周海軍，陳孝起，李富杰，李彥濤

（河北省科學院能源研究所，河北 石家莊 050081）

噴涂聚脲防腐涂料是雙組份、無溶劑新型材料，該涂料涂層固化快、強度高、耐老化、廣泛應(yīng)用于防腐、防水、耐磨等領(lǐng)域［1～2］。在聚脲應(yīng)用中，混凝土防護所占比例最大。但當聚脲應(yīng)用在混凝土表面時，需要使用底涂材料其原因有兩個：一是封閉混凝土基層中的水分，以避免水與聚脲反應(yīng)，產(chǎn)生氣體，使涂層出現(xiàn)彭泡和針孔；二是可以起到膠粘劑的作用，增強聚脲涂層與基層的粘接力［3～5］。本文目的是研制一種粘接強度高、低成本、適用于混凝土表面噴涂聚脲用的雙組份環(huán)氧底涂材料。

1 實驗部分

1.1 主要原料

環(huán)氧樹脂E51，工業(yè)級，藍星新材料無錫樹脂廠；活性稀釋劑501、環(huán)氧固化劑D1303、固化促進劑D0592，均為工業(yè)級，上海君江科技有限公司；偶聯(lián)劑WD－60，工業(yè)級，湖北武大有機硅新材料有限公司；滑石粉，325目。

1.2 測試設(shè)備

拉拔儀，Psitest AT自動液壓拉拔儀；傅里葉紅外光譜儀，5DX－B型，美國Nicolet公司。

1.3 雙組份環(huán)氧底涂材料的制備

1.3.1 A組分的制備

在低速攪拌下，按一定比例將樹脂E51和活性稀釋劑501混合均勻，然后緩慢加入偶聯(lián)劑處理的滑石粉，攪拌至均勻，備用。

1.3.2 B組分的制備

在低速攪拌下，將一定比例的環(huán)氧固化劑D1303和偶聯(lián)劑處理的滑石粉混合，攪拌至均勻，備用。

1.4 試樣的制備

采用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，制備成70×70×20mm試驗用混凝土試塊。將A、B雙組份環(huán)氧樹脂底涂材料按質(zhì)量比為2∶1調(diào)勻，用刮板均勻地刮在混凝土試塊上，按要求養(yǎng)護足夠的時間，然后噴涂聚脲，厚度約為1.5mm。試件在室溫下放置5天后，用環(huán)氧樹脂粘接金屬拉拔接頭，靜放7天后進行拉拔試驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)分析

通過環(huán)氧樹脂E51與固化劑D1303進行加成，經(jīng)過逐步聚合反應(yīng)歷程，形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，反應(yīng)機理如圖1所示。并利用紅外光譜法，對其得到的環(huán)氧固化膜的分子結(jié)構(gòu)進行分析，如圖2所示。

圖1 反應(yīng)機理方程式

圖2 紅外光譜圖

從圖2可以看出，在活性稀釋劑501及樹脂E51的紅外光譜圖中，位于1270cm－1、839cm－1處發(fā)現(xiàn)環(huán)氧基的相應(yīng)特征吸收峰；然而在固化膜的紅外光譜圖中，位于1270cm－1、839cm－1處的特征吸收峰減弱甚至消失，并且位于3365cm－1處發(fā)現(xiàn)了寬而鈍的—OH基特征吸收峰，由此可以說明：環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基與固化劑中的氨基發(fā)生了加成反應(yīng)，形成交聯(lián)體型結(jié)構(gòu)。

2.2 底涂樹脂種類對粘接性能的影響

聚脲防水材料采用噴涂施工，固化速度極快，一般在數(shù)秒內(nèi)即可開始凝膠，1min內(nèi)即可達到觸干，施工速度快，但同時帶來一個顯著的缺點：聚脲材料與基材滲透時間不夠，導(dǎo)致與基材的附著力差，因此必須選擇合適的底涂材料以提高聚脲與混凝土基材的附著力，為此對聚酯樹脂、聚氨酯樹脂以及環(huán)氧樹脂等不同高分子材料作為底涂材料進行比較，結(jié)果如表1所示。

表1 底涂樹脂種類對粘接性能的影響

由表1可以看出：在三種底涂材料中環(huán)氧樹脂的粘接強度最高。這是因為環(huán)氧樹脂中的—OH和—O—鍵能與混凝土基材相互吸引并進行橋接，提高底涂的附著力；同時環(huán)氧底涂中殘留大量的—OH、—NH、—NH2能與聚脲中的—NCO發(fā)生化學反應(yīng)，使聚脲與混凝土基材的附著力大大提高。

2.3 固化劑種類對粘接性能的影響

環(huán)氧樹脂屬于熱固性材料，單獨使用幾乎沒有什么價值，只有在使用中加入固化劑，并在一定條件下發(fā)生固化反應(yīng)，生成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，才會顯現(xiàn)出各種優(yōu)良的性能，成為具有較高使用價值的環(huán)氧材料。針對聚脲噴涂的應(yīng)用和施工要求，本文選用環(huán)氧樹脂E51與三種不同固化劑復(fù)配并進行比較，結(jié)果如表2所示。

表2 固化劑品種對粘接性能的影響

由表2可知，固化劑D1303的粘接強度、表干時間均明顯高于固化劑DMP－30和固化劑T31。這是因為固化劑T31分子結(jié)構(gòu)屬短鏈，固化劑DMP－30的分子量較低，由這兩種固化劑制得的固化物較脆，粘接強度低；而固化劑D1303的分子結(jié)構(gòu)中含有脂肪胺類分子的活性氫，又含有能起催化、促進環(huán)氧樹脂固化的基團和苯環(huán)結(jié)構(gòu)，使其表干時間，粘接強度明顯提高。

2.4 填料對粘接性能的影響

在施工過程中，環(huán)氧樹脂底涂的黏度過低，不利于混凝土毛細孔的封閉，而黏度過高，不利于滲透，均不利于聚脲與混凝土的粘接。而使用填料可以提高樹脂的黏度，同時還可以減少樹脂的用量、降低成本，并使固化物的性能得到改善，降低熱膨脹系數(shù)，提高抗沖擊性能和耐磨性能。筆者討論比較了不同填料用量對雙組份環(huán)氧底涂材料粘接強度的影響，其中填料用量為所占環(huán)氧樹脂E51、稀釋劑以及固化劑總量的質(zhì)量百分數(shù)，其結(jié)果如圖3所示。

圖3 填料用量對粘接強度的影響

如圖3所示，填料的添加明顯的提高了聚脲與基材的粘接強度，但其填料用量不能過多，以約100%為宜。若繼續(xù)增加填料用量，使體系中的有效成分過低，樹脂黏度過高，導(dǎo)致聚脲與基材的粘接強度迅速降低。

3 結(jié)論

噴涂聚脲材料固化速度快、對基材潤濕性差、粘接強度低，加之混凝土呈多孔性結(jié)構(gòu)，空隙中存有大量水汽，使涂層產(chǎn)生彭泡和針孔等缺陷，所以在使用噴涂聚脲前需要使用底涂材料。筆者使用環(huán)氧樹脂E51，活性稀釋劑501、環(huán)氧固化劑D1303及填料等原料，研制出了表干時間不超過2h，粘接強度3.5MPa，原材料成本12.1元／kg以下，封閉效果好的聚脲用雙組份環(huán)氧底涂材料。

［1］ 王玉峰，沈春林，褚建軍，等，環(huán)氧樹脂噴涂聚脲用底涂的研究［J］.中國建筑防水，2010，（10）：36－38.

［2］ 薛書敏，王文灝，沈露，等.聚脲防水基層處理劑的性能探索［J］.中國建筑防水，2010，（5）：11－13.

［3］ 葉林宏.高滲透改性環(huán)氧基層處理劑及其應(yīng)用［J］.中國涂料，2009，24（10）：43－49.

［4］ 劉彥東，趙希娟，潘美，等.環(huán)氧基聚脲封閉底涂的性能研究［J］.2009，47（5）：16－18.

［5］ 劉彥東，趙希娟，潘美，等.適用于混凝土基面聚脲封閉底涂的性能研究［J］.2009，（2）：70－73.