木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青防水涂蓋料的制備及性能研究

李新

（呼倫貝爾市公路管理局，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008）

近年來(lái)，聚合物改性瀝青防水卷材憑借其優(yōu)異的高低溫性能在建筑防水工程中起到舉足輕重的作用[1]，目前我國(guó)聚合物改性瀝青防水卷材用的改性劑主要為熱塑性彈性體SBS及APP，但這類(lèi)聚合物改性材料的成本普遍偏高，制備工藝復(fù)雜且與瀝青之間的相容性低，熱力穩(wěn)定性較差[2-3]?；谝陨蟼鹘y(tǒng)改性瀝青防水卷材用聚合物改性劑的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外建筑防水專(zhuān)家正尋求研制一種全新的環(huán)保且性能優(yōu)良的瀝青聚合物改性劑，其中聚氨酯（PU）因具有彈性高、耐老化、高低溫性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，但目前聚氨酯的制備方法大都以石油基多元醇為主反應(yīng)物，制備成本高，反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程易引起環(huán)境污染，這些缺點(diǎn)限制了其在聚合物改性瀝青防水卷材中的廣泛應(yīng)用[4-6]。木質(zhì)素是一種天然可再生高分子材料，普遍存在于工、農(nóng)業(yè)廢棄物中，價(jià)格較低，其分子鏈上存在大量的醇羥基與酚羥基，反應(yīng)活性較高，因而可被用作主反應(yīng)物參與聚氨酯的合成，不僅可以制備出性能優(yōu)越、環(huán)保低價(jià)的木質(zhì)素基聚氨酯，還可以減少傳統(tǒng)聚氨酯合成過(guò)程中引起的環(huán)境污染[7-8]，但目前國(guó)內(nèi)外鮮有將木質(zhì)素基聚氨酯應(yīng)用于聚合物改性瀝青防水卷材的報(bào)道。

本文利用羥基含量豐富的高沸醇木質(zhì)素部分代替常規(guī)反應(yīng)物聚醚多元醇，在瀝青基體中與甲苯異氰酸酯進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)物理性能測(cè)試；在木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青的基礎(chǔ)上，采用粉煤灰及滑石粉2種不同的填料制備出木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料，研究其高低溫性能，并通過(guò)熱氧老化及紫外老化試驗(yàn)，研究木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料的耐老化性能。

在科學(xué)語(yǔ)體中，在尊重客觀事實(shí)的基礎(chǔ)上，追求修辭語(yǔ)義表達(dá)的準(zhǔn)確無(wú)誤，嚴(yán)密可靠。這是科學(xué)語(yǔ)體對(duì)修辭語(yǔ)義的基本要求。為了做到這一點(diǎn)，在語(yǔ)言表達(dá)上多選用精確的數(shù)據(jù)、專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)、單義詞，并在造句時(shí)注重語(yǔ)義表達(dá)的無(wú)懈可擊。概念明確，推論合理，論證嚴(yán)密，不留語(yǔ)義漏洞，不創(chuàng)造彈性語(yǔ)義。比如：

1 試驗(yàn)

1.1 主要原材料

瀝青：SK-70#道路石油瀝青，其基本技術(shù)性能見(jiàn)表1；聚醚多元醇：DV125，北京某化工廠；高沸醇木質(zhì)素：羥值為178.14 mg KOH/g；擴(kuò)鏈劑：3，3'-二氯-4，4'-二氨基二苯甲烷（MOCA），無(wú)錫鼎泰化工有限公司，分析純；預(yù)聚體：甲苯二異氰酸酯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，分析純；有機(jī)金屬類(lèi)催化劑；穩(wěn)定劑；粉煤灰；滑石粉。

表1 瀝青的技術(shù)性能指標(biāo)

1.2 木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青的制備

首先將預(yù)先稱(chēng)量好的高沸醇木質(zhì)素置于80℃的鼓風(fēng)干燥箱中烘干2 h備用；將SK-70#道路石油瀝青加熱熔融，隨后在160℃的溫度下按比例緩慢添加聚醚多元醇DV125、高沸醇木質(zhì)素、穩(wěn)定劑和MOCA等試劑，并同時(shí)利用高速剪切機(jī)共剪切約45 min；最后將配制好的液化TDI及催化劑緩慢滴入至混合瀝青中，繼續(xù)高速剪切，待體系充分發(fā)育后，即得到不同摻量的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青。

1.3 木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料的制備

工程項(xiàng)目竣工結(jié)算審計(jì)是對(duì)基本建設(shè)項(xiàng)目竣工結(jié)算編制，及有關(guān)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的真實(shí)性、合法性、效益性進(jìn)行審計(jì)監(jiān)督和評(píng)價(jià)的過(guò)程，工程審計(jì)是工程造價(jià)控制的重要環(huán)節(jié)，是提高建筑項(xiàng)目管理水平的內(nèi)在動(dòng)力，是工程建設(shè)項(xiàng)目資金真實(shí)性、合法性、效益性的重要保障。

1.4 性能測(cè)試方法

木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青的相關(guān)物理性能根據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試。

木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料的針入度參照GB/T 4509—2010《瀝青針入度測(cè)定法》，低溫柔度試驗(yàn)參照GB/T 328.14—2007《建筑防水卷材試驗(yàn)方法第14部分：瀝青防水卷材低溫柔性》進(jìn)行測(cè)試。

熱氧老化性能測(cè)試：首先將木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料加熱至充分熔融，然后立即將熔融狀態(tài)的改性瀝青涂蓋料澆注至150 mm×25 mm×3 mm的矩形模具中，待冷卻至室溫并成型后，將試件移至70℃的試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行老化，老化試驗(yàn)時(shí)間分別設(shè)置為5、10、15、20 d，最后對(duì)熱氧老化后的試件進(jìn)行軟化點(diǎn)增量及低溫柔度降低量測(cè)試。

紫外老化試驗(yàn)測(cè)試：將制備好的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料（50±1）g倒入Φ140 mm×9.5 mm的圓盤(pán)中，然后置于紫外老化試驗(yàn)箱內(nèi)。試驗(yàn)溫度設(shè)置為45℃，光源采用600 W的紫外線高壓汞燈，老化試驗(yàn)時(shí)間分別設(shè)置為2、4、6、8 d，最后對(duì)紫外老化后的試件進(jìn)行軟化點(diǎn)增量及低溫柔度降低量測(cè)試。

由圖2可看出：（1）2種木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料的低溫柔度變化趨勢(shì)基本相同，都隨填料摻量的增加而逐漸下降；（2）在相同摻量下，摻粉煤灰的改性瀝青涂蓋料的低溫柔度明顯高于滑石粉，這可以從二者的微觀結(jié)構(gòu)與歷經(jīng)大小做出解釋?zhuān)悍勖夯易鳛橐环N球狀結(jié)構(gòu)，其顆粒粒徑為1～10 μm，而滑石粉則呈現(xiàn)為層片狀結(jié)構(gòu)，粒徑為10～30μm，在低溫條件時(shí)，滑石粉因其較大的層片狀結(jié)構(gòu)會(huì)限制瀝青涂蓋料的彎曲蠕變行為，進(jìn)而對(duì)其低溫柔度造成不利影響。綜合考慮瀝青涂蓋料的高低溫性能及成本因素，瀝青涂蓋料中填料的摻量宜控制為35%。

2 結(jié)果與討論

2.1 木質(zhì)素基聚氨酯摻量對(duì)改性瀝青性能的影響

根據(jù)規(guī)范中的試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)改性瀝青進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青的性能測(cè)試結(jié)果

由表2可知：

此次問(wèn)卷主要是在微信平臺(tái)借助問(wèn)卷星軟件進(jìn)行發(fā)放，以某大學(xué)大學(xué)學(xué)生為采集對(duì)象，涵蓋各年級(jí)和各專(zhuān)業(yè)，共收回150份答卷，均為有效答卷。

（1）當(dāng)木質(zhì)素基聚氨酯的摻量逐步增加時(shí)，改性瀝青的軟化點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，而針入度則逐漸下降，這說(shuō)明當(dāng)基質(zhì)瀝青中加入木質(zhì)素基聚氨酯后，改性瀝青的表觀黏度逐漸降低，相反地，改性瀝青的稠度與硬度隨之變大，表明木質(zhì)素基聚氨酯的摻入會(huì)明顯改善改性瀝青的高溫穩(wěn)定性。究其原因，可能是因?yàn)樵谀举|(zhì)素基聚氨酯能夠與瀝青中的活性成分產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成高度交聯(lián)的聚合物，與此同時(shí)，這些聚合物逐漸發(fā)生溶脹作用，吸附能力極大增強(qiáng)，最終形成性能穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，因而使得改性瀝青的高溫穩(wěn)定性顯著提升。

（2）當(dāng)木質(zhì)素基聚氨酯的摻量處于0～14%范圍內(nèi)，其低溫（5℃）延度呈現(xiàn)出較為明顯的上升趨勢(shì)，表明木質(zhì)素基聚氨酯的摻入能提高瀝青在低溫條件下的柔度，增強(qiáng)改性瀝青抵抗低溫抗拉變形能力，因而木質(zhì)素基聚氨酯對(duì)瀝青的低溫性能有著積極的影響。值得注意的是，當(dāng)摻量超過(guò)14%后，低溫延度的增幅已經(jīng)明顯變小，這可能是因?yàn)楫?dāng)木質(zhì)素基聚氨酯摻量過(guò)高時(shí)，生成的聚合物會(huì)在瀝青體系中分散不均勻，進(jìn)而引起改性瀝青在低溫條件下受力不均，造成材料的應(yīng)力集中現(xiàn)象，影響其低溫性能。綜合考慮改性瀝青的高低溫性能及材料成本，木質(zhì)素基聚氨酯的摻量不宜進(jìn)一步增加，在后續(xù)的試驗(yàn)中將其摻量設(shè)置為14%。

由圖1可知：（1）2種木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青的軟化點(diǎn)變化趨勢(shì)基本相同，都隨填料摻量的增加而逐漸上升，表明粉煤灰或滑石粉能有效改善瀝青涂蓋料的高溫性能；（2）在相同摻量下，粉煤灰對(duì)瀝青涂蓋料軟化點(diǎn)的影響作用明顯優(yōu)于滑石粉，這主要是因?yàn)橄噍^于滑石粉，粉煤灰吸附瀝青中油分的能力更強(qiáng)，相應(yīng)地減少了瀝青涂蓋料中的油分比例，改性瀝青體系的黏稠度變大，瀝青涂蓋料的高溫性能也隨之提高。

2.2 填料對(duì)木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料性能的影響

我點(diǎn)點(diǎn)頭，打開(kāi)了鞋柜一側(cè)的傘柜。結(jié)果我看到了那天丟失的傘，那把爺爺留下的傘。我絕對(duì)不可能認(rèn)錯(cuò)那個(gè)燙著一串英文的傘柄——那可是堂哥從英國(guó)買(mǎi)回來(lái)送給爺爺?shù)亩Y物。方圓十公里恐怕不會(huì)有第二把這個(gè)式樣的傘。

（四）倒逼預(yù)算資金追加投資的情況比較普遍。由于基本建設(shè)投資項(xiàng)目往往概算編制不準(zhǔn)確、執(zhí)行不嚴(yán)格、工程建設(shè)過(guò)程中隨意變更設(shè)計(jì)、擅自增加建設(shè)內(nèi)容、提高投資標(biāo)準(zhǔn)的原因，超概算問(wèn)題普遍存在。為了避免變成“爛尾工程”，地方政府追加投資，不得不擠占其他領(lǐng)域預(yù)算資金，給財(cái)政支出帶來(lái)巨大壓力。

將上述制備的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青加熱至熔融狀態(tài)，并在180～190℃的油浴鍋內(nèi)用高速剪切機(jī)攪拌約2 h，使得改性瀝青呈均勻分散狀態(tài)，隨后加入稱(chēng)量好的粉煤灰或者滑石粉，在180～190℃的溫度下繼續(xù)低速攪拌30 min，即制備出木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料。

瀝青涂蓋料是瀝青防水卷材的重要組成部分，因而其性能的優(yōu)劣會(huì)直接影響到瀝青防水卷材產(chǎn)品的性能，本文根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范，對(duì)摻有不同粉煤灰和滑石粉的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料的物理性進(jìn)行測(cè)試。圖1為不同摻量的粉煤灰和滑石粉對(duì)木質(zhì)素基聚氨酯改性了瀝青涂蓋料軟化點(diǎn)的影響。圖2為不同摻量的粉煤灰和滑石粉對(duì)木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料針入度的影響。

圖1 填料對(duì)木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料軟化點(diǎn)的影響

（3）木質(zhì)素基聚氨酯能夠有效提升改性瀝青的彈性恢復(fù)性能，當(dāng)木質(zhì)素基聚氨酯摻量為18%時(shí)，改性瀝青的彈性恢復(fù)率達(dá)到了80.6%，已經(jīng)優(yōu)于規(guī)范的要求。這主要是因?yàn)椋举|(zhì)素基聚氨酯吸收瀝青中的油分后，會(huì)發(fā)生溶脹現(xiàn)象，并進(jìn)一步形成彼此搭接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改性瀝青呈現(xiàn)出良好的彈性，并且隨木質(zhì)素基聚氨酯摻量的增加，回彈性能越顯著，而這種回彈性能有利于縮短瀝青防水卷材的自愈合時(shí)間。彈性恢復(fù)性能反映了改性瀝青體系內(nèi)部團(tuán)聚力的大小，在相同外力作用條件下，彈性恢復(fù)率越大，表明改性瀝青的自愈合能力越強(qiáng)。對(duì)于瀝青防水卷材而言，其在施工與使用過(guò)程往往會(huì)被釘子、尖銳工具等破壞變形，若改性瀝青的彈性恢復(fù)率不達(dá)標(biāo)，易造成漏水、滲水等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了瀝青防水卷材的正常使用，因而用于防水卷材的改性瀝青需具備較優(yōu)的彈性恢復(fù)性能。

為了更好地理解這門(mén)課程，我們首先要明白，研究性學(xué)習(xí)具有什么樣的特點(diǎn)，它的價(jià)值定位是什么，以及它與學(xué)科教學(xué)，與活動(dòng)課有什么聯(lián)系和區(qū)別。

圖2 填料對(duì)木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料低溫柔度的影響

2.3 填料對(duì)木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料熱氧老化性能的影響

瀝青涂蓋料的耐熱老化性能是評(píng)定瀝青防水卷材長(zhǎng)期使用性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，因而對(duì)摻有2種不同填料的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料的耐熱氧老化性能進(jìn)行測(cè)試。圖3為2種不同填料制備的木質(zhì)素基聚氨酯瀝青改性瀝青涂蓋料在經(jīng)受熱氧老化后軟化點(diǎn)增量的變化趨勢(shì)。圖4為2種不同填料制備的木質(zhì)素基聚氨酯瀝青改性瀝青涂蓋料在經(jīng)受熱氧老化后低溫柔度降低量的變化趨勢(shì)。

排查清楚后，要把著眼點(diǎn)放在這樣三個(gè)地方：首先放在幸福指數(shù)高的人身上，把他們培養(yǎng)成我們的骨干，讓他們有更高的尊嚴(yán)，成為我們工作的助手。其次，形成和制定一些工作原則，比如：開(kāi)展什么活動(dòng)啊，搞個(gè)什么比賽啊，然后，讓骨干多費(fèi)心，穩(wěn)定一個(gè)大多數(shù)。最后，重點(diǎn)去關(guān)照那些最不幸福的，給他們足夠的關(guān)心，逐漸拉近他們的感情，不求他們一定處處滿意，處處快樂(lè)幸福，但求他們能從感情這一點(diǎn)出發(fā)，心里有安慰，平和穩(wěn)定。

圖3 木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料熱氧老化后軟化點(diǎn)增量的變化趨勢(shì)

由圖3可知：（1）2種填料制備的改性瀝青涂蓋料軟化點(diǎn)增量與老化時(shí)間的關(guān)系曲線變化趨勢(shì)基本相同，都隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升，這表明在熱氧老化過(guò)程中，瀝青涂蓋料中的瀝青輕質(zhì)組分會(huì)逐漸揮發(fā)，使得瀝青的稠度與硬度不斷變大，從而影響了瀝青涂蓋料的使用性能；（2）當(dāng)熱氧老化時(shí)間相同時(shí)，摻粉煤灰的改性瀝青涂蓋料的軟化點(diǎn)增量明顯低于滑石粉，表明由粉煤灰作為填料制備的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料具有較優(yōu)的耐熱氧老化性能，這主要是因?yàn)榉勖夯椅綖r青中輕質(zhì)油分的能力強(qiáng)于滑石粉，因而在熱氧老化過(guò)程中，瀝青中的輕質(zhì)油分揮發(fā)量相對(duì)較少，因而改性瀝青涂蓋料的軟化點(diǎn)增量相對(duì)較小。

圖4 木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料熱氧老化后低溫柔度降低量的變化趨勢(shì)

由圖4可知：（1）2種填料制備的改性瀝青涂蓋料低溫柔度降低量與老化時(shí)間的關(guān)系曲線變化趨勢(shì)基本相似，都隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，這表明在熱氧老化過(guò)程中，瀝青涂蓋料在低溫條件時(shí)的脆性會(huì)更加明顯，低溫性能會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降；（2）當(dāng)熱氧老化時(shí)間相同時(shí)，與軟化點(diǎn)增量相似，由粉煤灰制備的改性瀝青涂蓋料的低溫柔度降低量也低于滑石粉，這也表明由粉煤灰作為填料制備的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料具有較優(yōu)的耐熱氧老化性能。

2.4 填料對(duì)木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料紫外老化性能的影響

在瀝青防水卷材長(zhǎng)期使用過(guò)程中，易受到外界自然環(huán)境的影響，尤其是紫外光照射，易對(duì)防水卷材中的瀝青材料造成紫外老化，從而引起瀝青防水卷材變脆、開(kāi)裂，極大地影響了瀝青防水卷材的正常使用。因此，對(duì)摻有2種不同填料的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料的紫外老化性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖 5、圖 6。

由圖5、圖6可知，與熱氧老化試驗(yàn)相似，摻粉煤灰的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料紫外老化后的軟化點(diǎn)增量和低溫柔度降低量均明顯低于滑石粉，表明以粉煤灰作為填料制備的改性瀝青涂蓋料仍然具有較優(yōu)的抗紫外老化性能，分析原因，這可能也是因?yàn)樵谧贤饫匣^(guò)程中，相較于滑石粉，粉煤灰吸附了更多的瀝青油分，減少了瀝青輕質(zhì)組分的揮發(fā)，從而一定程度上延緩了瀝青的紫外老化進(jìn)程。

圖5 木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料紫外老化后軟化點(diǎn)增量的變化趨勢(shì)

圖6 木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料紫外老化后低溫柔度降低量的變化趨勢(shì)

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)用羥基含量豐富的木質(zhì)素替代聚醚多元醇，在瀝青體系中合成了木質(zhì)素基聚氨酯，成功對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行了改性并對(duì)其進(jìn)行物理性能試驗(yàn)，顯示木質(zhì)素基聚氨酯對(duì)瀝青的改性效果非常明顯。

（2）以粉煤灰為填料的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料的高低溫性能優(yōu)于以滑石粉，且綜合考慮瀝青涂蓋料的高低溫性能及成本因素，瀝青涂蓋料中填料的摻量宜控制為35%。

（3）不論是熱氧老化試驗(yàn)還是紫外老化試驗(yàn)，以粉煤灰為填料的木質(zhì)素基聚氨酯改性瀝青涂蓋料具有更優(yōu)的耐老化性能。