聚氨酯齐聚物

聚氨酯齐聚物（共4篇）

聚氨酯齐聚物 篇1

引言

复鞣是指对已鞣制的革坯进行再鞣制的操作。皮革制品在复鞣前经过鞣制加工,已具备了皮革的基本性能,而后序的复鞣操作则可在此基础上进一步提升成品革的性能,并赋予其不同的风格特征。复鞣不仅可以增加成革的化学稳定性、改善柔软性、缩小部位差、有助于染色均匀等,而且还可赋予皮革某些特殊性能。因此,复鞣被现代制革业誉为“点金术”,其重要性不言而喻[1]。

制革工业常用的复鞣剂有无机和有机2大类。有机类的复鞣剂品种相对较多,有天然植物类如落叶松栲胶、橡椀栲胶等,合成树脂类如三聚氰胺和双氰胺等,醛类主要为戊二醛,聚合物类有丙烯酸树脂复鞣剂、聚氨酯复鞣剂等。水性聚氨酯复鞣剂是通过多异氰酸酯与多元醇的反应,生成含有—NCO端的预聚物,然后加入含亲水基的扩链剂(封端剂)进一步扩链(封端)反应,而制得的一类聚合物复鞣填充材料。一方面它通过分子链上的不同官能团与皮胶原中的金属盐及皮胶原肽链发生相互作用,另一方面它利用自身的大分子体积效应,沉淀填充在皮胶原纤维之间,从而实现对皮革的复鞣填充,并且通过分子设计,还可使其获得匀染、助染的特性[2,3]。聚氨酯复鞣剂分子链中的氨基甲酸酯(—NH2—COO—)结构,同天然皮革皮胶原肽链的酰胺(—NH2CO—)结构相似,用其复鞣不仅能保持皮革的天然手感和粒面效果,而且可赋予皮革优异的柔韧性[4,5,6]。

已有研究表明[7,8,9],在丙烯酸树脂中聚氨酯支链的引入可有效避免丙烯酸树脂所面临的“败色”等问题,若能同时通过醛基的引入,则有可能改善皮革因复鞣后所带来的耐湿热稳定性能下降问题。

本文中对P(AA-PU-CA)共聚物进行复鞣应用,研究了共聚物对皮革增厚率、染色性、柔软丰满性等的影响,并探讨了相应的作用机理。

1 试验部分

1.1 原料及试剂

P(AA-PU-CA)共聚物溶液Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,自制,合成过程见文献[10];

碳酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠,AR,广东化学试剂工程技术研究开发中心;

甲酸,AR,广东汕头市西陇化工厂;

染料Black NR,工业品,佛山市南海区黄岐吉鑫染料有限公司;

800R皮革加脂剂,工业品,江门市华天龙贸易有限公司;

蓝湿革,四川德赛尔化工实业有限公司提供。

1.2 复鞣工艺

(1)中和

a)取样,称重,选点测量厚度。

b)水150%(35℃),甲酸钠1.0%,小苏打0.8%。

小苏打、甲酸钠分别以1∶10温水溶解后,分3次加入,间隔15min,然后转动45min,pH值为6.0左右,排液。

(2)复鞣、染色、加脂、固定

a)复鞣水150%(40℃),加入一定量的P(AA-PU-CA)复鞣剂(加入前调整P(AA-PU-CA)的pH值为6.0),转动2h。

b)染色加Black NR 2%,转动1h。

c)加脂加入800-R加脂剂6%,转1h。

d)固定分3次加入甲酸0.5%,每隔15min,加完后再转1h,调pH值为3.6,水洗、出鼓。

1.3 测试及表征

1.3.1 增厚率测定

由于皮样存在部位差,在测量皮样厚度时分别在背脊部(A)、中间部位(B)和腹肷部(C)取3个点进行测量,然后取平均值记为d1(mm),复鞣后在同样的位置进行测量取平均值记为d2(mm),皮样的增厚率计算公式如下:

1.3.2 部位差率测定

复鞣过程中背脊部位和腹肷部位对复鞣剂的吸收状况不同,复鞣前后两者的部位差率计算公式:A部位3个点测定的平均值为d3(mm),C部位3个点测定的平均值为d4(mm)。

1.3.3 复鞣后粒面状况表征

采用1210万像素Canon相机(IXUS100 IS),在微焦模式下对共聚物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ复鞣后的革坯进行拍照对比。

1.3.4 皮革柔软度测定

手动测厚仪使其2个测量面相距一定距离,放入皮样后慢慢调动测厚仪,使其上测量面刚刚接触皮样的粒面,放下测厚仪手动阀并同时计时,测定皮样达到稳定时所用的时间,每个皮样取3个点,位置如上图2所示,取平均值。

1.3.5 染料吸收率测定

用蒸馏水配置一定浓度的Black NR溶液,用30%的Na OH调节pH=8.5,用紫外分光光度计测定其紫外吸收光谱(见图3)。

用同样方法配置一系列不同浓度的Black NR溶液,调节pH=8.5后测定其在600nm处的吸光度,并将各浓度的吸光度进行线性拟合,建立吸光度-浓度函数关系式,见图4。

1.3.6 皮革耐碱性能测定

用浓度为0.1mol/L的磷酸二氢钠(pH=4.0)与浓度为0.1mol/L的磷酸氢二钠(pH=9.2)配置pH=8.5的缓冲溶液,将共聚物复鞣后的皮样在15℃下浸泡12h,取出清洗后置于石蜡浴中,测定皮革的热收缩温度。

2 结果与讨论

2.1 P(AA-PU-CA)共聚物组成对皮样复鞣填充增厚性能的影响

聚合物分子具有一定的体积效应,经分散填充在纤维间,可使皮革表现出整体增厚效应。但由于制革原料皮中不同部位的组织结构有所差异,有的部位纤维束较粗,编织比较紧密,成革强度较高,而有的部位则纤维束较细小,编织疏松,皮层较薄,因此不同部位对聚合物的吸收渗透能力不同。纤维间隙较大有利于聚合物的渗透填充,分散吸附在纤维束之间,增厚效果较为明显,反之增厚效应较弱,表现出一定的选择填充性。表2列出了3种P(AA-PU-CA)共聚物对皮革增厚填充性能的差异。

由表2数据可以看出:从皮样的背脊部到腹肷部方向,整体表现出选择填充性能的增强趋势。共聚物Ⅱ鞣制前后A部位增厚8.5%,C部位增厚11.8%;同样共聚物Ⅲ的A部位增厚11.1%,C部位增厚12.2%;共聚物Ⅳ的A部位增厚15.5%,C部位增厚17.7%。3种P(AA-PU-CA)共聚物对改善皮革部位差率效果为:共聚物Ⅱ>共聚物Ⅲ>共聚物Ⅳ;共聚物对皮革整体增厚率效果为:共聚物Ⅳ>共聚物Ⅲ>共聚物Ⅱ。这些差异性与聚合物分子结构密切相关。

通过测量黏度,整体比较了P(AA-PU-CA)共聚物分子质量的大小为:共聚物Ⅱ>共聚物Ⅲ>共聚物Ⅳ。分子质量较大的聚合物在向皮革内部渗透过程中要比小分子困难的多,但一旦深入进去,由于分子体积较大,产生的增厚效应要比小分子明显的多。同时在P(AA-PU-CA)共聚物中,丙烯酸组分含量增加时,共聚物中解离的羧酸根含量会随之增加,在渗透过程中与皮胶原产生的作用加强,渗透过程变得困难。因此,共聚物P(AA-PU-CA)对皮革的整体增厚率随着丙烯酸组分的减少而增加,共聚物Ⅱ为10.1%,而共聚物Ⅳ则达到16.3%。

除共聚物的组成会对皮革填充增厚性能产生影响之外,共聚物的加入量也会对增厚性产生不同的影响。图5研究了不同用量的共聚物Ⅳ对蓝湿革复鞣时,增厚率的差异。从图中可以看出,随着共聚物用量的增加,皮革增厚率也随之增大。很显然,共聚物浓度增大时其在皮革内外的浓度差增大,共聚物向皮内渗透的量增加,使得进入皮革内部的共聚物量增大,增厚率随之增加。

2.2 P(AA-PU-CA)共聚物对粒面状况的影响

革坯复鞣后粒面状况的好坏在一定程度上体现了复鞣剂在皮革中的渗透情况。丙烯酸树脂复鞣剂由于其中的羧基在渗透过程中会与带正电性的铬离子产生络合,往往导致在革坯表面过多沉积络合,造成粒面变粗,革坯发绿,甚至产生脱鞣现象。从图6照片可以看出:共聚物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ复鞣后,革坯粒纹都很细腻,没有变粗现象。这是因为非离子型聚氨酯大单体组分中的聚氧乙烯醚链段,对其中的羧基形成一定的空间保护,能有效减弱丙烯酸树脂组分与皮胶原物质聚电解质以及铬离子间的相互作用,从而帮助P(AA-PU-CA)共聚物在皮革内部很好地渗透。

2.3 P(AA-PU-CA)共聚物对皮革柔软度的影响

同粒面状况相似,依据复鞣后革坯的柔软饱满性,能够比较出复鞣剂在复鞣过程中鞣性及填充性2种作用发挥的相对大小。复鞣后革坯较为饱满则显示了复鞣剂较好的填充性能,而成革较为紧实则说明复鞣剂具有一定的鞣制性能。经不同组成的P(AA-PU-CA)共聚物复鞣后革坯手感的比较,发现经共聚物Ⅱ复鞣后,革坯柔软顺滑;共聚物Ⅳ复鞣后的革坯较为坚实,革身较硬,而共聚物Ⅲ则介于两者之间。

板身较为柔软的皮革在进行柔软度测量时,由于本身较为柔软,对测量面有一定的缓释作用,在达到平衡时需要的时间较长。而革身较硬时,这种缓冲作用力很小,平衡点很快达到。通过表3中皮革达到测量平衡的时间也可以看出,共聚物复鞣革坯板身的柔软度顺序为:共聚物Ⅱ>共聚物Ⅲ>共聚物Ⅳ,而革坯的紧实性顺序则恰恰相反。

P(AA-PU-CA)共聚物中同时含有丙烯酸和丁烯醛2种组分,共聚物Ⅱ中丙烯酸组分较多,分子质量较大,具有良好的填充效果;共聚物Ⅳ中丙烯酸组分降低的同时增加了醛基组分,醛基官能团具有较好的鞣制性能,在复鞣过程中能够与皮胶原反应,增加胶原纤维束间的交联度,同时,分子质量较小便于渗透,整体效果是粒面变得较为紧实,革板相对较硬。共聚物Ⅲ介于两者之间,革身柔软而又紧实。

2.4 共聚物对染料吸收率的影响

染色是复鞣过程中必须的工序之一。染色的目的是赋予皮革一定的颜色,改善其外观以增加其商品的价值[11]。从表4中可以看出:P(AA-PU-CA)共聚物的整体上染率为80%左右,且随着共聚物组分中羧基含量的降低,上染率有所增加。共聚物Ⅳ的上染率能达到87%。

Black NR是一种负电性的染料,其主要的吸收固定方式是与带正电性的铬离子进行络合。当P(AA-PU-CA)共聚物复鞣后,其中的羧基与部分的铬离子络合,降低了表面的正电性,使染料分子与铬离子结合减弱,且羧基含量越多,这种效果会越明显。在图6照片中也可以清楚的看到:共聚物Ⅱ的染色深度比共聚物Ⅳ低得多,主要是共聚物Ⅱ比共聚物Ⅳ有更多的羧基。

2.5 共聚物对皮革耐碱性能的影响

皮胶原分子是由不同的氨基酸,通过肽键相互连接而成的多肽链构成。鉴于酰胺键本身的化学性质,即在酸性、碱性条件下都会发生酰胺键的水解断裂,皮胶原纤维间的支撑固定作用便会坍塌,因此裸皮不具备很强的耐酸碱性能。铬鞣革中通过铬离子对皮胶原纤维的固定交联作用,使皮的耐酸碱性能得到很大的提高。但在一定强酸、强碱条件下也会受到破坏,其热收缩温度会有所降低。

醛基通过与皮胶原反应形成共价键交联,即便酰胺键在碱性条件下水解后,由于醛基的共价固定作用,纤维间不会很快塌陷,在一定程度上减弱了这种破坏,可使皮革保持较高的热收缩温度。从表5可以看到:在碱性条件下浸泡一段时间后,随着共聚物中醛基组分含量的增加,复鞣革热收缩温度受到的影响越来越小。采用共聚物Ⅱ复鞣的革其热收缩温度比蓝湿革降低了7℃,而共聚物Ⅳ仅降低了2℃。

3 结论

P(AA-PU-CA)共聚物对皮革具有选择填充作用,对腹肷部位的填充效果优于背脊部位,并可使皮革部位差率的降低。腹肷部位的纤维组织结构相对疏松,共聚物渗透较为容易,同时共聚物Ⅱ分子体积较大,改善皮革部位差率的效果最为明显。共聚物Ⅳ分子较小,对于皮样各个部位均有较好的渗透,因此对皮革整体增厚效果最佳。P(AA-PU-CA)共聚物由于聚氨酯支链的保护作用,使得聚合物能很好地渗透到革坯内部,因而复鞣后革坯的粒面状况都较为紧实细腻。复鞣后革坯的柔软度随着共聚物中丙烯酸组分的增多而增加。

用阴离子性染料在共聚物复鞣后的革坯进行染色时,随着共聚物中丙烯酸组分含量的增加,对染料的吸收率逐渐降低;由于醛基与皮胶原的胺基反应形成共价键,可以很好地稳定皮胶原纤维束,使皮革有很好的抗酸碱水解性能,因此随着共聚物中醛基含量的增加,坯革的耐碱性能越来越强。

参考文献

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[11]单志华.制革化学与工艺学[M].北京:科学出版社,2005

聚氨酯齐聚物 篇2

水性UV固化低聚物是随着20世纪末水性UV固化材料的开发而产生,它可分为乳液型、水分散型、水溶性三大类[7]。水性UV固化体系用水取代传统的UV固化体系中的活性稀释剂,解决了由于易挥发有机组分导致的环境污染、刺激性和不安全性等问题,是一种综合了水性体系与UV固化技术优点的结合体[8,9]。因而,近来得到了广泛关注及快速发展。国内外都相应推出了水性UV固化产品;但是水性UV固化体系也存在缺点,具体的水性UV体系的特点:(1)用水代替活性稀释剂稀释低聚物,黏度调节容易;VOC及毒性、刺激性等问题得到解决;(2)可用水或增稠剂方便地控制流变性,适用通用的涂布设备,便于喷涂;(3)可实现薄涂层涂布,降低成本;且得到薄膜型固化膜,有利于提高固化膜对底材的附着性;(4)可避免由于使用活性稀释剂所引起的固化膜收缩率;(5)设备、容器等易于清洗;(6)降低了低聚物体系的易燃性;(7)易于得到光固化前的无粘性干膜,涂料用时可堆放和修理,简化防尘操作;(8)固化前干膜的机械刮伤易于修补;(9)可以使用高相对分子质量的低聚物,又不用相对分子质量低的活性稀释剂,从而克服了光固化膜高硬度和高柔韧性不能兼顾的矛盾。缺点:(1)水的高蒸发热(40·6 kJ/mol)导致干燥耗能增加,也使生产时间延长,生产效率下降;(2)水的高表面张力(72·8 mN/m),不易浸润基材,易引起涂布不均;(3)对颜料润湿性差,影响分散;(4)体系的稳定性相对较差,对pH较为敏感;(5)水的凝固点(0℃)较高,在运输和贮存过程中需添加防冻剂;(6)水性体系容易滋生霉菌,需用防霉剂。

1 水性UV固化低聚物的分类及应用

水性UV固化体系一般由低聚物、光引发剂、助剂和水组成。低聚物是该体系最重要的组成,它决定了固化膜的物理机械性能,如硬度、柔韧性、强度、耐磨性、附着力、耐化学品性等,也影响了光固化速度[10] 。水性UV固化低聚物自由基引发聚合反应见图1。

水性低聚物在结构上要有参与UV固化反应的不饱和基团,如丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、乙烯基等,由于丙烯酰氧基反应活性高,固化速度最快,所以为各类丙烯酸树脂的主要品种;另外分子链上含有一定数量的亲水基团,如羧基、羟基、氨基、叔胺基、磺酸基、酰胺基等。按低聚物的化学结构及组成,目前水性UV固化树脂主要可以分为环氧丙烯酸酯(EA)、聚氨酯丙烯酸酯(PUA)、聚酯丙烯酸酯(PEA)和丙烯酸酯化聚丙烯酸酯(acrylated acrylic oligomer)等以及上述树脂的混合体。其中,聚氨酯丙烯酸酯的综合性能最好,各类低聚物性能见表1[11,12,13]。

目前水性UV固化低聚物主要应用于油墨、涂料、油漆、粘合剂、光刻胶等领域,包括水性UV光油、水性UV柔印油墨、水性UV凹印油墨、水性UV丝印油墨、水性UV木器漆、水性UV金属漆、水性UV涂料、罩光漆等。

2 水性UV-固化PUA低聚物的研究现状

2.1 国内水性UV固化PUA低聚物的研究现状

PUA是一类应用广泛的水性UV固化低聚物,其涂层具有优异的机械耐磨性能和柔韧性,较高的抗冲击性和抗张强度,优良的耐化学药品性,耐高温及低温性能,手感好、附着力好等特点。PUA一般是由二异氰酸酯、聚酯多元醇或聚醚多元醇、含亲水基团的二元醇、扩链剂、丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯通过多步反应得到[14,15,16]。目前研究最多是自乳化型PUA,自乳化型PUA又可以分为阴离子型、阳离子型以及非离子型三种。

赵文超等[17]发明一种可光固化的水性聚氨酯丙烯酸酯树脂,用于水性涂饰剂;该涂饰剂黏度低,无毒、无气味、无刺激性,使用安全可靠,涂膜具有光泽度高、柔韧性好、附着力强、耐水耐溶剂等优点。赵秀丽等[18]采用一步溶液聚合或本体聚合的方法制备一种水性光固化聚氨酯丙烯酸酯树脂,树脂的可光固化基团及亲水基团密度可调节,具有独特的亲水性及优越的光固化性能,成膜物硬度高。梁亮等[19]发明一种聚氨酯丙烯酸酯类紫外光固化皮革或人造革水性涂料,涂料经紫外光固化后,所得漆膜平整光滑,附着力好,优异的低温柔韧性,能极大地改善被装饰物的表观质量。

韩仕甸等[20]以甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)、二羟甲基丙酸(DMPA)等原料合成光敏性树脂。经三乙胺中和后得到稳定的自乳化体系。李红强等[21]采用分步加料法,以TDI、聚乙二醇(PEG)、DMPA等原料合成了水性UV固化PUA预聚体。产物经三乙胺中和后自乳化分散于水中,体系固含量达到36%。比较了一步加料法和分步加料法对体系稳定性及涂膜性能的影响,并研究了PEG与DMPA物质的量比对涂膜性能及固化时间的影响。Bai C Y等[22]合成了一种新型水性UV固化聚氨酯丙烯酸酯,C=C双键通过双羟基丙烯酸酯(PEDA)从侧链引入,然后用单羟基的HEA封端聚氨酯。此种方法可以使双键含量大大提高且可控,最大C=C含量达到4.5meq/g;利用红外光谱(FTIR)测定其结构,并研究了不同双键含量对涂膜耐MEK性能、硬度、热稳定性和拉伸性能等的影响,发现此种方法制得的聚氨酯丙烯酸酯分散体的某些性能甚至比没有引入丙烯酸酯类单体的溶剂型产品要好。

张红明等[23]发明一种新型阳离子水性光固化树脂涂料,其中树脂为聚氨酯丙烯酸酯类。该涂料耐酸性好,在酸性介质中稳定,特别是紫外光固化后得到的漆膜柔韧性好、硬度高,耐丙酮擦拭性、附着力好和抗冲击性能也很好。

王小军等[24]以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),DMPA等原料,合成聚酯时引入不饱和单体,采用在分子侧链上引入有机硅氧烷单体。使分子主链上具有多个UV光引发活性交联点,提高了UV固化效率;利用硅氧烷基团的常温水解自交联,提高涂膜的预交联密度;在水分散的同时采用多官能度扩链剂进行预交联改性,大幅度提高UV固化前树脂的交联密度和相对分子质量。形成的涂膜在UV固化前即具有较好的涂膜强度和机械性能,耐沾污,可实现UV固化前的材料堆放。魏丹等[25]以甲苯二异氰酸酯(TDI-80)、三羟甲基丙烷(TMP)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)等原料,PETA接枝封端水性聚氨酯引入双键,提高了双键含量,最大双键含量达到4.80meq/g。Bai C Y等[26]用传统的在聚氨酯末端引入C=C双键的方法及新的在聚氨酯侧链与末端都引入C=C双键的方法,制备了一系列改性水性UV固化聚氨酯丙烯酸酯水性分散体。并对涂膜的耐水性进行研究,结果表明低聚物中-COOH含量越高,耐水性越差;反应物中多元醇种类对涂膜的耐水性也有明显的影响;在聚氨酯侧链与末端都引入C=C双键能大大提高了低聚物的C=C双键含量,从而提高了UV固化交联密度,涂膜的耐水性也相应提高。

2.2 国外水性UV-固化PUA低聚物研究现状

Masson F等[27]合成一系列UV固化PUA水分散体,其羧基含量具有不同的比例;以多种自由基型光引发剂如Irgacure651、Darocur 1173等进行UV固化;采用红外光谱对此水性UV固化体系的干燥动力学及UV固化过程进行研究;提出干燥步骤是动力学控制过程,由若干因素影响,主要是干燥过程样品的温度、涂膜厚度、被涂基材的多孔性和导热性、体系的黏度及干燥过程环境湿度;由于在固态涂膜中交联反应基团分子运动被严格限制,所以交联反应比液体树脂的要慢;引发剂在水性UV分散体系中能部分溶解的引发效果更好;固化时样品温度对双键转化率影响大,建议基材许可的条件下在80℃甚至100℃时固化;随着分子羧基含量增加固化时双键转化率而减少,涂膜硬度增加,耐水性降低。

Berg K J van den等[28]用丙烯酸月桂酯、马来酸酐与IPDI 等原料反应,合成分别带丙烯酰基与马来酰亚胺基的水性UV固化聚氨酯乳液,可用于汽车表面透明罩漆。

Lockhart A A等[29]合成一种用于手感柔软涂料的水性UV固化聚氨酯丙烯酸酯乳液,该涂料具有固化速度快,形成涂膜手感柔软,良好的耐化学性、耐水性和韧性。Decker C等[30]用紫外加速老化设备(QUV-A)对水性UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂层的光稳定性进行测试研究。先用脂肪族二异氰酸酯、聚己内酯、羟基丙烯酸酯、二羟甲基丙酸等原料合成水性UV固化PUA树脂,然后以该树脂为研究对象,采用红外光谱对光固化过程丙烯酸酯碳碳双键超快的聚合反应及涂膜经光老化过程所发生的化学变化进行监测;涂膜以Irgacure 2959为引发剂进行UV固化,由于引发剂收吸波长差异性,固化反应几乎不受光稳定剂(HALS)和紫外光吸收剂的影响,但是能提高固化涂膜的耐光性,改性涂膜的耐候性和热固性聚氨酯/丙烯酸清漆相当;添加光稳定(HALS)和紫外光吸收剂对水性UV固化PUA树脂改性,可扩大该环境友好型产品在户外的使用程度。

Ahn B U等[31]用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体、4,4’-二异氰酸酯二环己基甲烷、聚四亚甲基醚二醇(PTMG)、HEA、PETA、氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)等合成紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯水性分散体,该实验引入有机硅进行对低聚物改性。研究结果表明,该体系涂膜具有良好的耐溶剂及耐黄变性、高机械强度同时兼备高表面性质。实验中采用不同的封端剂引入碳碳双键,其中PETA封端能提供低聚物固化交联密度高,所制备低聚物比用HEA封端低聚物涂膜具有更高的模量、强度和玻璃化转变温度(Tg),提高预聚物分子量能降低涂膜的吸水率;用具有疏水性的高耐候性、耐化学品、耐热性的硅化合物APTES部分代替HEA封端制备的低聚物,涂膜凝胶分数、Tg及固化交联密度会有所降低,然而硬度、水接触角相应增加,而且当APTES含量为3%时,涂膜热分解温度明显提高30～40℃,这是一种扩大水性UV固化体系应用在耐高温条件的有效途径。

Anila Asif等[32]研究了基于BoltornTM系列脂肪族超支化聚酯的3种新型水性丙烯酸化超支化聚氨酯低聚物的UV固化过程,及其结构(包括酸性基团和丙烯酸基团)与粒径、流变性、光聚合动力学和动态力学性能的关系。用激光光散射测定了水分散体系的平均粒径为43 ～125nm。流变性能表明,所有的水分散体系均属于假塑性流体。随着丙烯酸酯基团浓度的增大,树脂在紫外辐照下的光聚合速率增加。Hwang H D等[33]采用固含量为40%的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯共聚物LUX285,以Irgacure500为光引发剂,研究了不同干燥温度及时间条件对涂膜硬度、附着力性能的影响;同时对干燥涂膜及UV固化后涂膜的表面结构进行观察。研究表明随着干燥温度与干燥时间的增加,干燥速率及涂膜的硬度、附着力相应增加;不完全干燥会引起UV固化涂膜表面裂痕、脱落、起泡现象,所以充分干燥对水性UV固化涂料的使用,并获得理想的表面结构是非常重要的。提出干燥条件应该根据能耗、基材种类、涂膜厚度等进行调整。

3 水性UV固化PUA低聚物的发展趋势

尽管水性UV固化PUA树脂有着许多优点,然而在实际应用中还是存着在许多问题,涂层的性能还有待改善。不同的树脂结构各异,决定其性能各有特点。笔者认为未来的水性UV固化PUA低聚物将向着以下四大方向发展。

3.1 添加线性功能聚合物改性

此改性体系具有成本低廉,固化过程能吸收部分UV固化产生的收缩应力的优点。但其缺点是改性产品涂膜机械性能的增强作用有限;在用量较高情况下,容易增加体系黏度。

3.2 超支化体系

超支化体系大量的端基官能团决定了其有反应活性高的可能条件,固化高度交联有利于提高涂膜的耐水性能;同时能进行端基改性成为具有特殊功能高分子材料,在应用中满足不同的特殊要求。分子之间不易缠绕特点赋予低聚物相对分子量大而体系黏度低的特性,有利于改善体系的流动性;能有效提高固含量,缩短溶剂水蒸发干燥时间,有利于提高生产效率。分子内层空腔使得聚合物能与其它超细功能材料有效复合,为复合改性提供有利条件。超支化聚合物以上优良特点能满足UV固化配方中高分子量、高交联度、高官能度和低黏度的要求,使得UV固化材料具有优异的性能。

该体系对涂膜机械性能的增强作用明显;但其缺点还是会产生一定的收缩应力。

3.3 添加微粒/纳米改性

在聚合物体系中添加有机、无机微粒,是一种获得新型、特殊功能材料的重要方法,在水性UV固化体系应用过程,为达到性能优异或是功能独特的要求可采用纳米粉体进行改性;复合材料的制备主要采用共混法、原位复合法、溶胶-凝胶法。无机刚性纳米填料的加入能够赋予新材料在力学、光学、电学、磁学和催化等方面具有特殊的功能[34,35]。

纳米尺寸活性微凝胶改性有容易分散,可以吸收部分UV固化产生的收缩应力的优点。但缺点是制备工艺要求高,在UV体系中的应用在拓展中。

无机-有机杂化粒子改性对涂膜机械性能的增强作用明显,几乎无收缩应力产生。其缺点是成本高;存在一定的分散性、相容性问题。

3.4 混杂固化体系

为克服单固化体系可能由于被涂物件的复杂性、固化体系有色、厚涂层等因素引起的固化不完全的缺点,可采用混杂固化体系。如自由基-自由基混杂光固化、光-热混杂固化、自由基-阳离子混杂光固化、光-潮气混杂固化、光-空气混杂固化等。混杂固化体系可以充分发挥协同作用,使水性UV固化低聚物综合性能提高及应用领域进一步发展。

4 结语

聚氨酯齐聚物 篇3

碳纳米管(CNTs)是由单层或多层石墨片卷曲而成的纳米级材料,其分子结构与聚合物结构相类似,长径比高达100～1000,具有优异的低表面能、柔韧性和力学性能,以及与聚合物的良好相容性。利用CNTs制备聚合物纳米复合材料,已成为当今材料研究领域的热点方向之一[5,6,7]。但CNTs具有极大比表面积和表面惰性,极易团聚,这使其在复合材料制备过程中不易均匀分散,不利于发挥其优异性能。由于CNTs的预处理和复合方法对材料性能有很大影响,这也成为目前研究的热点[8]。

本方法以马来酸酐和含氟单体为接枝剂,采用等离子体诱导接枝聚合技术在CNTs表面包覆聚合物膜,可极大地改善其在基体中的分散性。再通过此功能性CNTs改性含氟聚氨酯(FPU),可获得CNTs/FPU低表面能材料。该材料具有广泛的应用前景。

1 实验部分

1.1 主要原料

碳纳米管(纯度>95%)购自深圳纳米港,直径10～20nm,长度40～50μm;含氟共聚醚为自制(氟含量12%～16%,分子量2000,黏度500～600mpa(s),含氟单体购自上海三爱富;甲苯二异氰酸酯(TDI)购自上海涂料公司;3, 3’-二氯-4, 4’-二苯甲烷(MOCA)购于苏州湘园,马来酸酐购自上海国药,实验所用水为二次蒸馏水。

1.2 CNTs/FPU复合弹性体的制备

1.2.1 CNTs的高聚物修饰

按照一定比例将含氟单体和CNTs混合均匀后,通过富氧等离子体引发其在CNTs表面的诱导接枝聚合。待反应结束后,洗涤直至纯净后置于60℃烘箱中真空干燥8h,得到表面包覆有含氟高聚物膜的功能性CNTs (简称f-CNTs)。

以马来酸酐取代含氟单体,得到聚马来酸酐膜包覆改性的功能化CNTs (简称m-CNTs)。

1.2.2 功能性CNTs改性含氟聚氨酯弹性体

按照一定比例,将功能性CNTs和含氟共聚醚加入反应器中,超声1h后加入TDI,于80℃下反应5h,并通入氮气保护,获得含CNTs的含氟聚氨酯预聚体。进一步经MOCA扩链、真空脱气后,迅速倾入预热模具内,固化成型后得到CNTs/FPU复合弹性体。

1.3 分析和表征

通过Nicolet NEXUS870傅立叶转换红外光谱仪表征产物的组成与结构。借助接触角测试仪表征产物对水的接触角,采用Netzsch DMA 242C 动态力学性分析仪表征其玻璃化转变温度,使用ZWICK100型万能材料实验机测试其拉伸强度。

2 结果与讨论

2.1 FT-IR光谱分析

图1为功能化前后CNTs的红外光谱图。由图1(a)可看出,原始CNTs在1615cm-1、1520cm-1和660cm-1处均有强红外吸收峰,对应于石墨结构的特征峰。由图1(b)可见,经马来酸酐接枝改性后,在1865cm-1和1770cm-1两处可观察到明显的红外吸收峰,可归因于聚马来酸酐中羰基的伸缩振动。从图1(c)可知,经含氟单体接枝改性后,在波数1266 cm-1处的红外吸收峰源于C-F键的特征吸收。可见CNTs经等离子体诱导接枝聚合后,其表面确实包覆了聚合物薄膜。

[(a)原CNTs; (b) 经马来酸酐修饰CNTs; (c) 经含氟单体修饰CNTs]

2.2 接触角测试

CNTs/FPU复合弹性体的接触角测试结果见表1。

注:FPU中氟含量为15%; CNTs/FPU复合弹性体中CNTs加入量为0.2%

由表1可知,普通聚醚型聚氨酯的接触角仅为59°,而以含氟共聚醚树脂为基体树脂所得到含氟聚氨酯的接触角可达90°,相对于普通聚氨酯提高了31°。进一步经低表面能物质CNTs改性后,其疏水性提高了25°～40°。与原始CNTs/FPU复合弹性体相比,经高聚物修饰后,其对水的接触角提高了9°～11°,且含氟聚合物改性体系的疏水效果较马来酸酐改性体系更优。这是因为在CNTs表面包覆聚合物膜后,可使其表面高度有机化,从而极大地改善了CNTs在基体中的分散性,因而表现为疏水性的提高。

2.3 力学性能分析

在CNTs含量不同情况下,测试了CNTs/FPU复合弹性体的拉伸强度、断裂伸长率等力学性能,结果见表2。由表2可看出,在聚氨酯结构中引入含氟基团后,聚氨酯弹性体的拉伸强度和断裂伸长率均无明显变化。进一步在含氟聚氨酯结构中引入CNTs,则FPU弹性体的拉伸强度有明显提高,断裂伸长率也有一定提高。随着CNTs用量的增多,提高效果越显著,表明CNTs的加入对材料力学性能有很大的影响。由于分散于FPU弹性体中的CNTs具有特殊的纳米尺寸结构,比表面积较大,进而经聚合物修饰后与聚氨酯的结合界面较好。除FPU 本身分子交联点外,还有以CNTs为中心的缠绕网络交点,这些交联点有助于将载荷转移到力学性能较高的CNTs上,有助于体系力学性能的改善。

2.4 动态力学热分析

借助DMA测试仪,考察了CNTs引入对FPU玻璃化转变温度(Tg)的影响,结果见表3。由表3可知,经CNTs改性后,FPU弹性体的Tg提高5～24℃。且随着CNTs用量的增多,增加越显著。

3 结论

采用等离子体诱导接枝聚合法制备高聚物包覆修饰CNTs。通过此功能化CNTs改性FPU后获得了CNTs/FPU复合弹性体材料。接触角测试结果表明,CNTs的引入可使FPU弹性体的接触角提高25°～40°,从而使得该CNTs/FPU复合弹性体具有优良的低表面能特性。经功能化CNTs改性后的含氟聚氨酯弹性体,其力学性能和玻璃化转变温度也有不同程度的提高。该CNTs/FPU复合弹性体材料可望用于船舶防海生物污损涂料、海洋工程金属结构重防腐涂料、输油输气减阻涂料,以及军用通讯涂料、飞机蒙皮涂料等领域。

摘要：采用等离子体诱导接枝聚合技术修饰碳纳米管(CNTs),进而与含氟聚氨酯(FPU)预聚体反应后,获得CNTs/FPU复合弹性体。结果表明,CNTs/FPU复合弹性体具有优良的低表面能特性(对水的接触角130°),其拉伸强度为1932MPa,断裂伸长率为350%550%。FPU弹性体经聚合物修饰后的CNTs改性后,其玻璃化转变温度明显提高。

关键词：碳纳米管,聚氨酯,含氟高聚物,等离子体,功能化

参考文献

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[2]Wang LF.Experimental and theoretical characterization of themorphologies in fluorinated polyurethanes[J].Polymer,2007,48(3):894-900.

[3]Wu W L,Zhu Q Z,Qing F L,Han C C.Water repellency on afluorine-containing polyurethane surface:toward understandingthe surface self-cleaning effect[J].Langmuir,2009,25(1):17-20.

[4]张超,郭述忠,汪伟志,刘天西.含氟聚合物修饰碳纳米管及其聚氨酯复合疏水膜的研究[J].化学学报,2009,67(9):1001-1009.

[5]Spitalsky Z,Tasis D,Papagelis K,Galiotis C.Carbon nano-tube-polymer composites:chemistry,processing,mechanicaland electrical properties[J].Progress in Polymer Science,2010,35(3):357-401.

[6]Sethi S,Dhinojwala A.Superhydrophobic conductive carbonnanotube coatings for steel[J].Langmuir,2009,25(8):4311-4313.

[7]Bekyarova E,Thostenson ET,Yu A,et al.Multiscale carbonnanotube-carbon fiber reinforcement for advanced epoxy comp-soties[J].Langmuir,2007,23(7):3970-3974.

聚氨酯齐聚物 篇4

深圳市某警务后勤配套楼工程总建筑面积2.7万m2, 其中地下3层, 地上15层, 工程位于城市中心区, 场地面积狭小, 基坑采用钢管混凝土立柱与钢筋混凝土水平支撑梁的组合内支撑形式。

2 防水设计

本工程地下室3层, 埋深14.5 m, 地下防水一级, 地下室顶板、底板及外墙均采用一刚二柔防水设计, 即钢筋混凝土自防水及附加2.0 mm厚彩色聚氨酯防水涂料和3 mm厚自粘聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材。聚氨酯防水涂料施工分2遍涂刷, 达到1.3 mm厚时先进行此道防水层的施工验收, 合格后再涂刷0.7 mm厚聚氨酯防水涂料, 随即铺贴3 mm厚自粘聚合物改性沥青聚脂胎防水卷材, 利用聚氨酯防水涂料的粘接性能保证涂料防水层与卷材防水层的粘接可靠性。

2.1 底板防水设计 (由下而上)

(1) 原土夯实

(2) 100 mm厚C15混凝土垫层 (原浆抹光)

(3) 2 mm厚彩色聚氨酯防水涂料 (分2次涂刷)

(4) 3 mm厚自粘聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材

(5) 50 mm厚C20细石混凝土保护层

(6) 700 mm厚C35/P10钢筋混凝土底板

2.2 地下室侧墙防水 (由外及里)

(1) 素土回填

(2) 30 mm厚聚苯板片材保护层

(3) 3 mm厚自粘聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材

(4) 2.0 mm厚彩色聚氨酯防水涂料

(5) 500/400 mm厚C35/P10 (P8) 钢筋混凝土外墙

2.3 顶板防水 (由下而上)

(1) 250 mm厚C30/P8钢筋混凝土 (露天部分)

(2) 1∶2.5水泥砂浆找平层20 mm

(3) 2.0 mm厚彩色聚氨酯防水涂料 (分2次涂刷)

(4) 3.0 mm厚自粘聚合物改性沥青卷材防水层

(5) 50 mm厚C20细石混凝土保护层

3 材料

3.1 自粘聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材

选用“雨虹”牌SAM-930自粘聚合物改性沥青聚酯胎防水卷材。该卷材是以聚酯纤维无纺布为胎基, SBS、SBR和增粘树脂改性沥青为浸涂材料, 聚乙烯膜 (PE) 、细砂或隔离膜作为卷材上表面隔离层, 下表面附可剥离的涂硅隔离膜作为防粘隔离材料制成的一种增强自粘防水卷材。

3.1.1 品种规格及物理力学性能

按产品性能分为Ⅰ型和Ⅱ型, 本工程选用Ⅰ型产品, 以PE或细砂覆面。按上表面材料分为聚乙烯膜 (PE) 、细砂 (S) 和无膜双面自粘 (D) , 规格见表1。产品物理力学性能符合GB23441—2009《自粘聚合物改性沥青防水卷材》要求, 见表2。

3.1.2 特点

(1) 加入特殊的增粘树脂, 使得产品具有优异的粘结性能, 在施工环境温度内不用明火, 无需使用粘接剂, 即可与基层粘结良好, 对环境无污染, 属于环保型产品;

(2) 以长纤聚酯毡为增强体, 赋予产品优异的抗拉强度、抗疲劳性及抗穿刺、耐腐蚀性能;具有较大的延伸率, 对基层伸缩或开裂变形的适应性强;

(3) 由自粘聚合物沥青涂层和胎基构成, 可形成高强度防水层, 对压力水抵抗能力强;

(4) 对钉杆穿透或外界应力作用下产生的细微裂纹具有优异的自愈合性, 接缝自身粘接与卷材同寿命。

3.1.3 适用范围

适用于非外露屋面和地下工程防水层, 也适用于明挖法地铁、隧道以及水池、水渠等工程防水, 尤其适用于施工中不准用明火的工程, 低温柔性好, 适用于寒冷地区。

3.2 双组分彩色聚氨酯防水涂料

“雨虹”牌SPU-311双组分彩色聚氨酯防水涂料是一种双组分反应固化型合成高分子防水涂料, 甲组分是由聚醚和异氰酸酯经缩聚反应得到的聚氨酯预聚体, 乙组分是由增塑剂、固化剂、增稠剂、促凝剂、填充剂组成的彩色液体。使用时将甲、乙两组分按比例混合, 搅拌均匀后涂刷在基面上, 经数小时后反应固结成为富有弹性、坚韧又有耐久性的防水涂膜。

3.2.1 品种规格及物理力学性能

产品按拉伸性能和使用部位分为Ⅰ型和Ⅱ型, 力学性能应符合GB/T 19250—2003《聚氨酯防水涂料》要求, 见表3。

3.2.2 产品特点

(1) 能在潮湿的地下室基面上施工, 且粘结力较强 (0.8MPa) ; (2) 强度高、延伸率大、弹性好; (3) 可厚涂, 涂膜密实、无气泡、无针孔; (4) 不含苯类溶剂, 无煤焦油成分, 对环境无污染; (5) 液态, 冷施工, 施工方便; (6) 化学反应成膜, 耐水、耐腐蚀、耐霉变、耐寒、不透水性强。

3.2.3 适用范围

适用于地下室和厕浴间、厨房间、水池、冷库、地坪等工程的防水、防潮, 尤其适用于基层难以干燥的地下工程, 也可用于非暴露型屋面工程防水。

3.3 沥青基防水卷材密封膏

“雨虹”牌BSR-242沥青基防水卷材密封膏以优质石油沥青为基料, 加入橡胶改性材料、填充料、稀释剂等多种助剂配制成的黑色膏状冷施工防水密封材料。产品型号有Ⅰ型 (本工程选用) 和Ⅱ型, 其中Ⅰ型用于水平面嵌缝、阴阳角圆弧处理, 也可用于卷材密封;Ⅱ型适用于卷材边缘和终端收头的密封, 产品执行标准:Q/SYYHF6《沥青基卷材密封膏》。

注: (1) 用于地下工程潮湿基面时要求; (2) 用于外露使用的产品。

4 施工机具

包括清理基层用工具, 卷材铺贴用施工机具和辅助加热专用机具, 必须配备的机具。吹风机:清除基层灰尘;火焊枪:卷材搭接处受灰尘污染后处理用或特殊部位加强粘合用;小平铲:清理基层用;弹线盒:弹基准线用;腻子刀:嵌填密封材料;搅拌器、搅拌桶:防水涂料搅拌;滚刷、刮板:防水涂料施工。

5 基层处理

(1) 基层应坚实、平整、干燥, 浮浆、杂物等应清扫干净;

(2) 桩基头部按图纸细部构造要求做好加强层, 材料选用渗透结晶型防水涂料;

(3) 平面与立面交接处、转折处、阴阳角、管根等均应做成均匀一致、平整光滑的圆角, 圆弧半径不小于50 mm;

(4) 穿出基层的构件须安装完毕后方可进行防水施工。

6 防水施工

本工程地下室为全外包防水, 采用外防外贴法施工, 先施工平面, 后施工立面, 两面交角处交叉进行。

6.1 聚氨酯防水涂料施工

6.1.1 施工工艺流程

基层清理→细部附加处理→第1遍涂膜→第2遍涂膜 (达到1.3 mm厚) →工程质量验收→涂刷剩余的0.7 mm厚涂膜→粘贴自粘防水卷材。

6.1.2 配料

根据施工用量, 将A、B组分按1∶2.5的比例组合, 搅拌器具必须干燥、清洁。

6.1.3 施工操作要点和技术要求

(1) 基层清理:选用合适的工具将基层清扫干净, 基层表面不得有浮尘、杂物, 不得有突出尖锐物, 且基层应干燥。

(2) 细部附加处理:在管根、阴阳角等易发生漏水的部位应增加1层玻纤布加强处理。首先用橡胶刮板或油漆刷均匀地涂刷1遍涂料, 涂刷宽度各300 mm为宜, 并立即粘贴玻纤布进行加筋增强处理。玻纤布粘贴时应用漆刷摊压平整, 与下层涂料贴合紧密, 搭接宽度100 mm, 表面再涂刷1～2遍涂料, 使其达到设计要求的厚度。

(3) 涂刷第1道涂层:细部节点处理完毕且涂膜干燥后, 进行第1道大面涂层的施工。涂刷时要均匀, 不能有局部沉积, 并要多次涂刮使涂料与基层之间不留气泡。

(4) 涂刷第2道涂层:在第1道涂层充分固化后 (一般间隔24 h, 以手摸不粘手为准) , 进行第2道涂层的施工, 涂刷的方向与第1道相互垂直, 直到约1.3 mm厚。涂膜收头时应采用防水涂料多遍涂刷, 以保证其完好的防水效果。

(5) 涂刷0.7 mm厚聚氨酯防水涂料:以利于下一层自粘卷材的粘贴, 要求边涂刷边施工下一道自粘防水卷材, 防止涂料固化, 保证涂料防水层与卷材防水层的粘接性能。

6.1.4 防水层的验收

施工验收应边涂刷边检查, 发现缺陷及时修补, 检查合格后方可进行下一道涂层施工, 特别要注意平立面交接处、转角处、阴阳角部位的做法是否正确。

6.2 自粘卷材防水施工工艺

6.2.1 施工工艺流程

涂刷聚氨酯防水涂料0.7 mm厚→细部附加层粘贴→大面自粘卷材铺贴→卷材收头固定→用卷材密封膏封闭→保护隔离层施工。

6.2.2 操作要点及技术要求

(1) 基层处理:基层应坚实、干燥、平整、无灰尘、无油污, 施工前清理、清扫干净, 必要时用高压吹尘机吹净。地下工程平面与立面交接处的阴阳角、管道根等, 均应在聚氨脂涂膜施工前做成半径为50 mm的圆弧。

(2) 一般细部附加处理:如集水坑、电梯井、后浇带阴阳角、管根部位等用专用附加层自粘卷材及裁剪好的阴阳角自粘卷材在两面转角、三面阴阳角等部位进行附加增强处理, 平立面平均展开。方法是先按细部形状将卷材剪好, 在细部贴一下, 视尺寸、形状合适后, 再将自粘卷材粘贴上。

可辅以火焰加热器烘烤, 待其底面呈熔融状态, 即可立即粘贴在已涂刷一道基层处理剂的基层上。

附加层卷材与基层一般部位应满粘, 应力集中部位只需要轻微压贴即可, 附加层要求无空鼓, 并压实铺牢。

(3) 大面防水层自粘卷材铺贴:将展布好的自粘卷材底部的隔离膜缓慢、匀速地除去, 用压辊在卷材的正面均匀施压, 使卷材与基层粘合。

铺设防水层时, 卷材应铺设在预先涂布过聚氨酯涂料的基层表面上, 确定铺贴的具体位置, 先把卷材展开, 调整好铺贴位置, 将卷材的末端先粘贴固定在基层上, 然后从卷材的一边均匀地撕去隔离膜 (纸) , 边去除隔离膜边向前缓慢地滚压、排除空气、粘结紧密。

水平面铺贴时先将起端固定后逐渐展开, 展开的同时揭开剥离纸, 由低向高铺设。

垂直立面铺贴时卷材与基层、卷材与卷材必须满粘。

卷材搭接和密封:相邻卷材搭接宽度, 地下工程一般不小于100 mm, 接茬处不小于100 mm, 搭接缝应压实粘牢, 边缘用BSR-242密封膏封闭。

卷材收头:立面卷材收头, 应先将卷材满粘固定, 然后用BSR-242密封膏封闭。

(4) 保护隔离层施工:水平面一般用刚性保护, 卷材铺贴完成并经检查合格后, 应将防水层表面清扫干净, 对防水层采取保护措施, 并根据要求进行防水保护层施工, 地下工程侧墙采用聚苯板做软保护。

(5) 缺陷修复:自粘卷材的自粘面受到灰尘污染后, 会部分失去自粘结性能, 表现为搭接缝、收口部位局部翘边、开口等现象。必须及时用火焰焊枪进行修复, 将焊嘴伸入翘边、开口内部, 利用火焰将自粘橡胶沥青加热融化, 然后粘合。

(6) 检查验收冷自粘卷材:铺贴时边铺边检查, 检查时用螺丝刀检查接口, 发现粘贴不实之处及时修补, 不得留任何隐患, 现场施工员、质检员必须跟班检查, 检查并验收合格后方可进行下道工序施工。

7 细部节点防水做法

阴阳角及其立面与水平面的转角处、施工缝、变形缝、后浇带、穿墙管道根、预埋件以及突出水平面的相关细部, 以及防水层及附加防水层密封的部位主要是搭接缝 (俗称接缝口) 和卷材末端收头是防水工程的薄弱环节, 必须有针对性地进行合理、安全、科学的设计并要求高质量的施工操作, 才能保证地下室防水系统的整体性及密闭不透水性。因此, 细部节点附加层卷材粘贴完成并经检查质量合格后, 即可进行主体防水层卷材的铺设和粘贴。

7.1 自粘卷材搭接

本工程中自粘卷材采用搭接施工, 平面施工时, 注意相邻自粘卷材纵向铺贴要粘牢, 搭接长度不小于100 mm, 相邻卷材的横向搭接要错开1500 mm以上。

7.2 自粘卷材搭接缝

自粘卷材与卷材之间, 必须满粘并粘结紧密。

自粘卷材搭接缝:必须满粘粘实, 必要时采用手持压轮进行压缝处理。

搭接缝的粘结:自粘卷材搭接的粘结, 用专用压辊在上层卷材的顶面均匀用力施压, 以边缘密实粘合为准。必要时采用专用压轮二次压边, 见图1。

7.3 附加层的设置

在集水坑、电梯井、后浇带阴阳角、管根部位应设置自粘卷材附加增强层, 一般情况下采用与大面自粘卷材同材质的附加层, 卷材宽度500 mm, 现场按要求进行裁剪。

在防水层施工中阴阳角 (此处的阴阳角专指三维交叉部位) 数量较多, 也是防水层薄弱的部位之一, 通常做法是由施工人员按照尺寸放样、裁剪、热合, 并通过严格的质量检测。

7.4 桩头防水 (见图2)

(1) 在桩头部分分遍涂刷2.0 mm厚渗透结晶型防水涂料并养护, 在桩头周边300 mm范围内涂刷2 mm厚彩色聚氨酯防水涂料。

(2) 湿铺法施工3 mm厚自粘改性沥青防水卷材, 防水层要求上返至顶部与地下室大面底板搭接。

(3) 再在桩头周边150～200 mm的范围内涂刷1.5 mm厚溶剂型橡胶沥青防水涂料。

(4) 施工50 mm厚细石混凝土。

7.5 地下室底板防水做法 (见图3)

7.6 后浇带防水施工方法

7.6.1 顶板后浇带施工 (包括设计预留和施工预留)

防止后浇带防水层破坏是防水施工的关键, 因此在防水施工中设置必要的防水附加层是必须的, 见图4。

7.6.2 底板后浇带防水作法

地下室后浇带:设计附加防水层, 材料与地下室底板防水层一致, 两端宽度超出后浇带边缘250 mm, 并用细石混凝土加以保护, 防止后浇带混凝土浇筑时清理基层面导致卷材破损, 具体做法见图5。

7.6.3 侧墙后浇带防水处理

侧墙后浇带施工缝两边300 mm范围内增设防水层1道, 具体防水处理见图6。

7.7 顶板与地下室外墙交接处施工方法

拐角处顶板第1层2.0 mm厚聚氨酯防水涂料往外墙下翻250 mm、外墙第1层卷材往顶板上翻250 mm叠层形成附加层, 3 mm厚自粘聚合物改性沥青防水卷材在立墙下翻250 mm与外墙外层卷材上翻250 mm搭接, 加强角部防水安全, 见图7。

7.8 预埋套管穿墙面防水处理

穿过防水层的管道预埋套管, 套管中间焊接止水钢板, 管道安装完成后, 用石棉水泥填实, 两端用胶泥密封材料密封, 迎水面设附加防水层1道, 见图8。

7.9 外墙自粘卷材收口做法

地下工程自粘卷材末端收头应采取机械固定, 但收头部位均用密封材料进行封闭, 密封宽度不小于10 mm。外墙立面卷材的收口采用固定压条、射钉固定, 并用沥青基密封膏密封, 在保证防水系统安全性能的前提下, 对延长防水系统的使用寿命起到极大的作用。柔性防水层收口做法见图9。

7.1 0 电梯井、集水坑防水构造 (见图10)

7.1 1 立柱支撑在底板处防水施工节点

7.1 1. 1 立柱构造

立柱桩采用Φ1000 mm钻孔灌注桩, 立柱采用Φ426 mm、壁厚10 mm的钢管混凝土桩, 见图11。

在浇筑立柱桩混凝土时, 需将钢管吊入桩内, 并锚固2 m深 (此时钢管底部内可能有桩混凝土渗入, 故在振捣桩身混凝土时也应对钢管内的混凝土进行振捣, 待桩身混凝土达到一定强度后, 再浇筑钢管内C30混凝土并充分振捣密实) 。

7.1 1. 2 防水节点处理

(1) 在钢立柱上超出标高线, 在底板厚度范围的1/2处满焊200 mm宽、5 mm厚止水钢板环。

(2) 钢管周边500 mm范围内涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料 (钢管与垫层面接触处用细石混凝土做成圆弧状) 。

(3) 底板刷“雨虹”牌聚氨脂防水涂料2遍, 第1遍1.3mm厚, 第2遍0.7 mm厚并随铺防水卷材, 卷材铺至钢管边, 然后用专用密封胶密封, 再做50 mm厚细石混凝土保护层。

(4) 完成地下室-1层以下结构混凝土, 外墙拆模后施工外墙防水层, 经验收后对外侧墙与护壁桩周边进行回填, 然后拆除全部水平支撑梁及钢管混凝土立柱 (凿至地下室底板面向下20 mm) 。

(5) 钢管周边与底板混凝土交界处用密封胶密封, 然后刷水泥基渗透结晶型防水材料 (出柱边≥1000 mm) , 用量不小于1.5 kg/m2, 完成后的节点见图12。

8 施工体会

(1) SAM-930自粘型聚合物改性沥青聚酯胎防水材料采用塑胶带成卷包装, 在贮存运输过程中应避免日晒雨淋, 注意通风, 贮存温度不得高于45℃, 只能单层存放, 运输过程中立放不超过2层, 以防止侧斜或横压。

(2) 当施工温度较低 (5℃以下) 时, 或局部应力较大时, 可以在产品使用过程中借助液化气、乙醇为燃料或电加热进行焊接;使用热熔法施工时, 表面温度不宜高于200℃。