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孙红尧[1] 王家顺[1] 邵全卯[2] 黄国泓[1] 周国卫[2] 傅森彪[2][1]南京水利科学研究院,南京210029 [2]绍兴市曹娥江大闸投资开发有限公司,浙江绍兴312000 0、引言 延长水利水电工程金属结构和混凝土结构使用寿命的防护方式很多，但都离不开涂料的使用。水利水电工程防腐蚀长期以来所用的涂料防护效果不很理想，其中很多涂料是含对环境有害的溶剂型涂料，在使用过程中对大气和水质环境有很大的破坏。 喷涂弹性体技术是国外近10年来继高固体分涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低(无)污染涂装技术之后为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术。喷涂聚脲是由异氰酸酯组分(A组分)与氨基化合物组分(R组分)反应生成的一种弹性体物质。喷涂弹性体技术具有以下优点：快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，不产生流挂现象，10几分钟即可达到步行强度：对水分、湿度不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响；100%固含量，不含任何挥发性有机物，对环境友好；优异的理化性能；涂层连续、致密、无接缝、无针孔，美观实用；一次施工的厚度范围可以从数百微米到数厘米，克服了以往多次施工才能得到厚涂层和每次涂层间隔时间长的弊病；使用成套设备，施工方便，效率极高。 1、实验部分 1.1 原材料 A组分为含异氰酸酯组分，构成该组分可以是异氰酸酯单体、预聚体和半预聚体。预聚体和半预聚体都是由含活泼氢化合物与异氰酸酯单体聚合而成的。 B组分为含活泼氢组分，主要由含羟基聚合物或氨基聚合物构成，还包括扩链剂、助剂和颜填料等。 1.2 性能试验方法 异氰酸酯含量测定：采用二正丁胺法测定异氰酸酯含量。 羟值测定：用化学分析法测定羟值.化学分析法有醋酐-吡啶法、苯酐-吡啶法、醋酐-高氯酸法、醋酐-对甲苯磺酸法等。 胺值测定：采用高氯酸非水滴定法测定胺值。 水分含量测定：卡尔·费休(Karl-Fischer)法是目前测定有机物中微量水分最常用的化学分析法。 凝胶时间测定：检测前，需将待测样品在(25±0.5)℃放置8 h以上。测试时，称取大约50g B组分放于100mL一次性塑料杯中，按规定的异氰酸酯指数快速称取A料加入上述塑料杯中，用玻璃搅棒迅速搅拌混合物，开始搅拌时即用秒表计时，至混合物不再流动的时间即为凝胶时间。 附着力测定：采用英国Elcometer公司的F106型附着力测试仪按照ASTM D-4541规定的方法进行测定。 耐磨性能检测：参照国家标准GB/T 1689-1998“硫化橡胶耐磨性能的测定(用阿克隆磨耗机)”中的方法或GB1768-1979“漆膜耐磨性测定法(泰伯尔磨耗)”的方法执行。 耐低温性能检测：可参照国家标准GB/T1731-1993“漆膜柔韧性测定法”或GB/T19250-2003“聚氨酯防水涂料”中的“低温弯折性”的试验方法进行。 硬度测量：参照国家标准GB/T 531-1999“橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法”中的方法执行。 1.3 喷涂试验 喷涂试验采用购买的美国进口专用设备，Gusmer公司的HV-20/35聚脲专用喷涂机，辅助设备有空压机、油水分离器、干燥器、搅拌器、可加温输料管及GX800喷枪等。 喷涂时，按照喷涂组合料的施工要求设定A、B组分的加热温度和输料管的加热温度，调整A、B组分的喷涂压力，将B料(如含有颜填料时)搅拌均匀，打开空压机给提料泵和喷枪提供压缩空气。保持A、B组分压力差在允许范围内。喷枪手在准备好的基材上，枪头离基材一定距离，按一定的顺序匀速移动喷枪进行喷涂。涂层厚度的控制由喷枪手移动的速度控制。 2、结果与讨论 2.1 预聚物中不同羟基醚对粘度的影响 选用不同羟基聚醚进行预聚体合成，其预聚体的试验结果如表1。 表1 不同羟基醚对预聚物黏度的影响Table 1 The influence of different hydroxyl-polyethers on the prepolymer viscosity 由表1可知，YJ-3粘度最小，YJ-5粘度最大。在单独用三官能度相对分子质量为400的聚醚做顶聚体时，由于交联密度大，预聚体最后固结在烧瓶里，所以，进行预聚体聚合时，三官能度低相对分子质量的醚不能使用，高相对分子质量如1618A可以使用，但预聚体黏度较大。 2.2 -NCO含量对反应速度的影响 喷涂弹性体的性能与A组分的异氰酸酯含量关系密切。在B组分组成不变和异氰酸酯指数相同的情况下，采用已经脱水后的羟基聚醚N220制备不同异氰酸酯含量的预聚体，A、B组分调配时按同一异氰酸酯指数进行试验，表2是不同异氰酸酯含量对凝胶时间的影响结果。 表2 不同异氰酸酯含量对凝胶时间的影响Table 2 Influence of different isocyanate on gel time 由表2可以看出，异氰酸酯含量越低，凝胶时间越长。 2.3 异氰酸酯指数的影响 在A组分异氰酸酯含量不变的情况下，设计了几个不同异氰酸酯指数的试验，检查凝胶时间和涂层外观状态等，结果见表3。 表3 异氰酸酯指数的影响Table 3 The influence of the n(-NCO)：n(-XH) 注：-XH中的X代表O或N原子。 表3的试验结果表明，喷涂弹性体涂料异氰酸酯指数(异氰酸酯含量-NCO与活泼氢的物质的量比)控制在1.0-1.1之间为宜。 2.4 交联剂的影响 常用的多元醇交联剂有甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇及聚醚多元醇等。而多元胺作为交联剂的品种较少，常用的为低相对分子质量的三官能团的氨基聚醚，如交联剂Jeffamine T-403。 对醇炎交联利进行试验。因为三羟甲基丙烷是固体，需要多一道熔融处理的过程，并且是溶解于其他醚中，工序成本增加。而液体交联剂添加使用相对方便适用。对胺类交联剂，如Jeffamine T-403(相对分子质量400，三官能度的胺)，单独与异氰酸酯反应时，基本不反应，在与其他氨基聚醚复配后与异氰酸酯反应在没有催化剂时基本也不固化。 除了上述交联剂外，又根据分子的结构特点，选用了环氧树脂固化剂聚酰胺、T-31、二乙烯三胺、593固化剂、腰果油改性胺等进行相关试验。试验结果列于表4。 表4 几种常用环氧树脂固化剂的试验结果Table 4 The test results of several curing agent for epoxy resin 由表4可以看出，环氧树脂固化剂C-A、G-B、C-C和G-E使用于喷涂聚氨酯(脲)弹性体时尚需要进一步试验确认，由于其结构氨基上具有吸引电子基团减慢了反应速度，为相分离反应。其反应现象类似T-403。固化剂G-F由于相对分子质量小挥发性大，不适合直接用于喷涂聚氨酯(脲)弹性体涂料中。经过试验，固化剂C-D可以用于喷涂聚氨酯(脲)弹性体涂料中。 2.5 扩链剂的影响 常用的醇类扩链剂有1，4-丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、1，6-己二醇等。由于醇类扩链剂相对分子质量比较小，贮存过程中容易吸收空气中的水分，所以在使用前必须与其他醚一样要进行脱水。常用的多元胺扩链剂有二乙基甲苯二胺(DETDA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、4，4-双仲丁氨基二苯基甲烷(Unilink 4200)、2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯等。