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水固化聚氨酯防水涂料的原理及應用

發布時間：2014-08-09

水固化聚氨酯（PU）防水涂料面市以來，以其廣泛的用途，優異的性能，簡便的施工，環保無毒，受到廣大施工人員同業主的普遍歡迎，為能夠更好地掌握其性能和用途，對其固化原理及應用探討如下：一、原理一般認為莫卡是 PU 涂料的固化劑， PU 涂料是怕水的，那水為什么可做固化劑呢？我們來討論一下異氰酸酯與水反應機理。異氰酸酯與水反應，首先是生成不穩定的氨基甲酸，然后由氨基甲酸分解成二氧化碳及胺。若在過量的異氰酸酯存在下，所生成的胺將與異氰酸酯繼續反應，生成取代脲，它們的反應過程表示如下：

R-NCO+H 2 O 慢 R-HNCOOH 快 R-NH 2 +CO 2 ↑
R-NCO+R-NH 2 快 R-NHCONH-R 由于 R-NH 2 與 R-NCO 的反應比水快，故上述反應可寫成： 2R-NCO+H 2 O R-NHCONH-R+CO 2 ↑ 由上述反應式可見，一個水分子可與兩個 -NCO 基團反應，即水可看做是一種擴鏈劑或固化劑，可代替價高的莫卡，使分子鏈增長，形成聚合物（聚脲）。根據以上原理，結合國外涂料生產的最新技術，我公司研制的水固化聚氨酯防水涂料，是以聚醚多元醇與異氰酸酯加成反應為端異氰酸酯基（ -NCO ）的大分子予聚體，加入增塑劑、顏填料、氣體脫除劑等成份，單組份包裝出廠的無溶劑型涂料。施工時，加入料重 20 — 30% 的水，攪拌均勻即可涂刮或噴涂，也可灌注、澆注成形的系列防水、密封、保溫、鋪裝材料。二、性能及指標水固化 PU 防水涂膜為致密的高強度的聚氨酯彈性體，企業標準 Q/SDKS-23-2003 在廣東省備案。性能指標高于《聚氨酯防水涂料》 GB/T19250-2003 國家標準的規定，還符合國家標準關于產品不應對人體生物與環境造成有害影響的規定。其產品分為露天暴曬的外露型和非外露型兩種，一般為白色，也可根據要求制成彩色的裝飾效果。

2 、加水固化干燥迅速目前市售的單組份濕（潮氣）固化防水涂料以良好的性能及方便的施工贏得了用戶，但是往往由于空氣的濕度不夠，致使固化時間延長，由于不能厚涂，需多次涂刷，因而耽誤工期。水固化 PU 防水涂料可克服以上缺點，在 23 ± 2 ℃的條件下，表干≤ 4h ，實干≤ 12h 。不受空氣濕度大小影響，氣溫低時可通過加熱水和催化劑的辦法保證固化時間，一般 -5 ℃以上的氣溫下都可進行施工。 3 、無溶劑、環保無毒、生態產品目前在裝修工程中，都要對經常積水環境的廚房和衛生間進行防水處理，有的家庭裝修后發現衛生間和廚房里的氣味比較大，經室內環境監測中心檢測后發現，這種情況主要是防水涂料造成的，這類材料一般是由含煤焦油的原料制成，揮發出來的焦油氣具有刺鼻的氣味；由于焦油氣的分子量比較大，容易在空氣不流通的室內環境內沉積，這種污染不容易清除，有的人在無奈之下，只好將裝修好的衛生間全部拆除，重新進行防水處理。這類防水涂料的另一個缺陷是采用有機溶劑為稀釋劑，有機溶劑多為甲苯、重質苯等有毒物質，長時間小劑量吸入焦油氣和苯能夠引起呼吸道疾病以及頭暈、惡心，以致引發癌癥等。大劑量吸入甚至危及生命。北京市 2003 年正式下發文件加強溶劑型防水涂料的管理：〖 Ⅰ 〗規定雙（多）組份聚氨酯防水涂料，禁止用于建筑內部廁浴間、地下室、地下溝渠、豎井、深坑以及通風不利的工作面。目前，在 10 項強制性國家標準中，還沒有規定防水涂料的有害物限量標準。為了防止對環境和水源造成污染，保障生產和施工人員的健康安全，水固化 PU 防水涂料不使用疑為致癌的莫卡，不含溶劑、焦油、瀝青，也不含甲醛、鹵代烴及有毒的重金屬，經中國疾病預防控制中心按 GB/5193 . 3-94 評價屬無毒產品。采用先進生產工藝，使游離甲苯二異氰酸酯含量≤ 0.5% ，是符合 HBC12-2002 “環境產品技術要求”的防水涂料，可用于飲用水工程的生態產品。符合 GB/T19250-2003 《聚氨酯防水涂料》第四章“本標準所包括的產品不應對人體生物與環境造成有害的影響，所涉及與使用有關的安全與環保要求，應符合我國相關國家標準和規范的規定。”

4 、適用潮濕基層一般防水涂料都要求基層干燥或水份小于 9% ，這對高水位工地或雨季施工及趕工期的施工單位，是一大難題。水固化 PU 防水涂料降低了對砼干燥的要求，與潮濕基層的粘結強度≥ 0.8Mpa ，可勝任潮濕基層的施工，節省施工時間，具有極大的社會效益。廣州某大廈設計樓高 31 層，地下 4 層，位于珠江的邊上。地基坑深達 18 米。做好基層后，因基層潮濕，結構又為復雜形狀，原設計防水方案難以實施。設計單位與業主研究決定，改用水固化聚氨酯防水涂料進行防水施工。施工期間又遇頻繁降雨，基層反復見水，底板潮濕，水固化聚氨酯防水涂料正好解決了這個難題。刮涂后 3 個小時表干， 8 個小時即可涂第二遍，涂膜質量良好，比其它品種的防水涂料可節省一半的施工時間。施工又無異味，無污染，順利完成防水施工，取得良好效果，受到施工人員、甲方同監理的一致好評！ 5 、節省工料不含溶劑，固含量高，比重又小，和水反應固化成膜，一平方米2mm厚的膜，只需用2.1-2.2kg ,用量少,可厚涂施工費用省。三、應用由于不使用有毒原料，施工時無污染，固化后成為無毒、無味，無接縫的高強度整體膠凝體，性能優異，用途廣泛。 1 、涂膜防水用于防水涂膜，加水量為料重的 30% ，可單獨用于防水等級為 Ⅲ 級， Ⅳ 級的防水，或做 Ⅰ 級、 Ⅱ 級多道防水設防中的一道防水層；用于工業與民用建筑斜、平屋面，雨棚及大跨度要求輕載美觀的建筑；用于地下防水工程，與具有結構防水的基層共同組成剛柔復合防水體系，從而提高防水性能。其用于地下防水工程，可采用“外防外涂法”和“外防內涂法”。根據厚度要求，平面部位涂布一至兩遍，立面也只需涂布二至三遍，第一遍用現調好粘度小的涂料滿涂一次，立面刮涂第二、三遍為避免流淌，需將涂料加水攪勻后，放置 10 多分鐘，使粘度增大一些后再涂，這樣既有厚度，也不流淌。對于有大量灌注樁頭和不規則形狀的地基，對于空間小，地下管道多的廚房，廁浴間，使用卷材有一定困難，是防水工程的一個難點，而可制成大面積整體的高強度彈性涂膜，防水效果良好。對于有特殊要求的項目，如核電站的核島基礎，可以通過加貼胎體增強材料以達到設計要求。隨著人們生活水平的提高和環保意識的加強，住房、賓館、飯店、寫字樓都要求無毒無味，而水固化 PU 防水涂料不僅可形成致密的高強度整體涂膜，而且又無異味，正好滿足了以上要求。 2 、密封、堵漏、補強由于水固化 PU 防水涂料具有較高的內聚能和含有極性基團，對很多材料如木材，鋼鐵，砼有良好的粘結性（加水 20% ，對砼的粘結強度≥ 1.5Mpa ），可在隔絕空氣的條件下，固化為密實的彈性體，是優良的密封劑，為了降低成本和增加強度，還可在涂料中加一些橡膠粉和砂。

水固化 PU 防水涂料和水泥拌和使用時，強度提高 1.5~2 倍，粘結強度也大于水泥砂漿的粘結強度，并且初粘性強可做成膩子，嵌填細水裂縫做密封堵漏。而做貼面的粘結劑更可做到粘結防水一次完成。水固化 PU 防水涂料和水泥砂漿配成聚合物水泥砂漿 , 其固結體的彈性模量是普通混凝土抗靜壓彈性模量的 1/5~1/7 ，故在相同的載荷作用下，比混凝土材料有較大的變形，具有高抗滲性和優異的力學性能 , 因此是伸縮縫及較大變形裂縫的堵漏和修復補強的好材料。即使是漫滲或潮濕的狀況也不影響施工 , 在盾構法輸水隧洞中，用此法對襯砌砼接縫進行堵漏補強，收到了很好的效果。 3 、灌漿水固化 PU 防水涂料用于單液灌漿，特點是不發泡，可形成致密的凝膠體，對于要求固結體高強度的灌漿，運用十分方便，經濟。從上海地鐵一號線和廣州地鐵一號線結構裂縫注漿效果看〖Ⅱ〗：水溶性聚氨酯的止水效果通常只有 6-9 個月，這是由于水溶性聚氨酯遇水發泡，成為含氣海綿體，且與裂縫的砼表面粘結力很低，在列車行駛振動條件下，海綿體逐漸被破壞，重新漏水；丙凝、乙凝是一種低強度的膠凝體，在列車行駛和外水壓力作用下，不出一個月，膠凝體就被一點點擠出，重新漏水；彈性環氧注漿溶液粘度較高，且與水不相容，在裂縫漏水的條件下，灌注效果不太理想。而水固化聚氨酯涂料的可灌性和強度均好，又不怕漏水，價格便宜，如果用于地鐵灌漿工程中，一定會收到良好的效果。 4 、鋪裝地坪和運動場地調整水固化 PU 防水涂料的配方，可用于鋪裝地坪、運動場地、塑膠跑道和制造運動墊。水固化 PU 彈性體涂膜，吸震性能好，耐沖擊，硬度在 40~60 （邵 A ）之間，適宜做：特殊地坪如：停機坪、冷庫地坪和運動場地。加橡膠粉后，可做塑膠（聚氨酯）跑道，賽馬場跑道，性能均優于 GB/T14833 跑道標準要求。更重要的是，該跑道地坪施工無污染，使用無毒害，耐腐蝕，耐磨損，開創鋪裝運動場地新的局面。 5 、防腐保溫聚氨酯彈性體本身是一種防腐保溫材料。水固化 PU 涂膜在 2% 酸、 2% 堿、 5% 鹽的水溶液中長期浸泡不受影響。 -40~95 ℃范圍內保溫。性能優異，故可以通過填加空心填料的方式降低其導熱系數達到≤ 0.10W/m.k ，可用于管道，屋面，冷庫的隔熱，并且保溫、防水、防腐可一次完成。 6 、特殊用途（ 1 ）現場澆制水固化 PU 涂料，成型性能好，常溫固化也不需高溫硫化，就象一種液體橡膠，可以現場澆制大型不規則的密封圈和止水帶。也可用于制造模型、玩具、和道具。（ 2 ）醫療方面由于水固化 PU 涂膜具有生物相容性（即與人體的適應性好，不會引起過敏、炎癥），與血接觸也不產生凝血的特點，可以用于醫療方面。如制人造假肢。還可將水固化 PU 涂料涂覆在砂布表面，用來代替石膏繃帶，固定斷肢，既有強度又有彈性。四、結語水固化 PU 防水涂料符合國際涂料高性能，無污染，多用途的發展趨勢，達到了國際同類產品的水平。它的誕生，標志著我國化學建材品種和國際接軌，邁出堅實的一步。參考文獻： [1]北京市建設委員會文件.京建科教，2003.117號 [2]莫庭斌.地鐵工程中地下結構的防水問題.工程防水與補強技術，2003.7

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