0 引言
聚氨酯材料由于具有优异的物理化学性能，满足高速铁路用材料的要求，以聚氨酯为基础，可制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、黏合剂等，在轨道交通的防震减噪、防水、灌封等方面有着广泛的应用[1-2]。
随着近年来高速铁路的快速发展，聚氨酯防水涂料在高铁工程项目中应用越来越广泛[3]，《铁路混凝土桥面防水层技术条件》中严格规定了直接用作防水层的聚氨酯防水涂料的拉伸强度≥6.0MPa，断裂伸长率≥450%。本文基于这一标准要求，探讨了聚氨酯涂料中聚醚、异氰酸酯、交联剂、助剂对聚氨酯防水涂料的影响，制备了一种满足标准要求的高强度聚氨酯防水涂料。
1、试验部分
1.1原材料
聚醚多元醇(DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG)：工业级，山东蓝星东大化工有限责任公司;甲苯二异氰酸酯(TDI)：工业级，拜耳材料科技(中国)有限公司;氯化石蜡(52#)：工业级，南京荣基化工有限公司;煅烧滑石粉(1250目)：工业品，阳山县华兴精细微粉厂;邻苯二甲酸二丁酯(DBP)：工业品，广州市壮达化工有限公司;3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)：工业品，湘园特种精细化工有限公司;辛酸亚锡(T-9)：工业级，上海雨田化工有限公司;防老剂BHT264：工业级，德国YOUNGING(洋樱)集团。
1.2基本配方
A、B组分的基本配方见表1。
1.3制备工艺
A组分：将聚醚DL-1000D、DL-2000D、EP-330NG按一定比例加入四口烧瓶中，升温至110℃并保持压力在-0.085MPa以下脱水2h，降温至80℃，加入TDI反应3h，降温出料即可。
B组分：将氯化石蜡、DBP、EP-330NG、MOCA、滑石粉等按一定比例分散好，加入到四口烧瓶中，升温至110℃脱水2h，降温至50℃，加入T-12、BHT264搅拌均匀即可出料。
1.4主要仪器
电热鼓风干燥箱：DHG-9070，上海浦东荣丰科学仪器有限公司;低温试验箱：DX-40，天津港源试验仪器厂;标准养护箱：JBY-30B，沧州科达路桥试验仪器厂;电子万能拉力试验机：WDW-5型，广州澳金工业自动化系统有限公司。
1.5性能测试
将A、B组分按质量比1∶1混合搅拌3~5min制膜，在标准试验条件(温度(23±2)℃，相对湿度(60±15)%)下养护并检测。
性能测试按照TB/T2965—2011《铁路混凝土桥面防水层技术条件》进行物理性能测试。
2、结果与讨论
2.1涂料主要性能检测结果
按上述A、B组分基本配方合成高强度聚氨酯防水涂料，按照TB/T2965—2011进行物理性能测试，结果见表2。
表2检测结果显示，该涂料各项物理性能指标均达到标准要求，而且性能良好。
2.2NCO含量对涂料性能的影响
B组分配方固定，制得NCO含量不同的A组分，与B组分按质量比1∶1混合制膜，检测其强度和延伸率，结果见表3。
由表3可知，当NCO含量增加，A料中刚性链段增加，极性基团增多，易于形成氢键，涂膜后交联密度增大，试样较硬，拉伸强度则比较大。但刚性链段的增加限制了分子链在拉伸过程中的运动，使得涂膜后延伸率减小。为使涂料综合性能突出，试验中A组分的NCO含量应控制在8.0%~8.5%。
2.3聚醚多元醇对涂料性能的影响
在聚醚二元醇DL-1000D、DL-2000D物质的量比一定的条件下，不同的二元醇与三元醇的物质的量比合成A料，保持预聚体中NCO含量不变，2种聚醚的物质的量比对涂膜性能的影响见表4。
由表4可以看出，物质的量比增大，涂膜强度减小，断裂伸长率增大。原因是聚醚二元醇以直链为主，主要提升延伸性能，聚醚三元醇在与TDI反应时，起交联作用，主要增加涂膜的强度。所以在配方优选时，n(二元醇)/n(三元醇)物质量比控制在14~15，制得的涂料涂膜性能良好。
2.4B组分中固化剂MOCA含量对涂料性能的影响
MOCA可以在聚氨酯、聚脲类制品的生产中作为扩链剂、固化剂使用。不同MOCA含量制得的B组分与NCO含量为8.0%的A组分按1∶1制膜，测得涂料涂膜性能结果见表5。
从表5可以看出，MOCA含量增加，反应加快，使得表干时间缩短，拉伸强度增加，而断裂延伸率则先增大后减小。原因是改性MOCA交联剂中含有4个活泼氢原子，活性高，反应后交联密度大，且带的苯环是属于刚性链段，随着用量增加，刚性链段增加，强度增强，断裂延伸率则是增加到一定程度后开始下降，作为配方优选，MOCA含量应控制在12%~14%，制得的涂料涂膜性能优异。
2.5B组分中抗氧剂含量对涂料热老化性能的影响
聚氨酯防水涂料成膜后，在光和热的作用下，分子中的部分直链和基团会分解断裂，造成涂膜性能下降。在配方中加入一定量的抗氧剂，能有效地减缓性能的老化过程，目前聚氨酯涂料常用的抗氧剂是受阻酚类。B组分中抗氧剂BHT264含量对涂料热处理性能的影响见表6。
从表6中可以看出，随着抗氧剂含量的增加，涂膜的热处理强度保持率和热处理延伸率都增大，使得聚氨酯涂膜的耐热性能得到大幅提升，当增加到2.0%后，热处理性能变化不大，作为配方优选，BHT264应控制在1.5%~2.0%。
2.6聚氨酯防水涂料黏度变化对施工性能的影响
聚氨酯防水涂料在施工时，需将A、B组分按一定的配比混合搅拌均匀后方可施工，A、B组分在混合后，就开始反应，黏度随时间而增大，黏度增大过快，将影响施工的涂刮性能。所以，在配方研制过程中，需要适度控制反应的速度来控制涂料混合后的黏度，使涂料具有更好的施工性能。通过调节催化剂的含量，室温(25℃)下测试涂料在A、B组分混合后30min的黏度变化见图1。
从图1中可以看出，催化剂T-9含量在0.05%~0.10%时，A、B组分混合30min后，黏度在20000~30000mP·s，且黏度变化平稳，不会急剧增大，涂料的涂刮性良好。T-9含量大于0.1%后，涂料黏度急剧增大，不利于施工，所以在该体系中T-9含量应控制0.05%~0.10%。
3、结语
本试验重点分析了NCO含量、二元醇与三元醇物质的量比、MOCA含量、抗氧剂含量对涂膜性能的影响，还讨论了催化剂T-9含量对A、B组分混合后黏度的影响。经测试结果对比，该铁路用高强度聚氨酯防水涂料配比中，NCO含量为8.0%~8.5%、n(二元醇)/n(三元醇)物质的量比在14~15、MOCA含量在12%~14%、抗氧剂BTH264含量在1.5%~2.0%、催化剂T-9含量在0.05%~0.10%时制得的聚氨酯防水涂料物理性能和施工性能达到最佳。
