新型环保催化剂在浇注型聚氨酯

柯玉剑

摘要：浇注型聚氨酯具有高强度、韧性好、耐磨及耐油等优点，是一种高效的灌缝用高分子材料，不仅可以靠自身高变形能力满足裂缝宽度周期性变化，而且能够与裂缝界面有很好的粘结性。基于此，本文就新型环保催化剂在浇注型聚氨酯进行简要探讨。

关键词：催化剂;浇注型;聚氨酯

一、实验部分

1. 主要原料

聚四氢呋喃二醇（PTMEG，Mn=1000、1500、2000和3000），工业级，三菱化学株式会社;二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI-50，NCO质量分数31%～33%），工业级，万华化学集团股份有限公司;1，4-丁二醇（BDO），分析纯，天津市光復精细化工研究所;丙三醇，分析级，上海国药集团化学试剂有限公司;二丁基锡二月桂酸酯，工业级，新典化学材料（上海）有限公司。

2.聚氨酯浇注胶预聚物（A组分）制备

将PTMEG加入四口烧瓶，缓慢升温至105℃，-0.095MPa的真空下脱水2.5h后降温到55℃。在匀速搅拌下加入MDI-50，并缓慢升温至80℃反应4h获得MDI型预聚物（A组分）。将产物冷却至45℃后真空脱泡10min，密封保存。

3.聚氨酯浇注胶弹性体的制备

先将BDO、丙三醇与定量的催化剂、轻质碳酸钙（质量分数0～20%）、抗氧剂（质量分数0～2%）等混合搅拌1h后真空脱泡3min，制成B组分。再将预聚体A组分与B组分按照合适的比例迅速混合搅拌均匀，真空脱泡3min后倒入标准模具中，并将模具放置在60℃烘箱中24h，保证聚氨酯浇注胶材料完全反应。

4.性能测试

（1）聚氨酯浇注胶固化物（弹性体）的拉伸强度和断裂伸长率按GB/T528—2009方法测试;硬度按GB/T531.1—2008方法测定。（2）聚氨酯浇注胶低温粘结性能按照GB/T5210—2006测定;弹性体综合低温拉伸性能按照JT/T740—2015测定。

二、结果与讨论

1. PTMEG分子量对聚氨酯力学性能的影响

在聚氨酯分子链中，PTMEG作为柔性链段，其1—浇注胶;2—水泥块图2综合低温拉伸试件分子量直接影响分子链柔性链段的比例和可变形能力，宏观表现为对聚氨酯浇注胶的硬度、断裂伸长率、拉伸强度等指标有较大影响。因此首先选取不同相对分子质量的PTMEG合成聚氨酯浇注胶样品，在R值为1.05，预聚物NCO质量分数为6%条件下，研究不同分子量的PTMEG对聚氨酯浇注胶固化物力学性能的影响。

随着PTMEG分子量的增加，聚氨酯弹性体的硬度、拉伸强度减小，而断裂伸长率则逐渐增加。这是由于随着PTMEG分子量增加，柔性分子链段占比提高，硬段含量降低，使得材料力学强度下降，柔性变形能力提升。当PTMEG的相对分子质量由2000增加到3000时，聚氨酯的拉伸强度下降22.5%，但断裂伸长率仅增加3.4%。另外考虑到路面有小碎石可能在车辆载荷作用下侵入到浇注胶中，需要聚氨酯浇注胶在具有较好变形能力的同时应具有一定强度，因此认为PTMEG相对分子质量为2000时具有较好的综合性能。

2.扩链剂/交联剂摩尔比对聚氨酯力学性能影响

扩链剂BDO与交联剂丙三醇摩尔比（nBDO/n丙三醇）对聚氨酯大分子结构同样具有较大影响。实验选用PTMEG2000，在R值为1.05、预聚物NCO质量分数为6%条件下，研究nBDO/n丙三醇对聚氨酯浇注胶固化物力学性能的影响。随着丙三醇在扩链剂/交联剂混合物中比例的提高，聚氨酯硬度、拉伸强度逐渐增大，而断裂伸长率逐渐减小。这是因为仅采用扩链剂BDO（nBDO/n丙三醇为20∶0）时，聚氨酯分子为线性结构，伸长率最大;在R值保持不变的情况下，随着丙三醇比例增加，大分子链的交联密度增加，造成聚氨酯柔性下降;分子链的滑动受限，有利于应力分散，使得拉伸强度提高。严寒地区用聚氨酯浇注胶需要有一定强度，且保持较好的柔性可变形能力。综合考虑，BDO与丙三醇摩尔比以19∶1为宜。

3.R值对聚氨酯浇注胶力学性能的影响

R值对聚氨酯材料的拉伸强度和断裂伸长率等有较大影响。实验选用PTMEG2000，在BDO与丙三醇摩尔比为19∶1、预聚物NCO质量分数为6%条件下，研究R值对聚氨酯浇注胶固化物力学性能的影响。

随着R值增大，聚氨酯浇注胶固化物的硬度和拉伸强度逐渐增大，断裂伸长率先升后降。这是由于在B组分中BDO和丙三醇等会吸收微量水分，导致实际R值低于理论值，当R值≤1时，羟基过量，少量扩链剂/交联剂未发生反应，使得聚氨酯浇注胶固化物表现出发黏和变软。随着R值的增大，NCO基团含量增多，聚氨酯反应完全，聚氨酯微相分离结构中，硬段含量逐渐增加，物理交联点增多，分子链的强度和伸长变形能力增强。但当R值进一步增大，过量的NCO基团与空气中水分反应形成聚脲，分子结构中的硬段含量显著增加，分子间的作用力增强，聚氨酯浇注胶固化物拉伸强度和硬度增加，断裂伸长率降低，说明弹性变形能力变差。因此R值为1.05的浇注胶弹性体材料综合性能最佳。

4.聚氨酯浇注胶低温路用性能的评价

严寒地区浇注胶的破坏失效主要由于低温环境下，浇注胶柔性变形能力降低，出现浇注胶本体开裂和浇注胶与裂缝槽壁粘结失效两种主要形式。采用交通运输行业标准JT/T740—2015《路面加热型密封胶》中的综合低温拉伸试验来评价聚氨酯浇注胶固化物在严寒低温环境下的综合拉伸性能，同时采用低温拉伸试验和低温拉拔试验分别研究低温环境下聚氨酯浇注胶的本体拉伸性能和与槽壁界面粘结性能，以评价聚氨酯浇注胶低温环境下路用性能，聚氨酯浇注胶的综合低温拉伸破坏伸长率和断裂伸长率都出现缓慢降低的趋势，并随着温度降低，伸长率降低速率增大，而聚氨酯浇注胶粘结强度随温度降低变化不明显，基本保持在1.1MPa。当试验温度达到-40℃，聚氨酯浇注胶粘接试样综合拉伸破坏伸长率和自身断裂伸长率分别达到310%和380%，一般沥青基浇注胶固化物断裂伸长率不高于100%，说明聚氨酯浇注胶的低温可变形能力好于沥青基浇注胶，较好满足现行交通运输行业标准，适用于严寒地区的裂缝处置。

参考文献：

[1]张晓年，陈思进.浅析新型环保催化剂在浇注型聚氨酯[J].门窗，2019（20）：196-198.

[2]李海生，王伟伟.新型环保催化剂在浇注型聚氨酯优化措施[J].居舍，2020（14）：145-150.