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      石油瀝青聚氨酯防水涂料相容劑的選擇與合成

      時(shí)間:2015-04-03 12:39:04

      聚氨酯防水涂料是一種性能良好的新型高分子防水涂料。80年代以焦油聚氨酯防水涂料為標志的聚氨酯防水涂料在我國開(kāi)始投入使用過(guò)程中易造成對環(huán)境的污染,北京等城市從1999年起禁止使用。 在此情況下,石油瀝青聚氨酯防水涂料很快成為其替代產(chǎn)品。但是,由于石油瀝青為為極性很弱的物質(zhì),和聚醚型聚氨酯預聚體的相容性極差,如何使二者相容成為生產(chǎn)石油瀝青聚氨酯防水涂料的一個(gè)難題。為此,國外有些廠(chǎng)家采用聚丁二烯多元醇制作甲組分,國內一些廠(chǎng)家選用商品增溶劑來(lái)解決相容性問(wèn)題,但往往效果不理想。筆者根據表面性劑的增溶原理,并結合聚氨酯的特殊性質(zhì),合成了一種非常適用于石油瀝青聚氨酯防水涂料生產(chǎn)的相容劑。通過(guò)使用表明,此相容劑能很好地解決石油瀝青與聚氨酯預聚體及聚氨酯涂膜的相容性問(wèn)題。

      一、 相容劑選擇的理論分析

        表面活性劑是由極性基團(親水基團)和非極性基團(親油基團或疏水基團)構成,具有不對稱(chēng)結構。根據表面活性劑溶于時(shí)是否離解成離子,可將表面活性劑分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑。表面 活性劑作為增溶劑(相容劑),其增溶方式有非極性分子在膠束內部的增溶、在表面活性劑分子間的增溶、在膠束表面的吸附增溶和在聚環(huán)氧乙烷鏈間的增溶4種,其中,以在聚環(huán)氧乙烷鏈間增溶方式的增溶量為最大。

        一般情況下,作為理想的增溶劑(相容劑),其親油親水平衡值(HLB值)在15~18范圍時(shí)間溶效果較好,過(guò)高或過(guò)低都不能起至明顯的增溶作用,并且HLB值對臨界膠束濃度(CMC)的影響非常強烈。因此,選擇具有合適的HLB值的表面活性劑,可以降低表面活性劑的需求濃度和改善增溶效果。

        根據研究,石油瀝青聚氨酯防水涂料的相容劑,以選擇聚環(huán)氧乙烷基非離子型表面活性劑最為適宜。
      聚環(huán)氧乙烷基非離子型表面活性劑的HLB值可根據下式計算:
      HLB值=〔親水基團分子量÷(疏水基團分子量+親水基團分子量)〕×(100÷5)
      在相容劑的合成過(guò)程中,可先擇親水基團部分,一般來(lái)說(shuō),選擇聚醚醇比較方便;親油基團部分可選擇羧酸(R-COOH)。在選擇聚醚醇后,計算出親水基團的分子量,再根據所確定的HLB值推算出疏水基團的分子量,也即R基團的分子量,從而確定RCOOH的分子量。

      二、 相容劑及石油瀝青聚氨酯防水涂料乙組分的合成實(shí)驗

      1、 原材料
      聚醚醇(兩種不同聚合度聚醚醇)、羧酸(兩種不同R基團的羧酸)、石油瀝青、填充料、增塑劑、復合溶劑、MO-CA等。
      2、 相容劑的合成工藝
      1) 聚醚醇120±5℃脫水1.5h;
      2) 加入羧酸在溫度120±5℃下反應2~2.5h;
      3) 降溫至60℃出料備用。
      3、 石油瀝青聚氨酯乙組分的合成工藝
      1) 石油瀝青、填充料加熱至130~140℃熔化、脫水1.5~2h;
      2) 加入相容劑、增塑劑、MOCA,115~120℃下攪拌20~30min;
      3) 降溫至80~85℃,并加入復合溶劑。

      三、 結果與討論
       
        通過(guò)選擇不同的聚醚醇和羧酸,合成了相容劑1(HLB值11.7)和相容劑2(HLB值18.4)。
      1) 在乙組分中分別加入4.5%的相容劑1和相容劑2(其他成分均相同),聚氨酯涂料的甲、乙組分混合比為1:2,按JC/T 500—92(96)規定制定樣檢測,結果見(jiàn)表1。
      表1 加入不同相容劑的石油瀝青聚氨酯防水涂料性能指標
      項 目 相容劑1 相容劑2
      拉伸強度(無(wú)處理)/MPa 1.12 2.14
      斷裂延伸率(無(wú)處理)/% 280 315
      涂膜外觀(guān) 涂膜光澤性較好,但表面色澤不均勻,有少許深色瀝青析出現象 涂膜光澤性好,并且表面光澤均勻
      從表1可看出,使用相容劑2時(shí),無(wú)瀝青或甲組分析出現象,涂膜的拉伸強度和斷裂延伸率均較高,表明相容劑2起到了較為滿(mǎn)意的增溶作用,使石油瀝青和甲組分有很好的相容性,可用于石油瀝青聚氨酯防水涂料的生產(chǎn);使用相容劑1時(shí),涂膜有少許深色瀝青析出,涂料的拉伸強度和斷裂率均較低,表明瀝青未均勻分散在聚氨酯體系中,即相容劑1的間溶作用不理想。
      2) 在乙組分中分別加入4.5%和9%相容劑1(當相容劑1用量9%時(shí),增塑劑用量相應減少4.5%,其他成分均相同),聚氨酯涂料的甲、乙組分混合比為1:2,按JC/T 500--92(96)規定制樣檢測,結果見(jiàn)表2。
      表2 加入不同濃度相容劑的石油瀝青聚氨酯防水涂料性能指標
      項 目 相容劑1 相容劑2
      拉伸強度(無(wú)處理)/MPa 1.12 2.14
      斷裂延伸率(無(wú)處理)/% 280 305
      涂膜外觀(guān) 涂膜光澤性較好,表面色澤不均勻,有少許深色瀝青析出現象 涂膜光澤性較好,表面色澤不均勻,有少許深色瀝青析出現象
      從表2可看出,盡管增大了相容劑1的用量,但仍有少許瀝青析出現象,有涂膜的拉伸強度和斷裂延伸率變化不大。表明雖然增大了相容劑1的用量,但由于其濃度仍低于形成膠束所需的臨界皎束濃度(CMC),仍不能起到明顯的增溶作用。

      四、 結語(yǔ)
       
        通過(guò)選擇恰當的相溶劑及其HLB值,可解決石油瀝青聚氨酯防水涂料中的瀝青與甲組分的相容性問(wèn)題,且相容劑的用較少;如果HLB選擇不恰當,在石油瀝青聚氨酯防水涂料的生產(chǎn)中,即使增大相容劑的用量,仍不能解決石油瀝青和甲組分的相容性問(wèn)題。

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