涂料配方（共4篇）
涂料配方 篇1
一般情况下, 对于一个环氧树脂的分子来说, 它的相对分子质量都不高, 并且至少有两个有机高分子化合物存在于其中, 在分子链的环状结构、分子链的中端或者末端都可能存在环氧基团, 环氧树脂的分子结构中含有活泼的环氧基团, 并以此作为它的特征, 环氧树脂的分子可与多种类型的固化剂发生交联反应形成高聚物, 这种高聚物具有三向网状结构。
环氧粉末涂料具有众多的优良性质, 首先这种涂料没有污染, 适应社会大众的需求, 并且它流平性好, 涂膜坚固, 熔融黏度低, 省去了底漆涂膜的麻烦, 其次这种涂料具备较好的力学性能, 无论是耐腐蚀性、贮藏稳定性、耐化学药品性和反应活性都比较好, 此外, 涂料的配色好, 并且拥有广泛的固化剂选择范围。此涂料的主体为:脂肪族环氧树脂、改性环氧树脂、线性酚醛树脂和双酚A型环氧树脂, 这些主体先是于一定的温度下混炼, 然后待其冷却, 再进行粉碎。
1 环氧树脂膜的性能
1.1 环氧树脂膜的玻璃化温度
所谓的玻璃化温度是指高聚物由高弹态转变为玻璃态或者由玻璃态转变为高弹态的温度, 也是无定型聚合物大分子链段在自由运动时的最低温度, 在这个最低温度以下, 高聚物呈现脆性, 而相反的情况下, 高聚物表现出弹性。而对于环氧树脂膜来说, 它的玻璃化温度则是影响膜的内应力和粘结力的重要结构因素, 保持强的“ 湿态”粘结力, 保证了当腐蚀介质 ( 包括水分子) 浸渍时的需要, 并且环氧树脂膜还拥有较强的防止腐蚀介质穿透能力。
1.2 环氧树脂膜的防介质渗透能力
浓度差会引起的水分的净移动, 也就产生了渗透, 并且, 由溶质引起的渗透压大小与溶质分子或离子的数目多少成正比, 而环氧树脂膜是具有防介质渗透能力的, 要确定环氧树脂膜的防介质渗透能力大小, 就要从外界因素影响、环氧树脂膜的化学结构和由渗透介质溶度参数与膜内各组分溶度参数决定的形态结构进行分析。
1.3 环氧树脂膜的粘弹性
粘弹性是指聚合物在加工过程中, 在不同条件下表现出固体和液体的性质, 聚合物在加工过程中通常经历了一个由固体变为液体、再从液体变固体的过程, 所以要制备的环氧树脂模具有比较满意的粘弹性及物理机械性, 可依据固化剂用量对膜粘弹性参数的影响来调整适当的固化剂品种和用量, 几个相对比较重要的粘弹性参数为:玻璃化温度、橡胶态弹性模量和橡胶态交联密度。
1.4 环氧树脂膜的耐化学药品性
脂肪族经基存在于环氧树脂分子中, 一般情况下, 它具有一定的亲水性, 有助于水分子积集或穿过膜内, 膜的防水性因此而降低, 并且一般来说, 可被腐蚀介质破坏的化学键及极性基团都要被避免存在于膜内。
2 环氧树脂涂料配方设计
2.1 溶剂的挥发速度
溶剂是制备涂料的媒介物, 只有当溶剂的挥发速度被恰当地控制时, 涂膜的优异性能才能得到保证, 作为媒介物的溶剂可以使施工粘度得到调节, 溶剂的挥发, 对涂膜的性能有很大的影响, 确定溶剂品种的关键技术之一就是溶剂的挥发速度, 所以溶剂在施工结束后要以适合的速度释放, 有机溶剂的挥发速度与它的沸点和表面张力成反比。
2.2 固化剂和固化速度
对于固化剂的选择, 应考虑的因素有两点, 一是固化剂的固化反应性, 二是分子结构特点。无论是对于粘接剂、涂料还是浇注料来说, 固化剂都是必不可少的添加物, 若是缺乏这项添加物, 环氧树脂就不能固化。
2.3 颜填料的功能
对于颜填料的选择, 要根据涂料的应用而定, 云母和滑石粉可增强涂膜的耐化学药品性和提高物理机械性;对于耐光和热介质条件, 易选用氧化锌和云母氧化铁;关于防酸碱介质条件, 颜填料可选择沉淀硫酸钡和氧化铁红等。较小的颜填料体积浓度, 就会使粒子间距离较大, 所以涂膜防介质渗透能力就较强, 将临界粒子距离概念引人涂膜内, 然而若是涂膜内粒子间距离相对于临界粒子距离而言较低, 就会在涂膜内形成有利于介质渗透的毛细管。
3 助剂
助剂是聚合物进行成型加工时添加的一些化合物, 其目的是为改善其加工性能或树脂本身性能的不足, 助剂对于塑料成型加工是很重要的, 对于环氧树脂涂料而言, 助剂是生产、贮存及施工过程中不可缺少的重要组成部分, 因为助剂的使用, 才可以获得性能更加优异的环氧树脂涂料, 它们在涂料中发挥着特效功能, 所以说应充分利用各种助剂对涂料以及最终涂膜性能的作用。但是, 助剂的使用也有一定的要求, 它应当能够较好的相溶于被添加的合成树脂, 并且不渗析、不挥发、不迁移, 而且要能良好的适应加工条件, 在加工成型的过程中能够较为容易的分散均匀。并且, 助剂按其作用机理, 可分为增韧剂、流变调节剂、表面活性剂、固化促进剂和贮存稳定剂等, 在使用时应当有针对性地选用各种助剂。
4 结语
众所周知, 由于环氧树脂涂料具有诸多优异的性能, 比如说它拥有缓蚀和电化学作用, 这是由它的性质决定的, 对腐蚀介质来说, 环氧树脂涂料形成的涂膜不仅仅有屏蔽作用, 而且可以使被保护金属钝化, 所以作为防护涂料品种之一的环氧树脂涂料, 现如今已被人们广泛采用, 并且环氧树脂涂料还具有另外一个特性, 是其它涂料所不具备的, 因为它形成的涂膜有优异的“湿态”粘结力, 而且环氧树脂涂料还有特殊的防护效能。
摘要：本文首先介绍了有关环氧树脂的基本知识, 然后再从环氧树脂的性能出发, 综合分析溶剂、固化剂以及颜填料这三方因素, 最终解决了环氧树脂涂料的配方设计问题。
关键词：环氧树脂,涂料,配方设计
参考文献
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[3]杨士勇, 李海艳, 王德生.一种含硅有机胺环氧树脂固化剂.中国专利.C08G59/50:1583816, 2005-02-23.
涂料配方 篇2
关键词：粉末涂料,颜填料,调色
0 引言
粉末涂料是一种不含挥发组分的成膜物质 (常称无溶剂涂料) , 是以空气为分散介质进行涂装的粉体物质。因其具有节约资源、减少污染、施工工艺简单、涂膜性能优良等优点, 受到了人们的重视。由于粉末涂料在组分、生产工艺、施工工艺等方面与溶剂型涂料截然不同[1], 加上固体组分分散的困难和施工时的高温烘烤, 使得颜色调配问题在粉末涂料中显得特别重要。据一些厂家反映, 粉末涂料生产中的调色问题, 是厂家及时向客户交货、延误生产工期的一大阻障。因此, 本文就怎样准确、快速地根据客户提供的色板或色卡来调配其颜色及在粉末涂料配方中合理经济地使用颜填料提出一些处理办法。
1 调色及调色方法
颜色具有三种主要性质, 即色调、亮度和纯度或称饱和度, 并以此来准确确定颜色[2]。两种颜色, 如果色调、亮度和纯度相同, 则其颜色完全一样;如果这三种参数中稍有不同, 颜色就不一样。所有的颜色可分为两类, 即消色与彩色。白色和所有的中性灰直到黑色属于消色。消色类的区别在于亮度, 即反射的光量。消色以外的其余颜色都属彩色。同样色调的物体被不同亮度的白光照射时, 颜色就显得不同, 这种区别不在色调而在于颜色的亮度上。一定色调的彩色有强弱之分, 从强到弱可以看作同种颜色, 若用不同数量的消色类颜色, 白色或中性灰色以至黑色予以冲淡, 则形成的系列颜色纯度或称饱和度便有区别。凡与中性灰色差别小的颜色称为弱饱和的, 凡差别大即很少或不含消色的色彩则称为饱和的。
就配色而言, 生产涂料进行的配色, 一般是采用减色配色法, 即在几种颜料混合而得到新颜色颜料的过程中, 混合料中的每一种颜料都会从照射到这个混合颜料的白色光线中减去一定波长范围的光线和一定数量的光能。可见光线的波长稍有不同, 颜色便不一样, 人眼对它们的感觉也会不一样。
红、黄、蓝称为三原色, 是形成各种颜色的基础。如黄加蓝成绿, 红加蓝成紫, 红加黄成橙, 而橙、绿、紫又称为间色。如用间色与间色相混配, 或原色、间色、再间色之间混配, 则能调配出十分丰富的色彩。图1是减色法配色的示意图, 圆心相对的两种颜料属于互补色。以适当的比例来混合互补颜色的颜料并不能得到白色, 而实际得到的是深灰色, 这是由于反射不出足够的光能。图1减色法配色图圆圈的四周列出了许多颜料, 将两种不是互补色的颜料混合, 得到的颜色将介于这两种颜料之间, 这种相应的混合色可以从连结两者较短的圆弧上找到。如果将两种颜料连以直线, 则直线离圆心越近, 得到的颜色越暗。当按照用户提供的色板或色卡来配制颜色时, 通常可采用以下步骤来进行。
(1) 对色板的观察与分析
对色板仔细观察, 弄清楚该色板的颜色中含有几种单色 (主色和辅色) 及颜色的鲜艳或暗淡程度。弄清楚该色板是粉末涂料, 还是溶剂型涂料, 及用户所提供样板的制造时间、保存情况等影响涂膜颜色的诸多因素。
(2) 调配颜色
根据对色板主、辅色的观察, 初步拟出各种颜料的配比用量, 取少许比例的混合颜色植物油进行配色, 在平滑的白瓷板上将配色涂膜与客户色板进行仔细比较 (在色调、亮度、饱和度上) , 发现差异再定量地调整配比, 继续调色, 反复多次进行, 直到与客户色板颜色完全相同为止, 记录下各种颜料的配比。再按颜料的遮盖力强弱和颜料的PVC值定出该色的粉末涂料的配方, 并将其打制成粉末涂料小样色板, 验正颜色的可靠性。若还存在差异, 则判别颜色在哪种性质上存在差异, 再进行微调色, 直至达到客户的要求。
在配色过程中, 有两点需注意:一是使用遮盖力强的颜料时, 特别是调配浅复色时, 不要将着色力强的颜料一次加入量过多, 并在比色前一定要充分搅拌均匀;二是要估计到烘烤后产生的色差及树脂本身所带的黄色相产生的影响, 要找出其间的规律, 准确判断并加以消除。
2 配方中颜填料的设计
粉末涂料的品种虽然很多, 但其涂膜性能的外观要求通常为颜色、遮盖力、光泽度和平整状态等, 其中涂膜的颜色、遮盖力和光泽度等与涂料中所采用的颜填料有着密切的关系。颜料能赋予涂膜各种美丽鲜艳的色彩, 填料可降低粉末涂料成本, 增强涂膜机械性能。因此, 在设计各色粉末涂料配方时, 除了正确使用好树脂、颜填料和助剂的比例关系外, 还要十分注意颜料的选取, 尽量使用那些粒度细、分散性能好、着色力高、耐高温的颜料[3]。一般认为, 粉末涂料中颜料的粒度小、含量低, 它所形成的涂膜装饰性好、颜色鲜艳、光泽高、涂膜平整光滑;反之, 如果颜料含量高、粒度大, 那么所形成的涂膜粗糙, 呈半光或无光状态。
在设计粉末涂料配方的颜填料用量时, 有两个很重要的参数, 一是颜填料/基料, 简称颜基比, 由颜填料的重量百分数对树脂重量百分数的重量比来表示;二是颜填料体积浓度 (简称PVC值) , 可按下式计算。
选择适当的颜基比, 对确定粉末涂料的原始配方是非常有用的。例如, 就一般高光泽粉末涂料而言, 颜基比以0.5~4之间为宜。粉末涂料中的PVC值与涂膜的光泽有一定的关系, 大体可划分如下: (1) 无光涂料, PVC值在40%以上; (2) 半光涂料, PVC值在20%~40%之间; (3) 高光涂料, PVC值在20%以下。但是这个幅度并不能代表所有类型的产品, 其之间也无明显界线。选用不同树脂, 其临界PVC值也不同, 如就聚酯、环氧、丙烯酸树脂三种粉末涂料而言, 其临界PVC值为聚酯树脂>环氧>丙烯酸。以钛白颜料为例, 在聚酯中可高达40%, 在丙烯酸树脂中只有20%, 但从光泽来看, 丙烯酸>聚酯>环氧。涂膜中颜填料的PVC值必须低于临界体积浓度, 这样才能使涂膜的机械性、耐候性等性能得到满足。若颜填料用量过高, 通过曝晒和其它作用会造成涂膜早期破坏, 而颜填料用量过低, 对机械性能和耐光性能也不利。因此, 就粉末涂料来说, 不能完全依赖增加PVC值来实现消光。因为这样做不仅会使涂膜性能下降, 而且涂膜的熔融流动性差, 以使涂膜难以形成完整的连续膜。因此要得到经济、理想的无光或半光粉末涂料, 除在粉末涂料配方中考虑PVC值外, 还必须加入少量消光剂。表1列出了常用各色粉末涂料中树脂与颜料的比例, 表2列出了一些高光、半光、无光粉末涂料的配方。
参考文献
[1]陈安迪, 陈振发.粉末涂料与涂装技术[M].安徽:安徽科学技术出版社, 2002.
[2]黄子新.涂料结构学[M].北京:北航大学出版社, 2003.
涂料配方 篇3
红外高发射率涂料是一种具有良好热辐射性能的涂料,涂覆在燃烧器或加热器表面能够增大热辐射在热传递过程中的比例,强化热传递,起到节能降耗的作用。该涂料目前已广泛应用在石油化工、冶金、玻璃、陶瓷等工业领域并获得了很好的节能效果。目前制备出来的红外涂料其发射率普遍还比较低,因此进一步研究涂料配方中高发射率填料和耐高温粘结剂对涂料辐射性能的影响方式,开发出具有较好辐射性能的涂料配方就显得相当重要。
通常涂料配方中原料种类比较多,为了判断和确定配方中各种原料对涂料目标性能的影响大小以及具体的影响方式,如果进行全面试验,需要的试验量很大,因此很有必要使用科学的试验设计方法,用相对较少的试验量获得尽量多的有用信息,从而分析和确定出涂料优化配方。红外涂料主要由高发射率填料和粘结剂组成,其中填料对涂料的辐射性能影响最大,因此本文采用配方均匀设计方法先对填料制备过程中使用到的原料进行定量研究,得到填料发射率发生变化的数学模型,为进一步深入研究不同种类粘结剂对涂料辐射性能的影响方式奠定基础。
1 配方均匀设计的理论基础
配方设计在材料、化工、食品、制药等领域中的作用十分重要,如果希望寻求优化配方,就需要进行配方设计。假设某种产品由s种原料M1,…,Ms组成或合成,各种原料在产品中的质量分数分别为X1,…,Xs,且满足关系式X1≥0,…,Xs≥0,X1+…+Xs=1。这s种原料的试验范围是单纯型Ts,如要比较n种不同的配方,那么这些配方就必须对应试验范围Ts中的n个点。
配方均匀设计方法是由王元和方开泰于1990年提出的,其主要思想是通过使用逆变换算法将所选择的n种试验配方尽可能均匀地分布在试验范围Ts内,减少试验量的同时获得尽量多的有用信息。具体设计方案可按如下步骤获得:
(1)确定原料种数s和配方数n,根据对应的均匀设计表查出生成向量(h1,h2,...,hs-1),并由该生成向量产生均匀设计表Un*(ns-1)或Un(ns-1),用{qki}表示设计表Un*(ns-1)或Un(ns-1)中的元素;
(2)对设计表中每个qki,计算
(3)计算
{Xki}对应n和s的配方均匀设计,并用UMn(ns)表示。
当原料仅有三种的时候,即s=3时,对应的UMn(n3)有如下简单形式:
2 高发射率填料配方设计与结果分析
试验选用过渡金属氧化物Fe2O3,MnO2,CuO制备高发射率填料,参考相关资料将三种原料的组成(质量百分含量)限定在0.70≤Fe2O3≤0.90,0.05≤MnO2≤0.15,0.05≤CuO≤0.15。由于原料X1(Fe2O3)含量较高,如果将原料X2(MnO2),X3(CuO)在试验范围T3内作为独立变量选择均匀设计表,并用X1=1-X2-X3给出X1所占的比例,上述设计方案将重点考虑X2和X3,设计的实验均匀性不一定会很好,因此,采用相应地数学变换来获得均匀设计方案:
令{(ck1,ck2),k=1,2,...,n}为C2中的一组分散均匀的点集,通过变换X1,X2,X3可以获得单纯形T3上的一组点。由公式(4)可知{(ck1,ck2)}应满足如下关系式:
由ck1,ck2所决定的区域D如图1所示,4条曲线相交的部分即为区域D,该区域落在矩形R=(0.01,0.09)*(0.25,0.75)之中。如果在矩形R中能够获得一个均匀设计,那么落入D区域内的点可以视为在D上的一个均匀设计,通过数学变换即可获得满足要求的设计方案。取n=21,参考均匀设计表U*21(217)使用表,选用表U*21(217)的第1和第5列进行相应设计,获得具体试验方案(表1),图1矩形区域中圆点为设计点。
将上述3种原料按表1所示试验方案经称量混合后在1 300℃下反应并保温5 h,自然冷却后所得到的粉体经过研磨后测试其在80℃时的法向全发射率,结果见表1。由表1可以看出第1组配方的法向全发射率最大,其红外辐射性能最好。
为了进一步调整和优化配方,对上述试验结果进行多元线性回归分析,回归方程设为:
将试验数据代入回归方程,从自变量X1,X2,X3和因变量Y的8组观测值出发,用最小二乘法求出a0,a1,a2,a3的估计值,使得下列表达式中的Q达到最小。
经最小二乘法计算,得到多元线性回归方程为:
该回归方程的统计量F值、p值、残差平方和、标准差、多重相关系数、信噪比分别为16.50,0.006 3,6.335E-004,0.011,0.727 9,10.906。由回归方程系数可以看出Fe203的含量对样品法向全发射率的影响较大,而Mn02、CuO的含量对其影响则较小,且两者所产生的效果相当。
为了验证回归方程的适用情况,选取了试验范围T3内的其他5个组成点进行试验,试验结果表明,按新组成点制备出的填料粉体其法向全发射率数值与预测值相当,说明该回归方程适用性较好,可以作为高发射率填料制备的数学模型用来选择合适的原料组成区域,具体验证结果见表2。
3 结语
采用配方均匀设计方法,对红外涂料中使用的高发射率填料进行了配方设计,并获得了数学模型,经试验验证,获得的数学模型适用性较好。利用该数学模型,选用发射率在某一固定值处的多个组成点或是某一范围内的多个组成点来制备填料,然后使用这些填料进行试验,就可以分析出粘结剂种类和使用量对红外涂料辐射性能的影响方式,并能最终确定出优化的涂料配方组成。
参考文献
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涂料配方 篇4
本课题是根据铁道部科技司于2007年4月5日发布的科技基函[2005]101号《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》修订稿的要求,而进行高速铁路专用高强度聚氨酯防水涂料的研制。同时提出高强度聚氨酯防水涂料配方设计的一些基本思路和依据,试图对行业研究人员的开发研究工作提供参考。
1 试验
1.1 主要原料
聚醚220、聚醚3050、聚醚330N,工业级,上海高桥石化公司;甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯,工业级,进口;3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)、邻苯二甲酸二丁酯、氯化石蜡、消泡剂,工业级,上海台安工程实业有限公司;辛酸亚锡,工业级,上海诺泰化工有限公司;滑石粉,工业级,上海双达化工有限公司。
1.2 高强度聚氨酯防水涂料制备工艺
聚氨酯预聚体组分的合成:在四口烧瓶中加入聚醚220、聚醚3050,减压至-0.09 MPa,加热到(120±2)℃,真空脱水1h。然后降温至70℃左右,一次或分步加入二异氰酸酯,温度控制在(83±2)℃,反应2~3 h。反应完成后,降温并真空脱泡30 min,出料,即得聚氨酯预聚体,简称A组分。
固化剂组分的制备:在四口烧瓶中加入聚醚330N、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷、氯化石蜡、滑石粉,搅拌分散均匀,加热到(120±2)℃,减压至-0.09 MPa,真空脱水1 h。然后降温,加入邻苯二甲酸二丁酯、辛酸亚锡、消泡剂,混合分散,待降至室温后出料,即得固化剂组分,简称B组分。
1.3 性能测试
拉伸性能、固含量按GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》测试;动态力学性能采用DMA 2242C动态力学热分析仪(德国NETZSCH公司)测试。
2 结果与讨论
2.1 设计配方的基本思路与依据
双组分聚氨酯涂料一般可采用m(A组分)∶m(B组分)为1∶1、1∶2、1∶3等不同配比来进行2个组分的混合。为使A组分的—NCO与B组分的—OH、—NH2等反应基团基本等当量反应,以获取最大的交联程度,需按不同的配比要求计算并确定生产配方,这在实际操作中有所不便,而且实际生产配方往往是通过范围较大的配比试验来获取,费时费力。而高强度聚氨酯防水涂料对于A、B组分的匹配要求更高,得到双组分配比的设计基准更加重要。
为配方设计提供依据,提出一个概念——单位基团当量,其定义为:各组分单位质量中参与反应的基团当量,单位:当量/g。
单位基团当量设计计算公式:
其中:系数1.07表示考虑到纯度及与水等副反应的额外消耗所需的二异氰酸酯追加用量系数。
该概念是对原有的计算公式[3]进行改进并明确其意义:可以通过计算单位质量物料的反应基团含量,来获取不同组分反应基团的当量配比,并在此基础上进行配方试验,以此成为配方设计的基准和理论依据。
2.2 单位基团当量的配比对拉伸性能的影响
当A组分与B组分的单位基团当量为等当量时,理论上A、B组分中的反应基团恰好完全反应,涂膜的拉伸性能应该达到最佳。然而聚氨酯A、B组分的反应常会偏离理论设计。我们设计了1组试验来研究A、B组分的单位基团当量配比对于涂膜拉伸性能的影响,并探讨其规律。制备了单位基团当量分别为0.0015/g、0.0017/g和0.0027/g的A组分及单位基团当量分别为0.0015/g和0.0023/g的B组分,混合成膜后测试其拉伸性能,结果见表1。
试验结果表明,当A组分的单位基团当量与B组分等当量时所测得的拉伸强度和断裂伸长率要优于B组分单位基团当量过量时。而当A组分的单位基团当量相对于B组分略微过量时拉伸性能更佳。
为了验证这一结果,又设计了1组A组分聚氨酯预聚体与固化剂3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)不同配比下的试验,配比见表2。涂膜拉伸性能见图1、图2。
由图1和图2可知,当MOCA的—NH2与聚氨酯预聚体的—NCO接近等当量时,涂膜的拉伸强度和断裂伸长率明显高于MOCA的—NH2当量过量时涂膜的性能。同时当聚氨酯的—NCO当量略微过量时,涂膜的拉伸强度和断裂伸长率都优于等当量时的性能。由此得出双组分聚氨酯防水涂料配方设计时,A组分单位基团当量应略大于B组分的单位基团当量。
2.3 高强度聚氨酯防水涂料的DMA曲线与拉伸曲线分析
高强度聚氨酯防水涂料配方设计中最重要的是A组分中聚氨酯树脂的结构,为此,对配制的聚氨酯防水涂膜进行了低温区与高温区的DMA分析,结果如图3、图4所示。
从聚氨酯在低温区及高温区的DMA分析可知,聚氨酯出现2个玻璃化转变,说明聚氨酯是两相结构。但从转变峰信息分析,低温转变组分为连续相(其转变峰值相对较高),故聚氨酯在常温下总体上为高弹态,即高弹态为连续相,这一点也进一步从拉伸曲线上得到证实,即试样的力学状态处在高弹态。从以下典型的高强度聚氨酯防水涂料拉伸曲线反映的信息可推断出结构与性能的关系,并为聚氨酯树脂的配方设计提供重要的依据。分别制取了高模量及低模量聚氨酯防水涂料,其拉伸性能对比分别见表3、表4。
表3反映出高模量聚氨酯的高强度主要由高模量所保证。该类材料的聚氨酯树脂部分刚性相对较大,对应了配方设计中的过量二异氰酸酯与固化剂反应所得分子质量小的极性、刚性分子,由于其密度极大的极性氨酯键,导致材料拉伸时首先作出响应的是该部分组分,故而高模量特征明显。
表4虽然显示试样的拉伸模量较低,但断裂延伸率较大,显示出高强度主要由聚氨酯树脂的高延伸性所保证。该类树脂的聚氨酯树脂部分弹性相对较大,对应了配方设计中的交联聚氨酯长链部分占相当比例。
由以上分析可知,高模量与高延伸性是聚氨酯防水涂料具有高强度的保证。在高弹态下(无应变软化),要制得高强度聚氨酯防水涂料既要保证较高的模量,又要具有高延伸性(高弹性)。对于拉伸力作用,首先作出响应的是聚氨酯预聚体中的原子价键,体现为模量值。这时,这种价键的极性和刚性及其在聚氨酯中的比值就显得非常重要。之后进一步作出响应的是大分子链的取向伸直,柔性分子链较长及适度交联能提供高伸长率,之后进一步拉伸直至价键的断裂。
通用聚氨酯防水涂料的特征是高延伸、低强度,即未考虑或难于协调配方中的较小分子与较大分子(长链分子)的比例。由此高性能聚氨酯防水涂料的聚氨酯树脂设计要注重既有刚性、极性基团密度高的较小分子成分,又有分子量足够大的具有交联结构的大分子链成分,且要保证二者之间有一个恰当的比值。
2.4 A组分聚氨酯预聚体合成工艺的研究
依照以上的研究结果,要得到高强度、高延伸性的聚氨酯防水涂料,在配方设计中必须考虑使A组分中二异氰酸酯过量,以便过量的二异氰酸酯与B组分的固化剂反应以增加防水涂膜的刚性和极性,这样必然使A组分的—NCO/—OH值远大于2,一般该比值需达到4~5。为了保证能制得高摩尔质量的聚氨酯预聚体,采取二异氰酸酯分步加入的方法,可以兼顾A组分中高摩尔质量的聚氨酯预聚体和异氰酸酯同存。分别设计了二异氰酸酯一步加入和分步加入的方法制备A组分,并在相同配方下比较两者性能的差异,结果见表5。
试验结果显示,分步加入法的拉伸性能优于一步加入法。
围绕以上思路和试验结果,将A组分的配方设计要点总结为:(1)—NCO/—OH值远大于2;(2)选用官能度大于2的高分子量聚醚;(3)TDI与MDI拼用;(4)合成分步进行。具体解释如下:
(1)—NCO/—OH值大于2能保证多余的二异氰酸酯以单体形式存在于A组分中,它能与固化剂反应生成较小分子以提供足够的刚性、极性而获取材料的高模量。
(2)选用高分子量的3官能团聚醚与聚醚二元醇拼用以获得分子量足够大的、且为支化结构的聚氨酯预聚体,同时考虑两者的协调。
(3)聚氨酯预聚体的合成以使用TDI为主,因为TDI的反应活性高于MDI。而单体形式以MDI为主,因为MDI的刚性更大。
(4)聚氨酯合成中二异氰酸酯的加入以分步加入的方法进行,这样可保证A组分在生成所期望结构的聚氨酯预聚体基础上含有过量单体,否则若一次性加入则难以保证聚氨酯预聚体分子链足够长。
2.5 典型产品的主要性能指标
所研制的典型高强度聚氨酯防水涂料由上海市建筑材料及构件质量监督检测站测试,性能及其与标准对比见表6。
注:(1)铁道部科技基函[2005]101号《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》修订稿。
3 结论
(1)提出“单位基团当量”这一概念,作为设计配方的依据,并证明A、B组分接近等当量且A组分单位基团当量略微过量时,性能最佳。
(2)预聚体的配方设计应使—NCO/—OH值远大于2,合成中二异氰酸酯分步加入,所制得的双组分聚氨酯防水涂料的综合力学性能较好。
(3)采用优化的配方及制备方法制备出双组分聚氨酯防水涂料,其性能特征为高强度、高延伸、无溶剂,属高性能环保产品。经权威部门检测,性能达到并超过“客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件”中所规定的指标。
摘要：进行了高铁用高强度无溶剂聚氨酯防水涂料配方设计、制备工艺和性能的研究,提出以“单位基团当量”这一概念作为配方设计的依据,并分析了高强度聚氨酯防水涂料性能与结构的关系。研究结果表明,双组分聚氨酯防水涂料配方设计时,A组分的单位基团当量应略大于B组分的单位基团当量;A组分中—NCO/—OH值应远大于2;聚氨酯预聚体合成中的二异氰酸酯以分步加入为宜,如此能使聚氨酯防水涂料既有较高的模量,又具有高弹性,最终体现出高强度。
关键词：高强度聚氨酯防水涂料,配方设计,单位基团当量,制备工艺
参考文献
[1]陈迺昌.铁道客运专线混凝土桥面聚脲防护涂料的性能分析和评价[J].新型建筑材料,2009(8):72-76.
[2]褚建军,康杰分,沈春林.高铁客运专线桥梁用高强度聚氨酯防水涂料的研制[J].新型建筑材料,2008(7):49-52.