MDI生產高性能環保型聚氨酯防水涂料的研制

高偉華 孫威 江書雄 周華利

(1-遼寧工程技術大學資源與環境工程學院環境09-1，阜新 123000)

(2-遼寧工程技術大學機械工程學院液壓09-2，阜新 123000)

(3-遼寧工程技術大學理學院信息與計算科學10-2，阜新 123000)

(4-遼寧工程技術大學材料科學與工程學院，阜新 123000)

MDI生產高性能環保型聚氨酯防水涂料的研制

高偉華1孫威2江書雄3周華利4

(1-遼寧工程技術大學資源與環境工程學院環境09-1，阜新 123000)

(2-遼寧工程技術大學機械工程學院液壓09-2，阜新 123000)

(3-遼寧工程技術大學理學院信息與計算科學10-2，阜新 123000)

(4-遼寧工程技術大學材料科學與工程學院，阜新 123000)

以MDI和DL2000為主要原料，通過正交實驗，獲得了制備高性能環保型聚氨酯防水涂料的最佳工藝條件；并添加固體填料膨潤土，分析其對涂膜性能的影響。最后進行了紅外光譜、熱重分析和其他綜合性能等測試。實驗結果表明：制備高性能環保型聚氨酯防水涂料的最佳工藝條件為MDI和DL2000的最佳配比NCO/OH=2:1（物質的量之比，下同），交聯劑3%（質量分數，下同），催化劑2%，反應溫度60℃，反應時間70min；膨潤土的最佳添加量為4%，并且提高了涂膜的熱穩定性；制備的防水涂料具有較高的力學強度，良好的附著力、較低的吸水率、較好的熱穩定性和耐酸堿性能。

MDI；高性能；環保型；防水涂料

聚氨酯涂料因其具有優異的彈性、耐久性、耐磨性、耐藥品性、防水層輕、無接縫、容易修補、適宜作外露防水層等特點而被廣泛應用[1]。目前國內市場上主要使用甲苯二異氰酸酯（TDI）生產聚氨酯防水涂料，這也是最早在聚氨酯材料中使用的異氰酸酯[2]。二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）是繼TDI后發展起來的一種極其重要的異氰酸酯，分子量比TDI大，蒸汽壓低，產品揮發性較小，沒有TDI的強烈刺激性氣味，環境污染小，能耗低，對人體毒性相對較小，有利于工業安全防護和工人身體健康，受到聚氨酯行業的歡迎[3-4]。本實驗用MDI制備聚氨酯涂料，并且添加了膨潤土，旨在獲得綜合性能優異，并且環保無毒的防水涂料。

1 實驗部分

1.1 主要原料

二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），上海雨田化工有限公司；聚醚二元醇（DL2000），山東藍星東大化工有限責任公司；三羥甲基丙烷，國藥集團化學試劑有限公司；鄰苯二甲酸二辛脂，沈陽迪高；二月桂酸二丁基錫，天津市瑞金特化學品有限公司；膨潤土，沈陽鈉基泥漿膨潤土廠。

1.2 主要儀器與設備

數顯恒溫水浴鍋，H H-4型，常州國華電器廠；熱重測試儀，STA449C型，德國耐馳公司；傅里葉紅外光譜，FT2000型，美國尼高力公司；拉伸試驗，XLD-1KN，承德試驗機有限責任公司；漆膜沖擊機，QCJ型，南京安鐸貿易有限責任公司。

1.3 涂膜的制備

先將一定量的DL2000在高溫下脫水，接著按順序放入一定比例的MDI，催化劑二月桂酸二丁基錫，交聯劑三羥甲基丙烷，控制反應時間和溫度，降溫出料。最后依次加入一定量的鄰苯二甲酸二辛脂和膨潤土，室溫下不斷攪拌得到高性能環保型聚氨酯防水涂料。將制得的涂料涂在打磨平整光滑的鐵板上，厚度約2mm。置于室溫下2天，自然晾干成膜之后，在烘干箱中干燥得到厚度約為0.6～1mm的涂膜。配方見表1。

表1：涂料的基礎配方Tab.1：The basic formula of the coating

1.4 性能檢測

傅里葉紅外光譜儀檢測內部基團；熱重測試儀檢測其熱穩定性；附著力按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》標準測定；拉伸強度根據GB/T 16421-1996《塑料拉伸性能小試樣試驗方法》標準測定；沖擊強度根據GB/T 1732-1993《漆膜耐沖擊測定法》標準測定；吸水率，參照GB/T 1738-1979《絕緣漆漆膜吸水率測定法》標準進行；耐酸性和耐堿性根據GB/T 1763-1979《漆膜耐化學試劑性測定法》標準測定。

2 結果與討論

2.1 正交實驗設計

水平因素表見表2。

表2：水平因素表Table.2：The factors and levels

2.2 正交實驗結果

由表3可知，通過正交實驗的極差分析，各因素對涂膜的平均沖擊強度的影響順序是：A>B>E>C>D。故最佳方案為A3B3C3D1 E3。即NCO/OH的比值為2:1，交聯劑添加量為3%，催化劑添加量為2%，反應溫度為60℃，反應時間為70min。

表3：正交實驗表Table.3：The table of orthogonal experiment

2.3 紅外光譜分析

從圖1可以看出，NCO與OH反應得到的NH的吸收振動峰在3342cm-1處，2917cm-1的峰值表示C-H吸收振動峰，2261cm-1處的峰值表示NCO存在，1732 cm-1左右處峰為氨酯鍵中羰基C=O的伸縮振動峰，由此看來，NCO與OH 確實發生了反應生成了新的NHCOO基團。紅外光譜證實了DL2000與MDI形成了聚氨酯。

圖1：紅外光譜圖Fig.1：The infrared spectrogram

2.4 膨潤土加入量對涂膜沖擊強度的影響

從圖2可以看出，當膨潤土的加入量為4%時，涂膜的沖擊強度達到最佳值。這是由于隨著膨潤土的加入，其在體系內部均勻分散，使整體的化學鍵更加穩定，提高了涂膜的沖擊強度；但是當含量超過4%時，體系的結構被破壞，鍵與鍵之間的連接被阻礙，導致涂膜的沖擊強度會下降。

圖2 ：膨潤土加入量與沖擊強度的關系Fig.2：the relationship between the amount of bentonite and the impact strength

2.5 熱重分析

由圖3可知，添加膨潤土的涂料的起始分解溫度Ti為293.24℃，50%熱失重的溫度為363.48℃，熱反應終止溫度Tf為650.12℃。未添加膨潤土的涂料的Ti為278.53℃，50%熱失重的溫度為352.51℃，Tf為632.35℃。這些數據表明，添加膨潤土后，涂料的熱穩定性能大大提高了，這是由于添加膨潤土后的體系結構更加緊密，相互之間的作用力也更加顯著，從而體現出較高的熱穩定性能。

圖3:涂料的TG圖Fig.3:The TG curves of coating

2.6 涂料的主要性能指標

性能指標表見表4。

表4 性能指標表

Table.4 The table of performance index

3 結論

1）制備高性能環保型聚氨酯防水涂料的最佳工藝條件為MDI和DL2000的最佳配比NCO/OH=2:1，交聯劑添加量為3%，催化劑添加量為2%，反應溫度為60℃，反應時間為70min。

2）NCO與OH 確實發生了反應生成了新的NHCOO基團，DL2000與MDI形成了聚氨酯。

3）膨潤土的最佳添加量為4%，并且提高了涂膜的熱穩定性。

4）制備的防水涂料具有較高的力學強度，良好的附著力、較低的吸水率、較好的熱穩定性和耐酸堿性能。

[1] 任琳.環保型聚氨酯防水涂料研究進展[J].現代涂料與涂裝,2008,11(1):37～38.

[2] 康杰分,褚建軍,沈春林.MDI生產環保型聚氨酯防水涂料的影響因素[J].新型建筑材料,2008,（1）:77～79.

[3] 牛光全.論建筑防水材料的新進展[J].新型建筑材料,2007,(8):21-25.

[4] 徐培林.聚氨酯材料手冊[M].北京：化學工業出版社,2002:31-36.

Preparation of high-performance and environmental polyurethane waterproof coating with MDI

Gao weihua1Sun wei2Jiang shuxiong3Zhou huali4
(1-Institute of resource and environmental engineering,environment 09-1 class ,Liaoning Technical University,Fuxin 123000 ,China )
(2-Institute of mechanical engineering,hydraumatic 09-2 class,Liaoning Technical University,Fuxin 123000 ,China )
(3-Institute of science,information and computer science 10-2 clsss,Liaoning Technical University,Fuxin 123000 ,China )
(4-Institute of material science and engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 123000 ,China )

The optimum technological condition of high-performance and environmental polyurethane waterproof coating was obtained by using MDI and DL2000 through the orthogonal experiment,then added solid packing bentonite to analyse the in fl uence of the properties of the fi lm.The infrared spectrum,thermogravimetric analysis and other comprehensive performance was tested.The result showed that when the ratio of MDI and DL2000 was NCO/OH=2:1,crosslinking agent at 3%,catalyst at 2%,reaction temperature at 60oC and time at 70 min,the optimum technological condition of high-performance and environmental polyurethane waterproof coating was obtained.The best adding amount of bentonite for 4%,and then improved the thermal stability of the fi lm.The fi nal waterproof coating had high mechanical strength and adhesion force,low water adsorption rate,high thermal stability and corrosive acid and base resistance.

MDI；High-performance；Environmental protection；Waterproof coating.

周華利 從事工作：主要從事新型高分子材料的研究