龙岗大桥副塔上端锚室的密封防护施工中, 采用新型环保密封防护体系, 使用环保型聚氨酯灌注胶作为主要密封材料[2,3,4,5], 主要性能指标见表2[6,7,8,9,10,11,12]。新型环保型聚氨酯灌注胶, 端基为硅氧烷改性聚氨酯, 使胶不仅具有聚氨酯优良的耐磨性、粘接性、耐油性和对基材良好的粘附性等优点, 而且还具备有机硅的安全无毒、无污染、使用寿命长等特点, 不含游离的异氰酸酯;另一方面, 在施工过程中通过加入橡胶颗粒, 一旦聚氨酯灌注胶完全固化后, 就可以与橡胶颗粒形成完整的交联网状结构, 对锚室能起到更好的密封防护作用[13,14,15]。
3 密封防护施工
汉中龙岗大桥副塔上端锚室密封防护施工工艺:清理表面浮尘、污渍→底层高流淌聚氨酯灌注胶施工→中层聚氨酯灌注胶添加橡胶颗粒施工→上层高流淌聚氨酯灌注胶施工→封口接缝焊接处密封接缝→质量检验和记录。具体施工示意见图2。
3.1 清理浮尘、污渍
为了提高聚氨酯灌注胶与钢结构间的粘结强度, 在施工前需对钢结构表面和接缝处进行清理。对于局部难以清理的污渍, 需采用乙醇、二甲苯等化工溶剂进行清理;对于已焊接完成的锚室内部密闭空间, 可适当采用手动鼓风机清理浮尘。
3.2 聚氨酯灌注胶施工
为了提高施工效率, 达到良好的密封防护效果, 充分利用聚氨酯灌注胶的优良性能, 在进行副塔上端锚室的灌注胶施工时, 分成底层、中层、上层3部分进行。
3.2.1 底层聚氨酯灌注胶施工
对于锚室内的底层位置, 可直接灌注高流淌性聚氨酯灌注胶, 使胶液能完全充满锚室内底层位置。锚室内底层部位接缝处, 由于其容易老化锈蚀、致使渗漏, 因此在该部位施工时, 一定要做到聚氨酯灌注胶的充分流淌, 使其完全充满锚室底部位置。锚室底层聚氨酯灌注胶施工, 见图3。
3.2.2 中部位置聚氨酯灌注胶施工
在锚室内中部位置进行灌注施工时, 需要加入一定量的橡胶颗粒, 主要目的是为了在聚氨酯灌注胶完全固化后, 能形成良好的弹性网状结构, 从而提高密封防护效果;另一方面, 由于橡胶颗粒的成本较低, 可在一定程度上降低施工成本。
具体调配工艺:在聚氨酯灌注胶进行调配搅拌时, 逐步加入橡胶颗粒, 使其充分搅拌均匀。调配比例 (质量比) 为聚氨酯灌注胶∶橡胶颗粒= (5~10) ∶ (1~3) , 具体用量可根据锚室的体积大小、参考成本因素, 选择合适的比例。若锚室体积过大, 可酌情增加橡胶颗粒;但在实际施工过程中, 橡胶颗粒不能加入过多, 否则会降低灌注胶的有效成分, 影响最终的固化效果, 致使性能下降, 并导致使用寿命缩短。
锚室内中部位置聚氨酯灌注胶施工工艺同底层, 在完成这一步灌注胶施工后, 要将锚室进行密封, 仅在其上端留一个小口, 以便上层高流淌性聚氨酯灌注胶的施工。
锚室中层聚氨酯灌注胶的调配和施工, 见图4。
3.2.3 上层聚氨酯灌注胶施工
对于锚室内上层空间位置, 采用与底部位置相同的高流淌性聚氨酯灌注胶密封。由于锚室上端空间较大, 因此在实际施工过程中, 不可以直接灌注施工, 否则会造成聚氨酯灌注胶溢出, 污染桥面, 这时锚室内中层施工后预留的小孔就显得很有必要。
聚氨酯灌注胶为硅烷改性产品, 其固化机理为湿气固化。所以在锚室密封防护施工完成后, 聚氨酯灌注胶在锚室内的密闭空间内, 可以充分利用锚室内部残存的少量湿气进行固化, 不仅可在一定程度上去除锚室内部湿气, 保护钢结构、减缓锈蚀, 而且还可以在桥梁的长期使用过程中, 抵制外部环境湿气的入侵, 起到保护桥梁的作用。
3.3 锚室外部封口接缝处密封胶施工
为了防止雨水和空气锈蚀钢结构, 在聚氨酯灌注胶施工结束后, 需将锚室进行密封处理。锚室钢结构的密封接缝采用聚氨酯密封胶进行, 过程中采用胶枪和刮刀配合施工, 做到刮涂均匀、外观规整, 避免产生气泡和空鼓。锚室的密封效果, 见图5。
3.4 质量检验和记录
为保证副塔上端锚室密封防护施工质量, 在整个施工过程中需做好质量检验和记录, 严格把握施工过程中的各个环节, 控制施工用聚氨酯灌注胶产品质量符合相关标准要求, 并检查灌注施工情况和固化性能, 做好记录。每次施工要有完整的施工检验记录, 以便于施工质量控制。
4 结语
相对于整座桥梁施工, 锚室的密封防护施工只是很小的一部分, 但为确保桥梁质量的百年大计, 任何微小的地方都需重视, 保证每一步施工质量。由于桥梁锚室长期处于大气环境中, 不断经受温、湿度变化, 且内部空间较大, 极易产生雨水侵蚀, 对整个索体造成伤害。在汉中龙岗大桥副塔上端锚室的密封防护施工中, 采用新型环保型聚氨酯灌注胶代替传统非硫化密封胶, 能在锚室内与橡胶颗粒形成完整的弹性网络结构, 使其充分填充锚室内部空间, 有效防止雨水的侵蚀, 并对锚室和索体起到良好的密封防护效果, 值得推广使用。
摘要：以陕西汉中龙岗大桥为例, 介绍其副塔上端锚室密封防护施工方案, 重点阐述了环保材料的使用和施工工艺的改进。在工程施工中, 采用环保型聚氨酯灌注胶代替传统非硫化密封胶, 性能优良, 能起到优异的密封防护效果。