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涂料文集

研究高铁用高强度聚氨酯防水涂料配方设计与制备

时间:2011-09-19 15:02:54 来源: 作者:爱卡 点击:
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。
 
表1 单位集团当量与涂膜性能的关系
 
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。
 
表2 聚氨酯单位基团当量与MOCA基团当量的配比

图1 涂膜拉伸强度与单位基团当量配比的关系
 
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。

图3 聚氨酯在低温区的DMA曲线
 
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
 
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 显示试样的拉伸模量较低
 
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。

关键词: 研究高铁高强度
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