建筑防水材料的研究现状及应用毕业论文.doc

建筑防水材料的研究现状及应用目 录摘 要IABSTRACTIIKey wordsII第1章建绪论31.1建筑防水材料的发展状况31.1.1建筑防水31.1.2建筑防水材料的分类31.1.3常见的建筑防水材料应用和性能简介41.2建筑防水涂料的发展状况51.2.1防水涂料分类51.2.2防水涂料特征51.3建筑防水涂料发展状况和趋势61.3聚氨酯防水涂料的发展与应用61.3.1我国聚氨酯防水涂料的发展与现状71.3.2聚氨酯防水涂料的组成、结构与分类71.3.3结构及其与老化的关系81.4聚氨酯防水涂料的主要品种81.5聚氨酯防水涂料存在的问题和解决思路81.6新技术在提高聚氨酯防水涂料产品性能上的应用91.7MDI型聚氨酯防水涂料研究的目的与意义9第二章聚氨酯防水涂料112.1聚氨酯介绍112.2聚氨酯化学介绍112.2.1异氰酸脂反应机理132.2.2异氰酸脂结构对反应活性的影响132.2.3不同活泼氢与异氰酸脂的反应活性142.2.4异氰酸脂与轻基的反应142.3聚氨酯生产工艺错误！未定义书签。结 论16致 谢17参考文献18摘 要本文主要介绍了土木工程中应用频繁的建筑防水材料，简单列举了建筑防水材料应该具有的性质，着重介绍了建筑防水涂料和防水堵漏以及密封材料的的一些应用，并通过产业现状来分析建筑防水材料以及涂料的研究现状和应用。关键词 建筑防水材料 建筑防水涂料 发展现状 发展趋势ABSTRACTThis paper mainly introduces the civil engineering in the frequent application of building waterproof material, simple enumerated building waterproof material should possess properties, introduced emphatically the construction waterproof coating and waterproof plugging and sealing material for some applications, and through the analysis of current situation of industry of building waterproof materials and coatings to the present research situation and application.Key wordsWaterproof building materials waterproof building coating develops the current situation development trend第1章建绪论1.1建筑防水材料的发展状况1.1.1建筑防水建筑物的渗漏问题由来已久且普遍存在，因此建筑防水成为建筑工程中人们对于日常生活中的居住条件的基本要求，也是建筑整体工程的重要组成部分。防水工程质量优劣是评价建筑工程质量的标准之一，特别是现代建筑趋向高层化、精装化后，对建筑防水的要求更高。建筑防水包括建筑防水材料和防水施工两方面，而建筑防水材料作为防水工程的主体材料，其重要性不言而喻。建筑防水材料是指应用于建筑物中起着防潮，防漏，保护建筑物及其构件不受水侵蚀破坏作用的一类建筑材料。而现代建筑防水材料又己今非昔比，在材料，形状和功能方面都放生了巨大变化，有时除了防水功能外，还会加入新的功能，譬如隔热保温，延长建筑物使用寿命等。建筑防水材料的防潮作用是指防止地下水或地基中的盐分等腐蚀性物质渗透到建筑构件的内部;防漏作用是指防止雨水等从屋顶，墙面或混凝土构件的接缝之间渗透到建筑构件内部以及蓄水结构内的水向外渗漏和建筑物内部相互止水。建筑防水材料是各类建筑物不可缺少的一类功能性材料，是建筑材料的一个重要组成部分【1】。建筑防水施工是建筑防水材料得以完美体现其防潮，防漏和保护功能的重要环节。防水施工是一个系统工程，与材料，设计，施工和管理都息息相关，在我国一线对于建筑渗漏原因的调查表明:材料因素为20%，设计因素为26%，施工因素为46%，管理与政策因素为8%【2】。由此可见，施工对于建筑防水的重要性是极其明显的。1.1.2建筑防水材料的分类建筑防水材料从性能上一般可分为柔性防水材料和刚性防水材料两大类。柔性防水材料主要有防水卷材，防水涂料等;刚性防水材料主要有防水砂浆，防水混凝土等。依据建筑防水材料的组成和外观形态，一般可将建筑防水材料分为防水卷材，防水涂料，防水密封材料，刚性防水和堵漏材料等系列，又可根据其组成不同可划分为上百个品种1.按沥青划分：有传统沥青，直馏沥青，氧化沥青和改性沥青【3】按复面材料划分：有矿物粒料，彩砂，石英砂，滑石粉，铅箔，铜箔，不锈钢箔和聚乙烯膜等。按胎体划分：有传统的有机纸，黄麻织物，玻线毯片，玻纤布，聚酯毯，聚酯纤维，铝箔和不锈钢箔等。按施工方法划分：有冷施工法，热施工法，热熔法和冷自粘法1.1.3常见的建筑防水材料应用和性能简介1.卷材类防水材料1）APP改性沥青卷材该材料防水效果良好，一可用于各类建筑屋面，墙壁和地下工程，对混凝土底材，木板，金属和塑料等均有良好的粘结力。用APP(无规聚丙烯)对沥青改性后，克服了沥青冷裂热淌的缺点，在选用合适的基胎后可提高拉伸强度，延伸结性。2）三元乙丙橡胶防水卷材该材料由三元乙丙橡胶(乙烯，丙烯和少量双环戊二烯共聚物)，丁基橡胶，硫化剂，催化剂，补强剂等经多道工序加工而成。其性能优越，施工操作简便，可以冷作业减少环境污染。具有优异的耐老化和耐候性，并有很好的耐化学性和绝缘性，有良好的弹性和延伸性。3）SEP高分子弹塑性防水卷材该产品又名SEP有胎复合防水卷材，是由煤焦油SBS，PVC，CPE增塑剂等配制而成，配以合适的胎布浸渍后辊压而成的弹塑性卷材，具有优良的耐候性，抗渗性，耐老化性和高拉伸强度。4）再生橡胶防水卷材是以再生橡胶为主，添加石油沥青，填料等，经混炼压延而成的防水材料。用于对断裂延伸和低温柔韧性较高的用途，具有使用年限长，轻质，使用温度范围较宽等优点。5）氧化聚乙烯防水卷材是以氧化聚乙烯为基础的高分子合成材料，配以玻璃网布制成，具有高强度，耐老化等特点。施工是以配套胶载剂粘接，简便易施工。2.涂料类防水材料1）聚氨酯防水涂料该类产品施工简单，弹性好，延伸率高，形成的涂膜无隙缝，为一体式防水层，防水效果优异。主要用于地下室，屋顶，隧道等防水渗漏工程。2）PVC防水涂料聚氯乙烯(简称PVC)防水涂料一，是以聚氯乙烯树脂为原料，掺加增塑剂、填充剂、抗氧剂、紫外线吸收剂及其它助剂等精制而成的高分子防水涂料。3）丙烯酸系防水涂料该类产品常用的有溶剂型和乳液型两种，其与纂材粘结力大，施工维修方便，抗基材开裂性好，耐老化，延伸率高，耐一低温性好。乳液型防水涂料更可以在潮湿基材上施工，而不影响防水性能。4）高分子沥青防水涂料高分子橡胶沥青防水涂料运用高分子合成技术，是较好的橡胶防水涂料。因加入了环氧树脂基团，使本产品具有更多功能与环保特性，赋予新产品更具防水，防腐，防潮，防霉等功效，寿命长，施工方便。3.密封胶类嵌缝防水材料1）聚氨酯密封胶属于聚氨酯弹性体类，是一种具有模量低，延伸率高，粘结性好，耐低温等优点的产品，广泛用于各种装配或建筑的接合缝，施工缝的密封等。2）聚硫密封剂属于室温硫化聚硫型密封剂，适用于混凝土，铝合金门窗的密封及防水嵌缝密封，具有良好的耐候，耐湿热，耐水和耐低温性能。4.刚性密实剂类防水材料是一种粉末类防水材料，常以适当比例加入混凝土内，降低混凝土空隙率，从而提高耐水性而达到防水目的。5.有机硅防水剂主要成分是甲基硅醇钠，是一种小分子水溶性聚合物，易被弱酸分解形成甲基硅酸，然后举和形成不溶于水的具有防水性能的甲基聚硅醚防水膜。这类防水剂成膜性好，耐候性佳。1.2建筑防水涂料的发展状况采用防水涂料来防止建筑物的渗水和漏水是20世纪50年代末就已开始使用的一种防水方法【4】。防水涂料是一种通过施工形成一层连续的保护性涂膜的防水材料，防水是其主要功能和的，通常会忽略其装饰性。常与其他防水材料共用来达到更高的防水等级和使用年限。防水涂料主要用于建筑物某些可能受到水侵蚀的结构部位或结构构件，例如屋面、地下室、浴厕间、水塔、水池、储水罐等结构的防水、防潮和防渗等。这些结构部位温度变化较大，且其基层一般是水泥类材料，因各种原因造成的裂缝更是十分常见，因而对防水涂膜的耐高、低温性能，对结构变化的适应性也有一定要求。所以防水涂膜一般要求具有很好的低温柔性、延伸率、拉伸强度和对基层具有一定的附着力。在发达国家，防水涂料在整个建筑防水材料中的比例较高。他们在积极发展高聚物改性沥青防水涂料和合成高分子防水涂料的同时，又开发了无机渗透结晶型的粉状防水涂料等品种，而且正向着环保型防水涂料发展。我国防水涂料的开发和应用始于20世纪60年代，当时多以石油沥青和化工厂的废料为主要原料，加工制成乳化沥青防水涂料或废胶粉改性沥青防水涂料等，由于这些防水涂料的质量不够稳定，施工方法不规范，涂膜厚薄不均匀，导致最终防水层使用年限较短。1.2.1防水涂料分类在国标GB|T2705一2003涂料产品分类和命名中，把防水涂料分为三类:溶剂型防水涂料，聚合物乳液防水涂料和其他防水涂料。根据不同的防水机理，防水涂料可分为两大类，涂膜型防水涂料和憎水型防水涂料。1.涂膜型防水涂料这类涂料包括:EVA乳液型，丙烯酸酯类乳液，聚氨酯，沥青等成膜物质，是通过形成完整的涂膜来阻挡水的透过或水分子的渗透来进行防水的。虽然高分子涂膜的分子间是有一定的间隙的，其大小可容忍单分子的水通过，但不能让处于缔合态的自然界的水通过，这就是涂膜型防水涂料防水的主要机理。通常来讲，溶剂型防水涂料形成的涂膜较乳液型的涂膜致密，因而防水效果相对更好。并非所有能成膜的涂料都具有防水功能，当成膜聚合物中含亲水基团时，因亲水基团对水的亲和力比水分子之问的氢键作用力更强，可破坏水分子的氢键作用而渗透入高分子涂膜，导致用这类聚合物制成的防水涂料防水效果较差，而相对具有较好的透湿性2憎水型防水涂料如果使用的聚合物本身具有憎水特性，使水分子与涂膜间根本不相容，就可以解决水分子的透过问题，比如有机硅防水涂料。有机硅在水中的溶解度很小，本身又难吸收水分，同时由于分子主链外面存在的非极性有机基团与水分子中氧原子的排斥作用，使得有机硅聚合物具有良好的憎水性。1.2.2防水涂料特征防水涂料与其他涂料一样在应用前是可流动或粘稠的液体，经现场涂刷后固化形成无接缝的防水层。具有防水性能好，操作方便，可适应各种形状复杂的防水基面，与基层粘结强度高;有良好的温度适应性，施工速度快，易于维修等特点，应用范围广泛。由成膜物质，颜填料，助剂和溶剂组成，并且要求具有较好的低温柔性，较高的断裂伸长率，拉伸强度，撕裂强度和对基材的良好附着力。防水涂料施工简单方便，整体性好，即便对建筑的不规则部位均可形成无缝一体式的防水涂层。当防水涂料膜厚与防水卷材厚度相当时，通常成本会较贵;而一旦涂膜较薄时防水效果变差。因此实际应用比例远小于防水卷材所占比例。1.3建筑防水涂料发展状况和趋势防水涂料在向聚合物型和渗透型方向发展，传统的沥青防水涂料性能欠佳，在屋面上逐渐被改性沥青特别是聚合物防水涂料所取代，使用最多的是聚氨酯和丙烯酸防水涂料。在地下，渗透型防水涂料渗入混凝土内与水反应生成品体，堵塞孔隙，达到抗渗的目的。由于防水涂料能够刷涂或喷涂在需要进行防水处理且形状复杂的各种基层表面_匕并能在常温环境下固化形成一个连续、无缝、整体的涂膜防水层，有利于提高建筑1程的防水抗渗功能。防水涂料的发展趋势:1产品功能多样化目前使用的绝大多数防水涂料的功能比较一单一:防水抗渗，而且施_J二必须在无明水的基材表而和非下雨天进行。未来的防水涂料将集防水、装饰、保温、隔热等多种功能于一体，且能在潮湿的基材上进行施工2产品对环境友好巨前溶剂型防水涂料较多，且含有大量的有机挥发物，在配漆和施工过程中，大量VOC排向大气，造成大气污染。同时施工人员在施工过程中不可避免地会吸入部分有机挥发物。VOC不但对皮肤具有侵蚀作用，而且对人体中枢神经系统、造血器官、呼吸系统有刺激和破坏作用，可引起头疼、恶心、胸闷、乏力、呕吐等症状，严重时会抽搐、昏迷甚至死亡。全球每年因使用有毒化学溶剂型涂料而造成的环境破坏和人体伤害而带来的经济损失非常严重。因此，世界上主要的涂料生产国纷纷出台了限制VOC的排放污染法规。生产低VOC、对环境友好的防水涂料，已是大势所趋。通常实现低VOC的途径有3种:(1)用水代替挥发性有机溶剂;(2)提高固含量;(3)发展粉末涂料3产品性能更加优异由于技术、施工等方面的原因，目前的防水涂料产品性能相对较差。拉伸强度较低、延伸率较小、耐候性较差、使用寿命较短，未来的防水涂料将向着各项性能较高、对基层伸缩或开裂变形适应性较强的方向发展。4发展纳米防水涂料像防水涂料这样的外用涂料，对涂料的耐老化、耐洗刷、抗紫外等性能要求很高。在涂料中加入纳米材料，所得的纳米涂料其耐老化、防渗漏、耐洗刷等性能均得到很大提高，从而提高了涂料的档次，延长了涂膜的使用寿命。经纳米材料改性后的防水涂料产品外观显得更加饱满匀和，涂膜光洁细腻，触感优良，防水性好，与基底材料的粘接力大大提高，尤其明显的是改性后的涂料抗紫外线、耐洗刷性能非常优越。5涂料施工机械化日前，在防水涂料的施工技术方面，主要是手工刷涂和滚涂，对于大型防水工程来说，耗时且劳动强度大。如果采用双喷头或多喷头喷枪，并能使涂料与胎体增强材料或固化剂等进行混合喷涂，不但可以加快涂膜固化速度、增加涂膜强度和便于控制涂膜厚度，而且可以大大增加施工进度、降低劳动强度1.3聚氨酯防水涂料的发展与应用聚氨酯防水涂料是使用聚氨酯树脂为主要材料制成的现场施工的防水材料。是为了克服传统沥青防水涂料和防水卷材的不足而开发的。由于其涂膜具有弹性且延伸性好、抗拉强度高、粘结性好、体积收缩小、涂膜防水层无接缝，对基层裂缝伸缩性的变形有较强的适应性，施工维修方便(聚氨酯防水涂料固化前为无定形粘稠状液态物质，在任何结构复杂的基层表而均易于施工)、易于调节组分比例等特点，可用于建筑物不同部位的防水堵漏【5】。聚氨酯树脂于，937年首次在德国合成，英美等国于1945一1947年间从德国获得有关技术后，于1950年相继开始工业化生产聚氨酯树脂。其后在20世纪60年代，美国成功研究出双组分催化固化性聚氨酯涂料与单组分湿固化型涂料。日本于1964年引进美国技术进行生产。我国在20世纪60年代初期开始聚氨酯的研制，接着开始投入工业化生产。70年代开始聚氨酯防水涂料的研究，80年代开始将聚氨酯材料应用于防水涂料。至此，各国相继成功研制出聚氨酯防水铺面材料和灌浆材料，使聚氨酯树脂得以在土木建筑工程中广一泛应用。聚氨酯防水涂料属橡胶系，常见组分为:甲组分由甲苯二异氰酸酯，一二苯基甲烷二异氰酸酯与丙二醇醚，丙三醇醚等原料在加热搅拌下，经过氢转移的加成聚合反应制成;乙组分主要是胺类或轻基类固化剂，加入适量的填料，扩链剂，助剂等制成的一种混合物。1.3.1我国聚氨酯防水涂料的发展与现状自20世纪80年代焦油聚氨酯防水涂料问世以来，以851为代表的双组份焦油型聚氨酯防水涂料一直是占主一导地位，该产品中用焦油部分替代较贵的聚醚多元醇来降低成本，曾为我国建筑防水涂料作出了一定的贡献。但随着人们环保意识的增强和技术的发展，焦油类聚氨酯防水涂料逐渐被废止。沥青类聚氨酯防水涂料相比焦油类聚氨酯防水涂料来说是一大改进，减少了葱，蔡，酚类等易挥发的物质，但其与聚氨酯的相容性较差，常需加入溶剂来提高相容性。我国于1993年开始实施聚氨酯防水涂料建材行业标准JCSOO一92;2004年3月开始执行新标准GB厅79250一2003，从新旧两份标准对聚氨酯防水涂料技术指标的要求不同可看出，该产品正往高性能，绿色环保的方向发展。表1聚氨酯防水涂料的优缺点优点缺点固固化前为无定形粘稠状液态物质，在任何复杂杂的基层表面均易于施工，对端部收头容易处处理，防水工程质量易于保证原材料较为昂贵，故成本较高，售价较贵借借化学反应成膜，几乎不含溶剂，体积收缩小小，易做成较厚的涂膜，涂膜防水层无接缝整整体性强。施工过程中难以使涂膜厚度做到像高分子防水卷材那样均匀一致冷冷施工作业，操作安全有一定的一可燃性和毒性涂涂膜具有橡胶弹性，延伸性好，拉伸强度和撕撕裂强度均较高双组分反应型需在施工现场准确配合，搅拌拌均匀，不如单组分使用方便对对在一定范围内的基层裂缝具有较强的适应性必须分层施工，上下覆盖，才能避免产生直直通针眼气孔聚氨酯防水涂料适用于各种屋面防水工程(需覆盖保护层);地下建筑防水工程，厨房，浴室，卫生间防水工程，水池，游泳池防漏;地下管道防水，防腐蚀等。1.3.2聚氨酯防水涂料的组成、结构与分类目前我国市场上双组分聚氨酯防水涂料的预聚体组分，其组成相差不大，基本上都以甲苯二异氰酸酯(TDl)与聚醚多元醇(简称聚醚)的多种型号混合物加成聚合而成。为获得合理的抗拉强度和延伸率，预聚体的NCO百分含量一般控制在<5%。产品组分的差异多数发生在轻基组分的组成上，采用能与NCO反应的聚醚，含芳香烃的焦油类物质或带有结晶水的无机化合物及它们的混合物;助剂有固化剂摩卡(MOCA)，它具有对称的芳环结构及邻位氯原子，前者的刚性以及与其它基团反应生成的脉键的极性吸引力使聚氨酯具有很高的机械强度，后空间位阻和吸电子效应降低了胺基的反应速率，使双组分涂料有足够的施工时间;增塑剂二丁酯、葱油类可调整产品的抗拉强度及延伸率;填料不仅可以降低成本，而且可以改善产品的高低温性能，施工性及储存稳定性;有的产品还加人催化剂以提高冬季成膜性。由此可见，目前我国目前商品聚氨酯防水涂料的质量主要取决于乙组分的组成。1.3.3结构及其与老化的关系聚氨酯的NCO基虽然可以与很多活泼基团反应，但对于防水涂料而言，具有应用价值的是以含有OH基团，NH2基团等活泼基团为主的物质。聚氨酯分子结构中除氨酯键外，还存在原料引人的醚键、酯键，不饱和双键基团及反应可能形成的脉基，缩二脉，脉基甲酸酯等链节。因此原材料化学结构上的差异势必反映出最终成品在性能上的差异。1.4聚氨酯防水涂料的主要品种1沥青聚氨酯防水涂料早期的焦油聚氨酯中含有大量的葱，蔡，酚类等易挥发的物质，严重污染环境和危害人体健康。随着人们环保意识的增强和科技的进步，淘汰焦油聚氨酯防水涂料是大势所趋。许多城市都己经禁止使用煤焦油型防水涂料。用石油沥青代替煤焦油制各的聚氨酯防水涂料称为沥青聚氨酯防水涂料。石油沥青主要是由天然沥青质，芳香烃，脂肪烃等组成，其组成中不含带活泼氢的基团，本身不与异氰酸酯发生反应，在涂料中只起填料的作用。制备工艺是将聚醚多元醇和丁Dl在一定的温度下聚合成含NCO封端的预聚体，固化剂组分由沥青，固化剂，助剂，填料一等组成，沥青可加入到预聚体中，也可加入到固化剂组分中，但近期有研究发现，采用把沥青加入到预聚体中的工艺路线，所得到的产品外观平滑，有光泽，无沥青点，流平卞!三好，延伸率也增加。沥青气味低，憎水，防老化性能好，因此要开发沥青聚氨酯防水涂料代替焦油聚氨酯防水涂料，以减少对环境的污染2单组分聚氨酯防水涂料单组分聚氨酯防水涂料与双组分涂料相比使用方便。以一NCO为端基的预聚体通过与空气，扣的湿气反应而固化成膜。由于预聚体载度适中，因而无需用有剂稀释，它可以在相对湿度90%以内的条件下施工。因此单组分防水涂料施工方便，无公害，有利于环保，价格合理，是聚氨酯防水涂料的发展方向3双组分聚氨酯防水涂料双组分聚氨酯防水涂料性能优异，原材料选材宽广，但成本偏高，是防水涂料市场上高质量的产品。一般的聚醚型聚氨酯防水涂料，其乙组分由轻基组分，增塑剂，填充剂和助剂组成。而甲组分为异氰酸酯类固化剂。有时为了提高室外用聚醚型聚氨酯防水涂料的耐老化性，还同时添加抗氧剂和紫外光吸收剂，二者协同作用，才能够有效提高聚醚型聚氨酯防水涂料的热稳定性和光稳定性。4喷涂聚脉防水涂料喷涂聚脉防水涂料是国外在反应注射成型的基础上开发的新型无溶剂，快速固化的产品。具有高固含量、无气味、固化温度范围宽、固化速度快等特点。该类防水涂料主要用于性能要求较高的场合。喷涂聚脉由端氨基化合物与异氰酸酯组分组合而成，由于两者反映活性较高，无需任何催化剂，即可在室温或低温下瞬间反应完成，从而大大降低了异氰酸酯与水反应发泡的风险，避免材料性能明显下降。其形成的漆膜具有高膜厚，高柔韧性等特点，在工程应用中前景广阔。1.5聚氨酯防水涂料存在的问题和解决思路日前的TDl类聚氨酯防水涂料在很多环节都存在看问题。首先是生产用的原料:TDl聚氨酯防水涂料中异氰酸酯单体的毒性很大。它所用的甲苯二异氰酸酯(TDl)有强烈的刺激气味，有毒，空气中允许浓度最小为0.143Mglm3;会对人体粘膜处有刺激性，大剂量会引起粘膜充血，个别人会有过敏现象。因此，国际卫生组织少，眨格规定，异氰酸酯聚合物中游离单体含量必须控制在0.15%以下，而采用传统蒸馏方法的产品中一单体含量仍在2%以上。所以，在发达国家已有将聚氨酚防水涂料从TDl类向MDI类转移。其次是生产过程:在我国很多防水材料)生产的TDI预聚体的NCO含量控制指标为(5士0.5)%，其中游离丁Dl含量就在0.5%左右。脱除聚氨酯中的小分子齐聚物或游离单体通常采用的方法是溶剂萃取，减压蒸馏，薄膜蒸发等传统的分术，这些分离方法存在着生产周期长，操作温度高，分离效率低，物料受热时间长等问题。虽然市场上已存在利用分子蒸馏技术脱除聚氨酯涂料有害单体的工艺，该工艺可以较好地解决这些问题，但分子蒸馏需在极高真空度下操作，使液体在远低于其沸点的温度下才能将其分离。最后是废弃物的处理:聚氨酯防水膜在老化失效后难以再生，如何处理才能不对环境造成污染还是一大难题。从产品类型来讲，芳香族异氰酸酯具有成本优势，在防水涂料的市场占有率较高，但与脂肪族异氰酯酯相比，还是存在许多问题。1.6新技术在提高聚氨酯防水涂料产品性能上的应用聚氨酯是热固性树脂，在制备过程中要掺加适量的固化剂和催化剂，偶联剂，填料等，所加入的助剂的性能将极大的影响聚氨酯制品性能。添加填料的日的是减少树脂的用量，降低成本，同时可提高粘力，强度，硬度，耐磨性，减小收缩系数及膨胀系数。但传统无机填料的引入大大降低了树脂基体的韧性。加入橡胶材料虽可提高基体的韧性，却又降低了基体的强度和刚度。随着纳米技术的发展，可将纳米材料引入聚氨酯树脂，对聚氨酯基体材料实施改性。这样既可提高防水涂料的强度，也可提高韧性。在防水涂料配方中加入SiO2、CaCO3、TIOZ等纳米粉体，通过机械搅拌或超声分散或用分散剂的化学分散等分散手段，使纳米粉体均匀分散，形成纳米粉体镇充的聚氨酯防水涂料，可同时提高防水涂料的抗老化性及粘结强度等性能。普通聚氨酯防水涂料现多用于屋而和地下防水，用于内外墙的防水涂料产品还不多见，且具有耐热，耐碱，隔音，抗龟裂等功能的特殊产品技术也还不成熟。市场上虽然己研制出聚氨酯潮湿隔离剂，基本解决了在湿基层上聚氨醋防水涂料施工困难的问题，但如何不使用底漆，而直接在潮湿基面上施上还有待研究。1.7MDI型聚氨酯防水涂料研究的目的与意义当前国内防水材料生产厂家众多，但工艺落后，产品质量低劣，导致整个防场长期处于低质低价竞争状态。MDI型聚氨酯防水涂料的研究有助于提供从到面的防水涂层系统设计思路，提高防水工程质量，延长防水工程耐用年限。聚氨酯等中高档防水涂料在2000年时占总的防水材料的量为9.8%，到2005达到13.4%，20，0年约为18%。而MDI型聚氨酯涂料的研究将进一步提升氨酯防水涂料的市场份额，提供高性能，低毒性，环保安全的新产品。虽然我国的聚氨酯防水涂料已经得到了一定的发展，产品更趋于多元化，科含量也在逐步提高。而且防水工程领域已经由工业与民用建筑逐步扩大到道路梁，水利设施，地下建筑等，以及国家基础建设为契机，建设部宣传和推广应新型建筑防水材料，规定新型防水材料要以节约能源资源，保护生态环境和提防水质量档次为重点，在大中城市的应用比例不低于建筑防水工程总面积的75%【6】。在此商机前，许多世界级涂料大公司都已经开始开始主攻市场需求大，术含量高，附加值高的建筑涂料。先进技术的引进和合资企业的建立，带来了学的管理以及周到的售后服务，有利于我国聚氨酯涂料的发展。今后的聚氨醋防水涂料的发展动向:(1)发展低游离异氰酸酯单体的聚氨酯防水涂料，满足生产及施工过程中人的健康和安全;同时还要使产品具有较好的储存稳定性和产品性能的稳定性。(2)走环境友好型涂料的道路，按照国际环境保护法的规定，以经济，效率，态，能源为发展涂料工业的4大原则，发展水性化，粉末化，高固化，低VOC量的环保型聚氨酯防水涂料。(3)开发特种功能的聚氨酯防水涂料，引进防水保温一体化的概念，并且具良好耐候性的聚氨酯防水涂料，是促进聚氨酯防水涂料技术进步和建筑防水行发展的实际需要。第二章聚氨酯防水涂料2.1聚氨酯介绍虽然异氰酸酯与多元醇的反应早在19世纪就已经被发现了，但聚氨酯工业的奠定还是要归功于德国拜耳教授在1937年利用异氰酸酯与多元醇化合物的加聚反应，首先合成了聚氨醋树脂，从而开创了聚氨酯工业。第一个商业化应用的聚氨酯聚合物，于1945-1947年间发现，主要用于弹性体，涂料和粘合剂，接着于1953年发明了软泡，于1957年发明了硬泡。从那以后，聚氨酯工业出现蓬勃发展的局面，出现在人们生活中，从家具到鞋材，从建筑到汽车，无处不在。聚氨酯制品的类型一般分为两类:发泡体和实心体。聚氨酯在聚合反应时形成聚氨酯固体，在这反应过程中，如遇水的存在，则有连续的二氧化碳产生，混杂在聚氨酯固体中，形成发泡体。常用于汽车，家居，建筑，鞋材和保温行业。在对聚氨醋聚合反应中的水分进行严格控制后，发泡过程可被限制，这样就产生了实心体。常见于浇铸弹性体，油漆涂料等行业。2.2聚氨酯化学介绍聚氨酯是由含两个或更多的异氰酸酯分子与含两个或更多的多元醇分子，发生放热反应而生成的，具有重复氨基甲酸酯链段的结构单元。即少量基础异氰酸酯与大量不同分子量和官能度的多元醇反应，制造出了整个应用领域所用的聚氨醋材料;当然，在此过程中运用了一些化学反应来修饰和拓展异氰酸酯，以达到更广泛的应用范围。多异氰酸酯是统指脂肪族和芳香族异氰酸酯，包括:二苯基甲烷二异氰酸酯(MOI)，甲苯二异氰酸酯(丁DI)，六亚甲基二异氰酸酯(日DI)，IPDI，NDI和日，ZMDI。多元醇是指末端为轻基的聚合物，包括聚醚型和聚酯型。在聚氨酯材料中，除有大量的氨酯健外，还含有酯键、醚键、缩二脉键、脉基甲酸酯键、异氰脉酸酯键，以及不饱和键等，在大分子键之间还存在着氢键。所以，聚氨酯材料具有较强的耐磨性，和耐化学性，高弹性，高粘接性，耐低温性，以及良好的电绝缘咨性。聚氨醋树脂可以通过独特的分子设计一，来创造出各类新品种，以满足各领域的应用，广泛应用于工业，节能，土木建筑，电器仪表。2.3聚氨酯生产工艺制作聚氨酯涂料的工艺与其他涂料类似，一般都包括:预混，分散，研磨，调整和包装。相对于其他涂料，最突出的区别是原料水分对聚氨醋涂料的影响比其他涂料大很多。因树脂中游离的NCO能与原料中水分反应放出二氧化碳气体，所以对于单组份的聚氨酯涂料在储存时易发生胶化和鼓胀;而对于双组份的聚氨脂涂料在涂膜固化后，表面会存在气泡，痒子状针孔等，这些都影响聚氨醋涂料的最终性能。因此在制漆前需对原材料进行脱水预处理，常见的方法如下:1烘干法此方法常用于对颜填料的处理。在有条件的情况下，把颜填料放入烘箱，温度可设定在80一105，时间设定为24一48小时。但要注意的是并不是所有的颜料都在高温下稳定2分子筛吸水法此方法常用于树脂体系和颜填料体系的混合物。将分子筛用作一般填料按正常生产工艺与树脂和颜填料混合，以达到除水目的。但要注意的是分子筛在用作除水剂的同时，也起到消光的作用，因此要制作高光泽涂料时需谨慎考虑。3甲苯磺酸异氰酸酯除水法此方法常用于对溶剂中水分的处理，但不能直接加入多元醇和胺组分中，以免与多元醇和胺反应。一般加入的量为0.5一4%，水分含量范围为0.05一0.3%的原料使用此法较合适。4原甲酸乙酯除水法此方法适用于对多元醇和胺组分的脱水处理，反应相对较慢。用于清漆时加入量为总配方的1一3%，而用于色漆时加入量为4一6%，此方法在除水过程中会由副产物乙醇产生，因此需使用较高比例的异氰酸酯。第三章异氰酸酯3.1异氰酸脂反应机理异氰酸酯基团的高活性是聚氨酯工业的基础。有机异氰酸酯化合物含有高度不饱和键的异氰酸酯基团(一NCO)，因此化学性质非常活泼。通常认为异氰酸酯基团是电子共振结构:从该结构看出，由于氧和氮原子上电子云密度较大，因此电负性较大，其中氧原子电负性最大，是亲核中心，可吸引含活泼氢化合物分子上的氢原子而生成轻基，但不饱和碳原子上的轻基不稳定，重排成为氨基甲酸酯或脉。碳原子电子云密度最低，成较强的正电性，为亲电中心，易受到亲核试剂的进攻。异氰酸醋与活泼亲化合物的反应，就是由于活泼氢化合物分子中的亲核中心进攻NCO基的碳原子而引起的。反应机理如下:3.2异氰酸脂结构对反应活性的影响1诱导效应连接NCO基团的R基的电负性队以氰酸酯的异氰酸酯影响较大，若R是吸电子基团，则更易于亲核试剂发生反应，因此含吸电子纂团的异氰酸酯反应活性较大。反之若R是给电子基团，则反应活性较低。2位阻效应当异氰酸酯结构中出现多个NCO基团时，位阻效应升始凸现。如常用的丁Dl中，2一4体的反应活性高于2一6体，这是因为2一4体的中4位卜的NCO位阻效应较小;而2一6体中两个NCO基团位置较近，所以位阻效应较大，反映活性较低。同样的情况也出现在MDI中，2一4体和2一2体的反应活性因为位阻的原因远远低于4一4体的MOI表2 TDI和MDI与丁醇的相对反应活性位置TDLMDL2位0.08-4位1.000.54对位-0.163.3不同活泼氢与异氰酸脂的反应活性由于异氰酸酯基团的高活泼性，使其可以与许多含活泼氢的化合物反应。可与异氰酸酯反应的活泼氢化合物有醇，水，胺，酚等。基于上述的诱导效应与位阻效应，常见的活泼氢化合物与异氰聚酯的反应活性顺序如下：3.4异氰酸脂与轻基的反应异氰酸酯与轻基化合物的反应是聚氨酯合成中最常见的，反应式如下多元醇与多异氰酸酯反应生成的聚氨基甲酸酯简称聚氨酯。以氰酸酯与多元醇的反应活性受各自分子结构的影响，不同轻基的多元醇的反应速率并不相同，伯轻基>仲轻基>叔轻基，他们与以氰酸酯反映的相对速率分别为:10，0.3和0.01。这主要是轻基化合物的位阻效应与极性引起的。即使使用同一类型的伯醇，其反应活性也不同，这是由于在反应中受醇的结构，反应物浓度等因素的影响，对于官能度相同得多轻基化合物，分子量小事反应速率大，而轻基含量相同时官能度大的反应速率大，反应物勃度增加快。并且轻基与异氰酸酯基的摩尔比不同时，得到的反应生成物也会不同。当轻基过量时，得到端轻基聚氨酯多元醇，是以轻基结尾的树脂。当异氰酸酯基过量时，即生成端基为NCO的预聚体异氰酸两旨与醇经基的反应可用酸和碱催化，工业上使用更多的是碱催化剂，常见的有有机叔胺类和有机金属化合物。异氰酸酯与端轻基聚醚二元醇的反应速率影响因素很多，其内因主要是异氰聚醚二元醇的结构，即结构决定性质，对于一个已经设计好的反应来说，的物质定了以后，决定反应速度快慢的因素也就随之而定。因此，我们重虑反应的其他因素对其反应速率的影响情况。一般来说在没有催化剂参与的下影响异氰酸酯和聚醚二元醇反应速率的外部因素主要有反应的温度、反应浓度、反应器的搅拌混合状况氰酸酯的NCO基和聚醚二元醇的OH反应的条件是2个基团必须碰撞才生。异氰酸酯和聚醚二元醇反应的反应速率与2个基团的碰撞速率成正比;几率由以下几个因素决定:1聚醚二元醇的相对分子质量:相对分子质量越大碰撞几率越小，线型的端轻基聚醚二元醇相对分子质量越大，其端轻基被蜷曲缠绕的聚醚包裹的可能性就越大，导致NCO与O日碰撞几率减小2所处环境温度:反应体系温度越高，分子运动越快，分子之间碰撞的几率越大，异氰酸酯和二元醇反应的反应速率就越高;3反应物的浓度:反应物的浓度越大，其碰撞几率越大。反应物的浓度随着反应的进行逐步降低，反应速度也随之减缓4反应搅拌速度:搅拌速率越大，两种基团的碰撞几率越大3.5性能低黏度疏水性多异氰酸酯必须配用合适的有机共溶剂，并在高剪切力(如使用搅拌或分散设备)下，才能掺入水分散体中。而改性的亲水多异氰酸酯借助简单的手动搅拌，即可获得不含共溶剂的基料与交联剂的均匀混合物。脂肪族或脂环族多异氰酸酯(如HDI或IPDI三聚体)，与不足量的单官能度聚环氧乙烷聚醚醇简单反应，生成含有聚醚氨基甲酸酯非离子型乳化剂的多异氰酸酯混合物。这样，改性的亲水多异氰酸酯易于用手动搅拌乳化于水中，而不需施加高剪切力。该类可水乳化的多异氰酸酯(例如“Bayhydur3100”，“Bayhydur401-70”)现已确定为大多数水性涂料和胶黏剂用的标准交联剂。尽管聚醚改性的多异氰酸酯应用广泛，但它们均具有一基本缺点，特别是当用作水性双组分聚氨酯涂料的交联剂时，需要较高聚醚含量，才能确保足够的分散性，这就导致相当长的干燥时间，且赋予涂料持久的亲水性。正是由于这些原因，聚醚改性多异氰酸酯不被那些要求最高水平抗耐性的应用(如在汽车底漆或防涂鸦涂料中的应用)所接受。这些缺点最终可通过特殊离子化改性多异氰酸酯的开发而得以克服。脂肪族多异氰酸酯与3-(环己氨基)-1-丙烷磺酸(CAPS)(后者为两性离子的氨基磺酸盐)，在温和条件和叔胺中和剂存在下反应，生成的磺酸脲衍生物是极好的乳化剂。不考虑成盐基团，CAPS改性的多异氰酸酯具有很好的贮存稳定性，不浑浊，即使含有较少的磺酸盐基团时，也可在水中得到分散很好的乳液。可获得一系列离子化改性的多异氰酸酯(例如“BayhydurX2487/1”、“BayhydurXP2547”、“BayhydurXP2570”“BayhydurXP2655”)，用于各种环境友好型高质量水性双组分聚氨酯涂料中。这些涂料在干性、固化和化学耐性方面，完全可与通用溶剂型涂料相比拟。新法规要求进一步降低VOC(挥发性有机化合物)，将来这些交联剂的用量必将大增，与溶剂型涂料相比，它们不会导致漆膜质量下降。3.6封闭型水可分散聚异氰酸酯固化剂封闭型水可分散聚异氰酸酯固化剂是把封闭型聚异氰酸酯固化剂经过亲水改性，使这类产品可以分散在水性树脂体系中。在高温烘烤的条件下，封闭剂会从体系中解封，释放出异氰酸酯基团，异氰酸酯基团再与羟基反应。封闭型水可分散