水性单组份聚氨酯的应用和防水特性

夏克然

【摘要】本文针对一般涂料的应用性能较低，在施工中的完成时间较长，防水效果较差的问题，提出水性单组份聚氨酯的应用和防水施工特性。水性单组份聚氨酯是以水性聚氨酯树脂为基料，并以水为分散介质的一类涂料，具有常温干燥、耐老化性、耐水性和耐溶剂性，与水混合后黏度小，可灌性好等特点，常应用于纸张、木器、建筑防水施工等领域。通过计算水性单组份聚氨酯涂料施工稳定性安全系数，构建施工质量模型。实验结果表明，水性单组份聚氨酯涂料在施工中的防水效果较好，能提升施工效率。

【关键词】水性单组份;聚氨酯;施工质量

1. 引言

随着环境法规对涂料的挥发性有机化合物（VOC）含量的限制，高性能与低 VOC 含量相结合的水性聚氨酯涂料已成为涂料技术发展的趋势。单组分水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基料，并以水为分散介质的一类涂料，具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源等优点，既具有传统的溶剂性体系的优点，又符合环境法规的要求，是一种可以广泛使用的环保材料，能满足建筑、工业防护、家具、汽车漆等涂料领域的应用。近年来，随着学者对水性单组份聚氨酯的深入研究，取得的成果也越来越丰硕[1]。

文献[2]研究了磷铝酸盐水泥基灌浆材料流变性能及保水性能，探究了水灰比，外加剂对磷铝酸盐水泥流变性能以及保水性能的影响规律。结果表明：水灰比越大，浆体黏度越小，流动性能越好，但浆体越不稳定，越容易离析，而且MgO膨胀剂的掺入，增大了浆体的黏度，其中膨胀剂活性越高，浆体的流变性越差，羟丙基甲基纤维素醚以及钠基膨润土掺入改善水泥浆体保水性能，羟丙基甲基纤维素醚的保水效果优于钠基膨润土，当HPMC掺量大于0.3%，灌浆液不析水，掺加减水剂降低了浆体的黏度，且聚羧酸系减水剂的减水效果优于萘系减水剂，同时减水剂的掺入会使浆体的稳定性下降。文献[3]研究了低温固化环氧树脂灌浆材料的性能，采用硫脲与二乙烯三胺为原料合成硫脲改性胺，然后与多聚甲醛，苯酚进行曼尼斯反应，制得含有硫脲基团的曼尼斯碱作为环氧树脂固化剂，再配以环氧树脂及活性稀释剂制得低温固化环氧树脂灌浆材料，研究了活性稀释剂和固化剂用量对环氧灌浆材料性能的影响，结果表明，浆液的黏度可在500～1000 mPa·s之间调节，固结体抗压强度≥60 MPa，室温（25℃）初凝时间5～10 min可调，低温（5℃）初凝时间30～90 min可调，可用于低温环境下的补强加固及堵漏灌浆材料。

但是上述两种材料在施工中的应用效果不佳，导致施工时间较长，防水效果较差。为此本文提出水性单组份聚氨酯的应用和防水施工特性。

2. 水性单组份聚氨酯的应用

水性聚氨酯是一种应用广泛的对环境友好的涂料，分为单组份聚氨酯和双组份聚氨酯。水性单组份聚氨酯涂料在建筑施工时，不用调配，进行简单的搅拌即可;而双组份聚氨酯涂料需要控制比例进行调配并搅拌，才能使液料均匀混合[4]。双组份聚氨酯涂料使用复杂，成膜质量较差，延长了施工时间，如果在调配和搅拌过程中不严谨，就会影响成膜，出现质量问题，返工极其麻烦，不太适合建筑施工使用。单组份聚氨酯涂料是以水为分散介质，以水性聚氨酯为基料的涂料，降低了挥发性有机溶剂的使用，减少了对环境的污染，具有常温干燥、耐老化性、耐水性、耐溶剂性，与水混合后黏度小，可灌性好等特点。

所以水性单组份聚氨酯涂料一经研发面世就快速得到了社会的认可和广泛应用。

2.1 纸张涂料

水性单组份聚氨酯能够用于纸张涂料，用最少的量就能够提高涂布纸的印刷表面强度，且价格较低，涂层光泽度较好，是别的涂料所不能及的。

2.2 木器涂料

水性单组份聚氨酯作为木器涂料最早进入市场的是体育馆地板涂料，要求施工时尽可能用低挥发性的有机溶剂，耐磨损、时间短、施工方便，且水性单组份聚氨酯木器涂料的光泽度能够达到93.6%，摆杆硬度14d，具有较高的光泽度，硬度较强，装饰性能较好[5]。

2.3 建筑施工

水性单组份聚氨酯涂料在建筑施工的应用中，通过高压注入混凝土裂缝结构中，延展到所有的裂缝都被填满，这样在遇水之后就能够随着交联反应，释放出非常多的气体，产生二次渗压，可以再次将弹性体压进所有的裂缝中，直到渗漏被阻止为止[6]。

2.4 工业维护

水性单组份聚氨酯涂料可以应用在公路桥梁、发电站等工业维护中，具有保护和装饰的作用。其主要特点是耐高低温、耐久、防腐、防锈，不易出现裂纹，从而减少补修频率，减少维修成本[7]。

3. 防水施工质量模型

通过上述部分完成对水性单组份聚氨酯的应用研究，为体现水性单组份聚氨酯涂料的防水特性，从而设计以下施工质量检测方法。

在进行施工建设中，水性单组份聚氨酯涂料对基础的附着力可以引起相对应的水性单组份聚氨酯涂料在基層面上的渗透性[8]。为保证水性单组份聚氨酯防水涂料施工质量，对水性单组份聚氨酯防水涂料施工进行稳定性安全系数的设定。

设定ΣA为水性单组份聚氨酯涂料的附着力，ΣB为全部作用在基层的附着力。C为撕裂强度，H为剥离强度，M1为断裂伸长率，M2为加热伸缩率，N为吸水率，则水性单组份聚氨酯涂料施工安全系数的计算式可以表示为：

（1）

（2）

将ΣE设定为基层荷载应力，ΣD为结构极限承载力，T为凝胶时间，根据上式获得的水性单组份聚氨酯涂料施工安全系数，建立施工质量控制模型：

（3）

4. 实验结果与分析

为了验证本文提出的水性单组份聚氨酯涂料施工效果，对某建筑工程施工现场进行一次模拟实验。建筑工程涂料施工现场如图1所示。

采用文献[2]研究的磷铝酸盐水泥基灌浆材料和文献[3]研究的低温固化环氧树脂灌浆材料、与本文研究的水性单组份聚氨酯涂料，同时进行建筑工程施工，并对防水效果进行对比分析，对比结果如图2所示。

图2  三种涂料的防水率对比结果

根据图2可知，本文研究的水性单组份聚氨酯涂料在建筑施工中的防水率在87%以上，而磷铝酸盐水泥基灌浆材料在建筑施工中的防水率在70%以上，低温固化环氧树脂灌浆材料在建筑施工中的防水率在50%以上，说明本文研究的水性单组份聚氨酯涂料在建筑施工中的防水效果比磷铝酸盐水泥基灌浆材料和低温固化环氧树脂灌浆材料在建筑施工中的防水效果好。

为了进一步验证本文研究的有效性，对水性单组份聚氨酯涂料、磷铝酸盐水泥基灌浆材料和低温固化环氧树脂灌浆材料在建筑施工中的完成时间进行对比分析，对比结果如表1所示。

根据表1可知，水性单组份聚氨酯涂料在建筑施工中的平均完成时间为13.33min，磷铝酸盐水泥基灌浆材料在建筑施工中的平均完成时间为41.67min，低温固化环氧树脂灌浆材料在建筑施工中的平均完成时间为36.67min，说明本文研究的水性单组份聚氨酯涂料在建筑施工中的平均完成时间比磷铝酸盐水泥基灌浆材料和低温固化环氧树脂灌浆材料在建筑施工中的平均完成时间短，是因为本文研究的水性单组份聚氨酯涂料无须调配搅拌，成膜速度快，缩短了建筑施工时间。

5. 结论

为了验证水性单组份聚氨酯涂料的施工优势，本文提出水性单组份聚氨酯的应用和防水施工质量检测方法。通过实验结果可知，本文研究的水性单组份聚氨酯涂料在建筑施工中具有较高的防水效果，能提升施工效率。由此可见，水性单组份聚氨酯涂料在实际使用的过程中，的确有着施工简单、防水性好、耐久性强以及施工成本低等方面的优点。

参考文献

[1]孟永刚， 王向阳. 建筑与环境设计用水性聚氨酯涂料的应用现状及研究进展[J]. 表面技术， 2018， v.47（04）：288-294.

[2]杨蓉， 李相国， 刘卓霖，等. 磷铝酸盐水泥基灌浆材料流变性能及保水性能[J]. 硅酸盐通报， 2017（6）：2043-2048.

[3]曾娟娟， 杨元龙， 马哲. 低温固化环氧树脂灌浆材料的性能研究[J]. 新型建筑材料， 2017， 044（010）：112-115.

[4]王云云， 杨建军， 吴明元等. 水性聚氨酯涂料在建筑领域的应用及研究进展[J]. 涂料与应用， 2018， 048（001）：31-35.

[5]Shi Tianbo， Chen Wenbin. Application of Water-soluble Polyurethane in Anti-seepage and Leak Treatment for Hydraulic Structures Cracks[J]. Water Science and Technology and Economy， 2017， 023（009）：73-77.

[6]黄坤， 刘肖凡， 陆海军等. 纤维素改性水溶性聚氨酯性能试验研究[J]. 新型建筑材料， 2018（8）：155-159.

[7]張育波， 周其运， 刘冬立等. 阴离子型聚氨酯水分散体的合成及其在单组分水性素色漆中的应用[J]. 涂料工业， 2019， 49（02）：55-60.

[8]赵昭， 马兴元， 蒋坤等. 高固含水性聚氨酯发泡涂层的微观结构与性能[J]. 中国皮革， 2019， 048（002）：53-55，60.

（作者单位：四川省建材工业科学研究院、四川省材科院检验检测有限公司）

【中图分类号】TQ339

【文献标识码】A

【文章编号】1671-3362（2020）07-0085-03