新型環保催化劑在澆注型聚氨酯

柯玉劍

摘要：澆注型聚氨酯具有高強度、韌性好、耐磨及耐油等優點，是一種高效的灌縫用高分子材料，不僅可以靠自身高變形能力滿足裂縫寬度周期性變化，而且能夠與裂縫界面有很好的粘結性。基于此，本文就新型環保催化劑在澆注型聚氨酯進行簡要探討。

關鍵詞：催化劑;澆注型;聚氨酯

一、實驗部分

1. 主要原料

聚四氫呋喃二醇（PTMEG，Mn=1000、1500、2000和3000），工業級，三菱化學株式會社;二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI-50，NCO質量分數31%～33%），工業級，萬華化學集團股份有限公司;1，4-丁二醇（BDO），分析純，天津市光復精細化工研究所;丙三醇，分析級，上海國藥集團化學試劑有限公司;二丁基錫二月桂酸酯，工業級，新典化學材料（上海）有限公司。

2.聚氨酯澆注膠預聚物（A組分）制備

將PTMEG加入四口燒瓶，緩慢升溫至105℃，-0.095MPa的真空下脫水2.5h后降溫到55℃。在勻速攪拌下加入MDI-50，并緩慢升溫至80℃反應4h獲得MDI型預聚物（A組分）。將產物冷卻至45℃后真空脫泡10min，密封保存。

3.聚氨酯澆注膠彈性體的制備

先將BDO、丙三醇與定量的催化劑、輕質碳酸鈣（質量分數0～20%）、抗氧劑（質量分數0～2%）等混合攪拌1h后真空脫泡3min，制成B組分。再將預聚體A組分與B組分按照合適的比例迅速混合攪拌均勻，真空脫泡3min后倒入標準模具中，并將模具放置在60℃烘箱中24h，保證聚氨酯澆注膠材料完全反應。

4.性能測試

（1）聚氨酯澆注膠固化物（彈性體）的拉伸強度和斷裂伸長率按GB/T528—2009方法測試;硬度按GB/T531.1—2008方法測定。（2）聚氨酯澆注膠低溫粘結性能按照GB/T5210—2006測定;彈性體綜合低溫拉伸性能按照JT/T740—2015測定。

二、結果與討論

1. PTMEG分子量對聚氨酯力學性能的影響

在聚氨酯分子鏈中，PTMEG作為柔性鏈段，其1—澆注膠;2—水泥塊圖2綜合低溫拉伸試件分子量直接影響分子鏈柔性鏈段的比例和可變形能力，宏觀表現為對聚氨酯澆注膠的硬度、斷裂伸長率、拉伸強度等指標有較大影響。因此首先選取不同相對分子質量的PTMEG合成聚氨酯澆注膠樣品，在R值為1.05，預聚物NCO質量分數為6%條件下，研究不同分子量的PTMEG對聚氨酯澆注膠固化物力學性能的影響。

隨著PTMEG分子量的增加，聚氨酯彈性體的硬度、拉伸強度減小，而斷裂伸長率則逐漸增加。這是由于隨著PTMEG分子量增加，柔性分子鏈段占比提高，硬段含量降低，使得材料力學強度下降，柔性變形能力提升。當PTMEG的相對分子質量由2000增加到3000時，聚氨酯的拉伸強度下降22.5%，但斷裂伸長率僅增加3.4%。另外考慮到路面有小碎石可能在車輛載荷作用下侵入到澆注膠中，需要聚氨酯澆注膠在具有較好變形能力的同時應具有一定強度，因此認為PTMEG相對分子質量為2000時具有較好的綜合性能。

2.擴鏈劑/交聯劑摩爾比對聚氨酯力學性能影響

擴鏈劑BDO與交聯劑丙三醇摩爾比（nBDO/n丙三醇）對聚氨酯大分子結構同樣具有較大影響。實驗選用PTMEG2000，在R值為1.05、預聚物NCO質量分數為6%條件下，研究nBDO/n丙三醇對聚氨酯澆注膠固化物力學性能的影響。隨著丙三醇在擴鏈劑/交聯劑混合物中比例的提高，聚氨酯硬度、拉伸強度逐漸增大，而斷裂伸長率逐漸減小。這是因為僅采用擴鏈劑BDO（nBDO/n丙三醇為20∶0）時，聚氨酯分子為線性結構，伸長率最大;在R值保持不變的情況下，隨著丙三醇比例增加，大分子鏈的交聯密度增加，造成聚氨酯柔性下降;分子鏈的滑動受限，有利于應力分散，使得拉伸強度提高。嚴寒地區用聚氨酯澆注膠需要有一定強度，且保持較好的柔性可變形能力。綜合考慮，BDO與丙三醇摩爾比以19∶1為宜。

3.R值對聚氨酯澆注膠力學性能的影響

R值對聚氨酯材料的拉伸強度和斷裂伸長率等有較大影響。實驗選用PTMEG2000，在BDO與丙三醇摩爾比為19∶1、預聚物NCO質量分數為6%條件下，研究R值對聚氨酯澆注膠固化物力學性能的影響。

隨著R值增大，聚氨酯澆注膠固化物的硬度和拉伸強度逐漸增大，斷裂伸長率先升后降。這是由于在B組分中BDO和丙三醇等會吸收微量水分，導致實際R值低于理論值，當R值≤1時，羥基過量，少量擴鏈劑/交聯劑未發生反應，使得聚氨酯澆注膠固化物表現出發黏和變軟。隨著R值的增大，NCO基團含量增多，聚氨酯反應完全，聚氨酯微相分離結構中，硬段含量逐漸增加，物理交聯點增多，分子鏈的強度和伸長變形能力增強。但當R值進一步增大，過量的NCO基團與空氣中水分反應形成聚脲，分子結構中的硬段含量顯著增加，分子間的作用力增強，聚氨酯澆注膠固化物拉伸強度和硬度增加，斷裂伸長率降低，說明彈性變形能力變差。因此R值為1.05的澆注膠彈性體材料綜合性能最佳。

4.聚氨酯澆注膠低溫路用性能的評價

嚴寒地區澆注膠的破壞失效主要由于低溫環境下，澆注膠柔性變形能力降低，出現澆注膠本體開裂和澆注膠與裂縫槽壁粘結失效兩種主要形式。采用交通運輸行業標準JT/T740—2015《路面加熱型密封膠》中的綜合低溫拉伸試驗來評價聚氨酯澆注膠固化物在嚴寒低溫環境下的綜合拉伸性能，同時采用低溫拉伸試驗和低溫拉拔試驗分別研究低溫環境下聚氨酯澆注膠的本體拉伸性能和與槽壁界面粘結性能，以評價聚氨酯澆注膠低溫環境下路用性能，聚氨酯澆注膠的綜合低溫拉伸破壞伸長率和斷裂伸長率都出現緩慢降低的趨勢，并隨著溫度降低，伸長率降低速率增大，而聚氨酯澆注膠粘結強度隨溫度降低變化不明顯，基本保持在1.1MPa。當試驗溫度達到-40℃，聚氨酯澆注膠粘接試樣綜合拉伸破壞伸長率和自身斷裂伸長率分別達到310%和380%，一般瀝青基澆注膠固化物斷裂伸長率不高于100%，說明聚氨酯澆注膠的低溫可變形能力好于瀝青基澆注膠，較好滿足現行交通運輸行業標準，適用于嚴寒地區的裂縫處置。

參考文獻：

[1]張曉年，陳思進.淺析新型環保催化劑在澆注型聚氨酯[J].門窗，2019（20）：196-198.

[2]李海生，王偉偉.新型環保催化劑在澆注型聚氨酯優化措施[J].居舍，2020（14）：145-150.