聚脲喷涂用双组份环氧底涂材料

周海军，陈孝起，李富杰，李彦涛

（河北省科学院能源研究所，河北 石家庄 050081）

喷涂聚脲防腐涂料是双组份、无溶剂新型材料，该涂料涂层固化快、强度高、耐老化、广泛应用于防腐、防水、耐磨等领域［1～2］。在聚脲应用中，混凝土防护所占比例最大。但当聚脲应用在混凝土表面时，需要使用底涂材料其原因有两个：一是封闭混凝土基层中的水分，以避免水与聚脲反应，产生气体，使涂层出现彭泡和针孔；二是可以起到胶粘剂的作用，增强聚脲涂层与基层的粘接力［3～5］。本文目的是研制一种粘接强度高、低成本、适用于混凝土表面喷涂聚脲用的双组份环氧底涂材料。

1 实验部分

1.1 主要原料

环氧树脂E51，工业级，蓝星新材料无锡树脂厂；活性稀释剂501、环氧固化剂D1303、固化促进剂D0592，均为工业级，上海君江科技有限公司；偶联剂WD－60，工业级，湖北武大有机硅新材料有限公司；滑石粉，325目。

1.2 测试设备

拉拔仪，Psitest AT自动液压拉拔仪；傅里叶红外光谱仪，5DX－B型，美国Nicolet公司。

1.3 双组份环氧底涂材料的制备

1.3.1 A组分的制备

在低速搅拌下，按一定比例将树脂E51和活性稀释剂501混合均匀，然后缓慢加入偶联剂处理的滑石粉，搅拌至均匀，备用。

1.3.2 B组分的制备

在低速搅拌下，将一定比例的环氧固化剂D1303和偶联剂处理的滑石粉混合，搅拌至均匀，备用。

1.4 试样的制备

采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，制备成70×70×20mm试验用混凝土试块。将A、B双组份环氧树脂底涂材料按质量比为2∶1调匀，用刮板均匀地刮在混凝土试块上，按要求养护足够的时间，然后喷涂聚脲，厚度约为1.5mm。试件在室温下放置5天后，用环氧树脂粘接金属拉拔接头，静放7天后进行拉拔试验。

2 结果与讨论

2.1 结构分析

通过环氧树脂E51与固化剂D1303进行加成，经过逐步聚合反应历程，形成体型网状结构，反应机理如图1所示。并利用红外光谱法，对其得到的环氧固化膜的分子结构进行分析，如图2所示。

图1 反应机理方程式

图2 红外光谱图

从图2可以看出，在活性稀释剂501及树脂E51的红外光谱图中，位于1270cm－1、839cm－1处发现环氧基的相应特征吸收峰；然而在固化膜的红外光谱图中，位于1270cm－1、839cm－1处的特征吸收峰减弱甚至消失，并且位于3365cm－1处发现了宽而钝的—OH基特征吸收峰，由此可以说明：环氧树脂中的环氧基与固化剂中的氨基发生了加成反应，形成交联体型结构。

2.2 底涂树脂种类对粘接性能的影响

聚脲防水材料采用喷涂施工，固化速度极快，一般在数秒内即可开始凝胶，1min内即可达到触干，施工速度快，但同时带来一个显著的缺点：聚脲材料与基材渗透时间不够，导致与基材的附着力差，因此必须选择合适的底涂材料以提高聚脲与混凝土基材的附着力，为此对聚酯树脂、聚氨酯树脂以及环氧树脂等不同高分子材料作为底涂材料进行比较，结果如表1所示。

表1 底涂树脂种类对粘接性能的影响

由表1可以看出：在三种底涂材料中环氧树脂的粘接强度最高。这是因为环氧树脂中的—OH和—O—键能与混凝土基材相互吸引并进行桥接，提高底涂的附着力；同时环氧底涂中残留大量的—OH、—NH、—NH2能与聚脲中的—NCO发生化学反应，使聚脲与混凝土基材的附着力大大提高。

2.3 固化剂种类对粘接性能的影响

环氧树脂属于热固性材料，单独使用几乎没有什么价值，只有在使用中加入固化剂，并在一定条件下发生固化反应，生成体型网状结构的产物，才会显现出各种优良的性能，成为具有较高使用价值的环氧材料。针对聚脲喷涂的应用和施工要求，本文选用环氧树脂E51与三种不同固化剂复配并进行比较，结果如表2所示。

表2 固化剂品种对粘接性能的影响

由表2可知，固化剂D1303的粘接强度、表干时间均明显高于固化剂DMP－30和固化剂T31。这是因为固化剂T31分子结构属短链，固化剂DMP－30的分子量较低，由这两种固化剂制得的固化物较脆，粘接强度低；而固化剂D1303的分子结构中含有脂肪胺类分子的活性氢，又含有能起催化、促进环氧树脂固化的基团和苯环结构，使其表干时间，粘接强度明显提高。

2.4 填料对粘接性能的影响

在施工过程中，环氧树脂底涂的黏度过低，不利于混凝土毛细孔的封闭，而黏度过高，不利于渗透，均不利于聚脲与混凝土的粘接。而使用填料可以提高树脂的黏度，同时还可以减少树脂的用量、降低成本，并使固化物的性能得到改善，降低热膨胀系数，提高抗冲击性能和耐磨性能。笔者讨论比较了不同填料用量对双组份环氧底涂材料粘接强度的影响，其中填料用量为所占环氧树脂E51、稀释剂以及固化剂总量的质量百分数，其结果如图3所示。

图3 填料用量对粘接强度的影响

如图3所示，填料的添加明显的提高了聚脲与基材的粘接强度，但其填料用量不能过多，以约100%为宜。若继续增加填料用量，使体系中的有效成分过低，树脂黏度过高，导致聚脲与基材的粘接强度迅速降低。

3 结论

喷涂聚脲材料固化速度快、对基材润湿性差、粘接强度低，加之混凝土呈多孔性结构，空隙中存有大量水汽，使涂层产生彭泡和针孔等缺陷，所以在使用喷涂聚脲前需要使用底涂材料。笔者使用环氧树脂E51，活性稀释剂501、环氧固化剂D1303及填料等原料，研制出了表干时间不超过2h，粘接强度3.5MPa，原材料成本12.1元／kg以下，封闭效果好的聚脲用双组份环氧底涂材料。

［1］ 王玉峰，沈春林，褚建军，等，环氧树脂喷涂聚脲用底涂的研究［J］.中国建筑防水，2010，（10）：36－38.

［2］ 薛书敏，王文灏，沈露，等.聚脲防水基层处理剂的性能探索［J］.中国建筑防水，2010，（5）：11－13.

［3］ 叶林宏.高渗透改性环氧基层处理剂及其应用［J］.中国涂料，2009，24（10）：43－49.

［4］ 刘彦东，赵希娟，潘美，等.环氧基聚脲封闭底涂的性能研究［J］.2009，47（5）：16－18.

［5］ 刘彦东，赵希娟，潘美，等.适用于混凝土基面聚脲封闭底涂的性能研究［J］.2009，（2）：70－73.