聚氨酯粘合剂材料在建筑维修施工中的应用

孔露露

（郑州大学综合设计研究院有限公司，河南郑州450002）

随着国民经济的快速发展，颁布了建筑节能的中长期规划，推动了创新型化学建材工业的兴起，其中应用最为普及的是一种具有诸多优势的高分子材料，聚氨酯具有可发泡性、耐磨性、粘结性、弹性以及耐低温性、耐生物老化性与耐溶剂性，因此，在建筑领域占有重要的一席之地，尤其在防水、胶粘剂以及保温行业更是取得了理想的实践成果。聚氨酯粘合剂的适用范围非常广，不论是柔软的橡胶还是坚硬的塑料，均能够使用，划分为多异氰酸酯粘合剂、双组分与单组分粘合剂。聚氨酯不仅广泛应用于建筑行业，还在其他领域中得到大力推崇。

文献[1] 依据不同调配比例，采用聚氨酯、环氧树脂以及接枝改性胶原蛋白，完成胶原蛋白基水性胶黏剂合成，通过红外光谱、激光粒度仪、拉伸以及差式扫描量热法等策略，分析合成乳液的胶膜结构、热性能、分散性以及力学性能，最后，在木材粘合的过程中对其进行应用；文献[2]利用聚乙二醇与异氟尔酮二异氰酸酯，经过催化与封端，实现封端型水性聚氨酯交联剂的合成，选取红外光谱对合成产物进行表征，并探索出封端率的影响因素，从而改进交联剂合成的工艺条件，通过在涤纶织物上使用复配获取的拒水阻燃剂，分析各成分对织物的性能影响；而文献[3]则采用傅里叶变换红外光谱、同步热分析仪以及拉伸测试仪，表征合成聚氨酯的结构、热稳定性以及力学性能，从而实现电池窗口、交流阻抗、倍率以及循环性能的测试。

基于上述研究成果，本文对聚氨酯粘合剂材料在建筑维修施工中的应用进行研究，通过分析聚氨酯粘合剂材料的固化机理，探索其相关性能，利用间歇脱水法、连续薄膜干燥法或者连续喷雾干燥法，对低聚物多元醇进行脱水操作，经过引入多异氰酸酯，使脱水后的低聚多元醇自然升温，进而合成预聚体，随后实施与填料、催化剂以及触变剂等助剂的捏合操作，得到聚氨酯粘合剂。基于流变学测试，探索聚氨酯粘合剂材料的动态粘弹性，最终，采用单组分聚氨酯密封胶与单组分聚氨酯防水涂料，完成建筑裂缝的维修施工。

1 聚氨酯粘合剂材料制备及分析

聚氨酯粘合剂材料凭借其优异的性能与适中的价格，被广泛应用于土木建筑领域。

为了深入探索聚氨酯粘合剂材料的性能，剖析建筑施工中常用的单组分湿固化型聚氨酯粘合剂生成方法。该粘合剂的固化机理是：当粘合剂含有的活泼基团[4]暴露在空气里，粘合剂将跟空气内的微量水分反应，与此同时，也会同被粘接基材表面的羟基等活性氢基团和吸附水反应，从而得到脲与缩二脲交联结构。

单组分湿固化型聚氨酯粘合剂的获取方法流程为：首先对低聚物多元醇实施脱水；然后采用脱水后的低聚多元醇与多异氰酸酯[5]合成聚氨酯预聚体；最后将所得预聚体与诸如填料等助剂进行捏合。

图1 所示为单组分湿固化型聚氨酯粘合剂的制备步骤示意图。

图1 单组分湿固化型聚氨酯粘合剂的制备步骤示意图Fig.1 Preparation procedure of one component moisture curing polyurethane adhesive

低聚物多元醇的脱水操作，要在聚氨酯预聚体合成之前实施，令低聚物多元醇的含水量不超过0.05%。脱水操作常采用间歇脱水法、连续薄膜干燥法以及连续喷雾干燥法等处理形式。其中，间歇脱水法的操作环境为不锈钢釜，采用的相关设备主要有框式搅拌器、端面机械密封[6]，加热处理由蒸汽或者电加热得以完成，脱水时温度应为100℃～140℃，基于高真空条件，脱水过程将耗时一至两小时左右；若要脱水处理大量的低聚物多元醇，则可以选用喷雾干燥法与薄膜干燥法。

添加一定量的低聚多元醇，当温度为40℃～60℃时，将多异氰酸酯添加进来，令体系温度进行30min～40min的自然提升，待温度升至80℃左右，保温反应2h～3h，对 -NCO %进行采样分析，若符合预设值，那么反应完成。经过真空脱泡可以取得不存在气泡的预聚体[7]。

在行星式搅拌机中除了要加入一定量的预聚体，还应添加填料、催化剂以及触变剂等助剂，基于真空状态，实施一至两个小时的捏合操作，待其混合均匀、充分，即可出料获取聚氨酯粘合剂。

为了探索聚氨酯粘合剂材料的动态粘弹性，依据外力施加形式，将流变学测试划分成稳态测试[8]与动态测试两种，前者是在应力或应变为恒定性情况时，通过对样品施加剪切应力完成测试；而后者则是在应力或应变为周期性情况时，对样品施加振荡剪切应力进行测试。

如果剪切频率较小，则聚氨酯粘合剂可以近似看成线性体，若将一定频率的交变应力或应变作用于聚氨酯粘合剂材料上，那么应力或应变响应发生的频率也与之相同，因此，材料施加的正弦应变能够通过应变振幅和交变角频率得出。根据聚氨酯粘合剂存在的粘弹性属性，可知应变与应力间具有相位差δ，若材料属于纯粘性，则若属于纯弹性，则δ= 0；若属于粘弹性材料，那么应力会比应变提前一个相位差，得到

经分析，所得到的聚氨酯粘合剂材料具备理想的柔韧性、耐候性以及耐久性等优势，不仅粘合剂本身不开裂且粘结性好，而且可以令使用物品的表面粘结牢固，并随之同时发生形变，所以，在建筑物、公路以及广场等工程领域的嵌缝密封任务中得到了广泛运用。表1 为基于聚氨酯粘合剂材料的单组分聚氨酯密封胶性能指标数据统计。

表1 性能指标数据统计Table 1 Performance indicator statistics

基于表1 的性能指标数据统计得知，聚氨酯粘合剂材料具有较好的环保性能与基材表面粘结性，既耐磨、耐刺穿，又便于施工且该材料拥有高弹性属性，所以，非常适用于建筑表面的局部维修。

2 建筑维修施工应用

通过目视法或采用专业的设备，对渗漏点进行搜索判定，从而确定建筑裂缝处。目视法应用较为普遍，且简单可行，但设备检测则更加准确、迅速，其原理是根据物体反射出的不可见红外线，利用光敏元件实现成像，红外线感应充入的二氧化碳类气体，令渗漏源头显现。图2 所示为设备检测法。

图2 设备检测法示意图Fig.2 Schematic diagram of equipment detection method

获取到裂缝处后，使用混凝土切割机在裂缝两侧3cm 的位置切割一条深度为3.5cm 左右的缝隙，如图3所示，将两道缝内的水泥凿掉，对凹槽中的混凝土残渣进行清理，最后，用毛刷等设备处理凹槽里的灰尘。

图3 建筑裂缝示意图Fig.3 Schematic diagram of building cracks

通过在凹槽的底部铺一层衬垫材料，以避免施工形成三面粘结，对伸缩性能产生影响，把厚度为1cm 的单组分聚氨酯密封胶注入凹槽中，为了使其与基面粘结，刮平时应确保与两侧接触充分。图4 所示为凹槽施工断面。

图4 凹槽施工截面示意图Fig.4 Groove construction section

在密封胶的施工过程中，应防止空气进入，且指触干之前还要防止其受到碰损、污染或者雨淋，固化阶段的前3h 禁止浸水。

当温度是5℃～35℃的时候，使用毛刷将调配适当的底涂均匀涂抹在粘结基材表面，待全部干燥后展开聚氨酯防水涂料施工。

在经过底涂施工的基面与凹槽中，用毛刷均匀涂抹上单组分聚氨酯防水涂料，为了避免出现气泡，应遵循薄刷、少刷准则，如果防水涂料固化成膜，则再一次施工防水涂料，涂抹方向与首次呈垂直角度，且整体厚度超过2mm，该阶段要避免积水的长期储存，指触干前确保无明水接触、无污染、无碰损，实际干燥之前则停止涂膜层上的所有施工作业。

将厚为3cm 的水泥砂浆保护层覆于防水层上，以延长防水层使用年限，指触干前在防水层表面铺一层干净的粗砂，待实际干燥后，实施防护层施工阶段。该层既要覆盖全部防水涂膜[9]，还要完全破除原有基面。

依据工程质量验收规范，在施工位置进行蓄水试验，若24h 后未发生渗漏现象，则施工合格。

3 仿真实验

为了验证聚氨酯粘合剂的有效性与可行性，分别对聚氨酯粘合剂应用前后的建筑维修施工效果进行对比，并选取粘结强度、通气度以及疲劳性作为性能评估指标。

3.1 粘结强度对比分析

图5 所示为聚氨酯粘合剂应用前后的粘结强度[10]比较曲线。

图5 粘结强度示意图Fig.5 Schematic diagram of bond strength

通过图5 可以看出，聚氨酯粘合剂材料大幅度提升了与基层的粘结强度，平均强度值在56.15N/cm2，而未使用材料的粘结强度均值为33.54N/cm2，聚氨酯粘合剂材料优势显著。

3.2 通气度对比分析

通气度试验装置结构示意图及试验结果如图6、图7所示。

图6 通气度试验装置示意图Fig.6 Schematic diagram of air permeability test device

图7 通气度比较曲线图Fig.7 Comparison curve of air permeability

从图7 可知，聚氨酯粘合剂材料能够更好地排除基层蒸发出来的水蒸气，通气度性能具有明显的优越性。

3.3 疲劳对比分析

图8、图9 分别为疲劳试验模型规格及疲劳试验结果比较。

图8 疲劳试验模型示意图Fig.8 Schematic diagram of fatigue test model

图9 疲劳性对比曲线图Fig.9 Fatigue comparison curve

根据图9 曲线走势能够发现，应用聚氨酯粘合剂后耐疲劳性能稳定性较好，极大程度延长了使用寿命。

4 结语

随着聚氨酯树脂的发展，聚氨酯粘合剂得到了推广应用，因此，本文探索聚氨酯粘合剂材料在建筑维修施工中的应用，分析聚氨酯粘合剂材料固化机理，运用目视法或采用专业的设备，查找建筑渗漏点，随后在裂缝处进行切割，在凹槽的衬垫材料上方注入单组分聚氨酯密封胶后，将调配适当的底涂均匀涂抹在粘结基材表面，进而完成单组分聚氨酯防水涂料施工，最后，通过水泥砂浆保护层与蓄水试验，保证合格的维修施工效果。该材料在建筑领域中有着广阔的应用前景，为未来聚氨酯粘合剂品种的多元化发展奠定了夯实的理论依据。