COPYRIGHT©廣州慧正云科技有限公司 www.hzeyun.com 粵ICP備18136962號 增值電信業務經營許可證:粵B2-20201000
劉新永，李超，張冬冬，陳鴦飛
（濰坊市宏源防水材料有限公司，山東濰坊262735）
摘要：以3種不同結構特征的粉體填料及稀土化合物填料作為補強體系制備了單組分聚氨酯防水涂料，研究了填料種類及配伍對涂料性能的影響。結果表明：稀土填料對涂料具有較好的增強增韌效果，稀土改性伊利石粉與高嶺土的協同補強體系可使涂料的拉伸強度達到8.75 MPa，斷裂伸長率達到730％，撕裂強度達到38.9 N／mm。
關鍵詞：聚氨酯防水涂料；力學性能；填料；稀土化合物
聚氨酯防水涂料具有涂膜強度高、彈性好，與基層粘結牢固，耐老化、耐酸堿等特點，而且施工操作簡單，環境適應性強，尤其是在復雜結構部位，施工優勢明顯，因此在防水市場占據著重要的地位。隨著聚氨酯防水涂料產品標準的修訂與完善，其產品逐漸向著環保、高性能方向發展，提高聚氨酯防水涂料的力學性能成為人們關注的重點之一。重鈣、高嶺土等傳統的填料補強體系均具有一定的局限性，而伊利石礦粉具有天然粒度小、分散性好、比表面積大（1∶40）、徑厚比高、吸附性好等特點，具有良好的補強效果，應用于防水涂料中能產生較多積極的效果。因獨特的4f 軌道電子結構、豐富的能級躍遷、極大的原子磁矩、較強的自旋軌道耦合等特性，稀土化合物在高分子材料領域受到了較廣泛的關注，在抗菌劑、阻燃劑、補強劑、光能轉化劑、穩定劑、催化劑中均有應用。田曉溪等人研究了稀土化合物對塑料、橡膠材料的影響，結果表明，以稀土氧化物作為填料或改性劑的填充體系對高分子材料的理化性能有較顯著地提高。
本研究采用稀土化合物改性常用粉體填料作為補強體系制備了單組分聚氨酯防水涂料，探討了其對防水涂料力學性能的影響。
1 實驗部分
1.1 主要原材料
本研究所用的主要原材料如表1 所示，其中，稀土填料是由稀土氧化物對伊利石礦粉進行摻雜改性而得到的。稀土元素的組成成分及含量見表2。
1.2 防水涂料的制備
將按配方計量的聚醚1000、聚醚2000 和聚醚330 N 加入三口燒瓶中，油浴緩慢升溫并攪拌，當溫度升到100 ℃時向其中加入計量的粉料并攪拌均勻，然后加入分散助劑，升高溫度至120 ℃真空脫水3 h，隨后降溫至85 ℃，同時加入計量的甲苯二異氰酸酯，常壓密閉反應2.5 h 后，向三口燒瓶中加入計量的催化劑、潛固化和溶劑，攪拌均勻后過濾出料。
1.3 試驗方案設計
本研究采用固定配方，以填料種類及配伍作為變量，研究填料種類及配伍對單組分聚氨酯防水涂料性能的影響。試驗設計方案如表3 所示。
1.4 測試方法
1.4.1 涂膜制備
按照GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》中的涂覆及養護方法進行聚氨酯防水涂膜的制備。
1.4.2 水分測定
按照GB/T 6283—2008《化工產品中水分含量的測定卡爾·費休法（通用方法）》測定脫水后防水漿料的含水率。
1.4.3 性能測試
按照GB/T 19250—2013 和GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗方法》中的技術要求和測試方法來測試聚氨酯防水涂料的各項性能。
2 結果分析
針對不同粉體填料的結構特點，選用了伊利石粉、重鈣和高嶺土這3 種具有代表性的粉體填料作為研究對象，其結構特點如表4 所示，各粉體填料在顯微鏡下的形態如圖1 所示。
通過試驗得到了填料種類及配伍對單組分聚氨酯防水涂料物理性能的影響，結果見表5 和圖2。
從圖2 可以看出，伊利石粉、高嶺土、重鈣3 種填料中高嶺土對聚氨酯防水涂料的補強效果最好，伊利石粉次之，重鈣最差。這是因為層狀鱗片狀形態的填料比表面積大，界面效應明顯，從而補強效果好；而顆粒狀形態的填料比表面積小，從而補強效果差。
從圖2 還可看出，以伊利石粉和重鈣為填料制備的聚氨酯防水涂料斷裂伸長率較高，而以高嶺土為填料制備的聚氨酯防水涂料斷裂伸長率較低。這是由于伊利石粉的層間缺失結構，能吸附涂料大分子鏈到晶格夾層中，且在電荷不平衡的情況下，層間的K+會被Ca2+、Mg2+等取代，同時，伊利石粉天然粒度小，在高分子相中分散性好，這些都使得伊利石粉與涂料體系的相容性優于其他粉體填料，較好的相容性使得其對大分子鏈運動的阻礙（即內摩擦）在較低的水平，從而達到增強增韌的效果；而重鈣因為比表面積小，吸附性差，所以對聚氨酯防水涂料斷裂伸長率的影響較小；高嶺土的比表面積大，吸油值高，對大分子鏈段的吸附作用強，從而使得分子鏈滑移困難，以其為填料制備的聚氨酯防水涂料斷裂伸長率較低。
從圖2 同時可以看出，就填料之間的配伍性而言，伊利石粉與重鈣填充體系的補強效果較差，而伊利石粉與高嶺土填充體系補強效果較好，表現出了明顯的“協同作用”，但制得的聚氨酯防水涂料斷裂伸長率較低。稀土填料的引入，不僅使得聚氨酯防水涂料體系的強度大大提高，而且斷裂伸長率也較高，達到768%。這是因為稀土的引入使得高分子材料的結構發生了變化，成核作用、配位作用誘導了大分子鏈的運動和排布；同時，稀土填料對聚氨酯的固化反應具有催化作用。這些因素使得聚氨酯防水涂料結構中的軟硬段分布更加合理，通過誘導硬段結晶來增加強度，細化晶粒來使脆性降低，韌性提高，從而達到補強增韌的效果。稀土填料與高嶺土進行協同補強體系作用于聚氨酯防水涂料中能得到高強度、高韌性的防水材料。
3 結論
采用稀土化合物改性常用粉體填料作為補強體系制備了單組分聚氨酯防水涂料，探討了其對防水涂料力學性能的影響，結果如下：
1） 高嶺土對單組分聚氨酯防水涂料的補強效果最好，伊利石粉次之，重鈣最差。但是，高嶺土補強體系犧牲了材料的韌性，而伊利石粉補強體系在增強的同時也具有增韌的效果。
2） 高嶺土與伊利石粉補強體系表現出了明顯的協同作用，但制得的聚氨酯防水涂料斷裂伸長率較低。
3） 稀土氧化物改性伊利石粉可作為成核劑和補強劑作用于聚氨酯防水涂料中，與高嶺土協同作用對防水涂料的補強增韌效果較好。
慧樂居歡迎您關注中國家居產業，與我們一起共同討論產業話題。
投稿報料及媒體合作
E-mail：luning@ibuychem.com
