MDI生产高性能环保型聚氨酯防水涂料的研制

高伟华 孙威 江书雄 周华利

(1-辽宁工程技术大学资源与环境工程学院环境09-1，阜新 123000)

(2-辽宁工程技术大学机械工程学院液压09-2，阜新 123000)

(3-辽宁工程技术大学理学院信息与计算科学10-2，阜新 123000)

(4-辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，阜新 123000)

MDI生产高性能环保型聚氨酯防水涂料的研制

高伟华1孙威2江书雄3周华利4

(1-辽宁工程技术大学资源与环境工程学院环境09-1，阜新 123000)

(2-辽宁工程技术大学机械工程学院液压09-2，阜新 123000)

(3-辽宁工程技术大学理学院信息与计算科学10-2，阜新 123000)

(4-辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，阜新 123000)

以MDI和DL2000为主要原料，通过正交实验，获得了制备高性能环保型聚氨酯防水涂料的最佳工艺条件；并添加固体填料膨润土，分析其对涂膜性能的影响。最后进行了红外光谱、热重分析和其他综合性能等测试。实验结果表明：制备高性能环保型聚氨酯防水涂料的最佳工艺条件为MDI和DL2000的最佳配比NCO/OH=2:1（物质的量之比，下同），交联剂3%（质量分数，下同），催化剂2%，反应温度60℃，反应时间70min；膨润土的最佳添加量为4%，并且提高了涂膜的热稳定性；制备的防水涂料具有较高的力学强度，良好的附着力、较低的吸水率、较好的热稳定性和耐酸碱性能。

MDI；高性能；环保型；防水涂料

聚氨酯涂料因其具有优异的弹性、耐久性、耐磨性、耐药品性、防水层轻、无接缝、容易修补、适宜作外露防水层等特点而被广泛应用[1]。目前国内市场上主要使用甲苯二异氰酸酯（TDI）生产聚氨酯防水涂料，这也是最早在聚氨酯材料中使用的异氰酸酯[2]。二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）是继TDI后发展起来的一种极其重要的异氰酸酯，分子量比TDI大，蒸汽压低，产品挥发性较小，没有TDI的强烈刺激性气味，环境污染小，能耗低，对人体毒性相对较小，有利于工业安全防护和工人身体健康，受到聚氨酯行业的欢迎[3-4]。本实验用MDI制备聚氨酯涂料，并且添加了膨润土，旨在获得综合性能优异，并且环保无毒的防水涂料。

1 实验部分

1.1 主要原料

二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），上海雨田化工有限公司；聚醚二元醇（DL2000），山东蓝星东大化工有限责任公司；三羟甲基丙烷，国药集团化学试剂有限公司；邻苯二甲酸二辛脂，沈阳迪高；二月桂酸二丁基锡，天津市瑞金特化学品有限公司；膨润土，沈阳钠基泥浆膨润土厂。

1.2 主要仪器与设备

数显恒温水浴锅，H H-4型，常州国华电器厂；热重测试仪，STA449C型，德国耐驰公司；傅里叶红外光谱，FT2000型，美国尼高力公司；拉伸试验，XLD-1KN，承德试验机有限责任公司；漆膜冲击机，QCJ型，南京安铎贸易有限责任公司。

1.3 涂膜的制备

先将一定量的DL2000在高温下脱水，接着按顺序放入一定比例的MDI，催化剂二月桂酸二丁基锡，交联剂三羟甲基丙烷，控制反应时间和温度，降温出料。最后依次加入一定量的邻苯二甲酸二辛脂和膨润土，室温下不断搅拌得到高性能环保型聚氨酯防水涂料。将制得的涂料涂在打磨平整光滑的铁板上，厚度约2mm。置于室温下2天，自然晾干成膜之后，在烘干箱中干燥得到厚度约为0.6～1mm的涂膜。配方见表1。

表1：涂料的基础配方Tab.1：The basic formula of the coating

1.4 性能检测

傅里叶红外光谱仪检测内部基团；热重测试仪检测其热稳定性；附着力按照GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》标准测定；拉伸强度根据GB/T 16421-1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》标准测定；冲击强度根据GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》标准测定；吸水率，参照GB/T 1738-1979《绝缘漆漆膜吸水率测定法》标准进行；耐酸性和耐碱性根据GB/T 1763-1979《漆膜耐化学试剂性测定法》标准测定。

2 结果与讨论

2.1 正交实验设计

水平因素表见表2。

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

2.2 正交实验结果

由表3可知，通过正交实验的极差分析，各因素对涂膜的平均冲击强度的影响顺序是：A>B>E>C>D。故最佳方案为A3B3C3D1 E3。即NCO/OH的比值为2:1，交联剂添加量为3%，催化剂添加量为2%，反应温度为60℃，反应时间为70min。

表3：正交实验表Table.3：The table of orthogonal experiment

2.3 红外光谱分析

从图1可以看出，NCO与OH反应得到的NH的吸收振动峰在3342cm-1处，2917cm-1的峰值表示C-H吸收振动峰，2261cm-1处的峰值表示NCO存在，1732 cm-1左右处峰为氨酯键中羰基C=O的伸缩振动峰，由此看来，NCO与OH 确实发生了反应生成了新的NHCOO基团。红外光谱证实了DL2000与MDI形成了聚氨酯。

图1：红外光谱图Fig.1：The infrared spectrogram

2.4 膨润土加入量对涂膜冲击强度的影响

从图2可以看出，当膨润土的加入量为4%时，涂膜的冲击强度达到最佳值。这是由于随着膨润土的加入，其在体系内部均匀分散，使整体的化学键更加稳定，提高了涂膜的冲击强度；但是当含量超过4%时，体系的结构被破坏，键与键之间的连接被阻碍，导致涂膜的冲击强度会下降。

图2 ：膨润土加入量与冲击强度的关系Fig.2：the relationship between the amount of bentonite and the impact strength

2.5 热重分析

由图3可知，添加膨润土的涂料的起始分解温度Ti为293.24℃，50%热失重的温度为363.48℃，热反应终止温度Tf为650.12℃。未添加膨润土的涂料的Ti为278.53℃，50%热失重的温度为352.51℃，Tf为632.35℃。这些数据表明，添加膨润土后，涂料的热稳定性能大大提高了，这是由于添加膨润土后的体系结构更加紧密，相互之间的作用力也更加显著，从而体现出较高的热稳定性能。

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

2.6 涂料的主要性能指标

性能指标表见表4。

表4 性能指标表

Table.4 The table of performance index

3 结论

1）制备高性能环保型聚氨酯防水涂料的最佳工艺条件为MDI和DL2000的最佳配比NCO/OH=2:1，交联剂添加量为3%，催化剂添加量为2%，反应温度为60℃，反应时间为70min。

2）NCO与OH 确实发生了反应生成了新的NHCOO基团，DL2000与MDI形成了聚氨酯。

3）膨润土的最佳添加量为4%，并且提高了涂膜的热稳定性。

4）制备的防水涂料具有较高的力学强度，良好的附着力、较低的吸水率、较好的热稳定性和耐酸碱性能。

[1] 任琳.环保型聚氨酯防水涂料研究进展[J].现代涂料与涂装,2008,11(1):37～38.

[2] 康杰分,褚建军,沈春林.MDI生产环保型聚氨酯防水涂料的影响因素[J].新型建筑材料,2008,（1）:77～79.

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

[4] 徐培林.聚氨酯材料手册[M].北京：化学工业出版社,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.

周华利 从事工作：主要从事新型高分子材料的研究