聚氨酯防水涂料與自粘聚合物改性瀝青防水卷材復(fù)合防水層剝離強(qiáng)度研究

李立，霍勝旭，羅林剛，王海龍，冷發(fā)光

[1.瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646000；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；3.濰坊市宇虹防水材料（集團(tuán)）有限公司，山東 濰坊 262735；4.建研建材有限公司，北京 100013]

0 前言

在防水工程中，防水涂料與防水卷材組成復(fù)合防水層的應(yīng)用十分廣泛。在GB 50345—2012《屋面工程技術(shù)規(guī)范》中定義了由彼此相容的卷材和涂料組成的防水層即為復(fù)合防水層。復(fù)合防水層的材料選擇一般遵循相似相容原則，即瀝青基防水卷材宜與瀝青基防水材料復(fù)合使用，高分子防水卷材宜與高分子防水材料復(fù)合使用。有研究表明[1]，石油瀝青極性較弱，而聚氨酯具有很強(qiáng)極性，二者相容性較差。近年來，在實(shí)際工程中采用自粘聚合物改性瀝青防水卷材與聚氨酯防水涂料組成復(fù)合防水層的項(xiàng)目越來越多，但二者復(fù)合防水層的應(yīng)用效果因缺乏理論依據(jù)一直備受爭議，因此對(duì)二者復(fù)合防水層的防水可靠性進(jìn)行研究顯得尤為重要。

剝離強(qiáng)度是考量自粘卷材粘結(jié)性能的重要指標(biāo)，直接影響卷材的施工及耐久性。與聚氨酯防水涂料復(fù)合使用，不僅要注意卷材本身的內(nèi)聚強(qiáng)度，也要考慮界面間的粘基力[2]。而聚氨酯防水涂料由多種組分復(fù)配而成，自身體系穩(wěn)定性不佳，同時(shí)存在固化后增塑劑遷移析出影響界面粘結(jié)的問題。因此為了反映二者組成的復(fù)合防水層的防水可靠性，本研究選擇剝離強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)不同類型的聚氨酯防水涂料與自粘聚合物改性瀝青防水卷材組成的復(fù)合防水層的剝離強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試和分析，從而找到影響復(fù)合防水層剝離強(qiáng)度的關(guān)鍵影響因素，為此類防水工程提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

本研究選用的聚氨酯防水涂料按標(biāo)準(zhǔn)要求分為3組，其中A組、B組分別符合GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》中Ⅰ型、Ⅱ型的要求，C組符合TB/T 2965—2018《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》中聚氨酯防水涂料產(chǎn)品的要求；在每組中又根據(jù)環(huán)保等級(jí)、原材料等劃分出多個(gè)對(duì)照樣，不同試樣的參數(shù)見表1。

表1 聚氨酯防水涂料樣品各試樣參數(shù)

選用的自粘聚合物改性瀝青防水卷材符合GB 23441—2009《自粘聚合物改性瀝青防水卷材》中N類Ⅱ型的要求。

1.2 主要試驗(yàn)儀器

MZ-2000B型拉力試驗(yàn)機(jī)；DHG-9420B型電熱鼓風(fēng)干燥箱；SPX-350-C恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱。

1.3 試驗(yàn)方案

本研究主要測(cè)試以不同聚氨酯防水涂料為基底材料，復(fù)合自粘聚合物改性瀝青防水卷材后的剝離性能，測(cè)試方法按GB 328.20—2007《建筑防水卷材試驗(yàn)方法 第20部分 瀝青防水卷材 接縫剝離性能》進(jìn)行。

試驗(yàn)步驟：（1）在溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±10）%的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，將聚氨酯防水涂料通過一次涂布成型，厚度為1.0mm；（2）待涂層表干24h后，粘貼自粘聚合物改性瀝青卷材。制備的復(fù)合材料分為2組，分別在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)7d和15d后測(cè)試剝離性能。

2 復(fù)合防水層的剝離性能

復(fù)合防水層的剝離性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 復(fù)合防水層的剝離性能

2.1 養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)復(fù)合防水層間剝離性能的影響

聚氨酯防水涂料在固化成膜后的一段時(shí)間內(nèi)仍然有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。配方不同，成膜后反應(yīng)的劇烈程度也不同。隨著成膜時(shí)間的推移，反應(yīng)進(jìn)行的就越徹底，涂膜整體的力學(xué)性能也越高。

由表2可以看出：

（1）A組中，不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間的剝離性能差異很小。因?yàn)锳組與B、C組相比，其配方中預(yù)聚體含量較低，成膜后的反應(yīng)能力較弱，所以力學(xué)性能幾乎沒有變化。

（2）B組養(yǎng)護(hù)15 d后的剝離強(qiáng)度比養(yǎng)護(hù)7 d的略有提高；這是因?yàn)锽組預(yù)聚體含量高，成膜后的反應(yīng)能力更強(qiáng)，力學(xué)性能有持續(xù)提高，剝離強(qiáng)度也有小幅增長，最高增幅約9%。

（3）C組在經(jīng)過15 d養(yǎng)護(hù)后C1的剝離強(qiáng)度比7 d養(yǎng)護(hù)提高約1倍，C2的剝離強(qiáng)度基本不變。C組設(shè)計(jì)為后續(xù)反應(yīng)強(qiáng)弱的對(duì)照組，C1組后反應(yīng)強(qiáng)烈，測(cè)得實(shí)際的7 d拉伸強(qiáng)度為6.84 MPa，15 d拉伸強(qiáng)度為7.72 MPa，可見力學(xué)性能明顯提高。C2組后反應(yīng)較弱，其7 d養(yǎng)護(hù)與15 d養(yǎng)護(hù)的力學(xué)性能變化不大，剝離強(qiáng)度基本不變。

由此可見，養(yǎng)護(hù)時(shí)間與復(fù)合防水層間的剝離強(qiáng)度無直接相關(guān)，后期剝離強(qiáng)度的提升與配方體系有關(guān)。

2.2 油類填料對(duì)復(fù)合防水層間剝離性能的影響

為了改善聚氨酯防水涂料的性能，通常需要在涂料配方體系中添加油類液體填料，起到增塑、調(diào)節(jié)黏度和溶解粉體填料的作用。常使用的油類液體填料有芳烴油和環(huán)烷油等。油類填料的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、溶解性好；缺點(diǎn)是極性低，與涂料體系的相容性不好，易從聚氨酯涂膜中析出，在涂膜表面形成一層油膜。

對(duì)比表2中A1和A3組可見，使用油類填料后，15 d剝離強(qiáng)度提高了1.4倍。這是由于油類與聚氨酯相容性不好且體積密度小，涂膜固化后，在表面形成了油膜，降低了聚氨酯涂膜表面的極性，提高了與自粘卷材的相容性。剝離后，自粘卷材上有部分瀝青與卷材脫離，留在了聚氨酯涂膜表面，說明油膜的存在破壞了自粘卷材的整體性，使復(fù)合防水層間的剝離強(qiáng)度雖有提升但幅度很低。

2.3 溶劑對(duì)復(fù)合防水層間剝離性能的影響

為了達(dá)到環(huán)保要求，降低運(yùn)輸和使用風(fēng)險(xiǎn)，聚氨酯防水涂料一般采用閃點(diǎn)較高的慢揮發(fā)溶劑。因此，在涂膜表干后，涂層內(nèi)仍然殘留較多的未揮發(fā)溶劑。殘留的溶劑破壞了涂膜的整體性，影響物理性能。

使用不同類型溶劑和同種溶劑不同使用量對(duì)剝離強(qiáng)度的影響見表3。

表3 不同類型溶劑及用量對(duì)剝離強(qiáng)度的影響

從表3可以看出：

（1）對(duì)比A1與A2組，溶劑使用量提高了8個(gè)百分點(diǎn)，15 d剝離強(qiáng)度下降50%，降幅明顯，提高溶劑的用量會(huì)使剝離強(qiáng)度降低。對(duì)比A5與A6組，剝離性能沒有差別?？赡苁怯捎陔p組分聚氨酯涂料為了達(dá)到性能要求，溶劑使用量較低，因此有無溶劑對(duì)剝離強(qiáng)度的影響不明顯。

（2）對(duì)比A2與A4組，在溶劑用量維持在11%時(shí)，通過改變?nèi)軇╊愋停?5 d剝離強(qiáng)度提升456.5%，升幅顯著。A4組的剝離性能好于低溶劑用量的A1組。說明溶劑的類型對(duì)剝離性能影響較大。A4組采用揮發(fā)速度快的乙酸乙酯，在表干過程中已經(jīng)揮發(fā)完成，形成的涂層整體性好，因此剝離強(qiáng)度較A1、A2組都要高。

（3）B1與B3組相比，雖然溶劑用量下降了8個(gè)百分點(diǎn)，但剝離性能沒有提升，可見溶劑的使用量不是影響剝離強(qiáng)度的主要因素。

2.4 預(yù)聚體含量對(duì)復(fù)合防水層間剝離性能的影響

聚氨酯防水涂料中，由異氰酸酯與聚醚多元醇通過加成聚合反應(yīng)生成的聚合物稱為預(yù)聚體。預(yù)聚體含量是影響聚氨酯防水涂膜力學(xué)性能的決定因素。預(yù)聚體含量對(duì)復(fù)合防水層間剝離強(qiáng)度的影響見圖1。

圖1 預(yù)聚體含量對(duì)復(fù)合防水層間剝離強(qiáng)度的影響

由圖1可見，剝離強(qiáng)度隨著聚氨酯防水涂料中預(yù)聚體含量的增加而提高；當(dāng)預(yù)聚體含量＜30%時(shí)，剝離強(qiáng)度＜0.5N/mm，說明此時(shí)復(fù)合防水層間的粘結(jié)很差，容易被剝離；當(dāng)預(yù)聚體含量接近50%時(shí)，剝離強(qiáng)度達(dá)到1.0N/mm，符合GB23441—2009中卷材與卷材間剝離強(qiáng)度的要求；當(dāng)預(yù)聚體含量繼續(xù)升高時(shí)，剝離強(qiáng)度的增幅逐漸減少，說明已經(jīng)接近復(fù)合防水層間剝離強(qiáng)度的極限；剝離強(qiáng)度與聚氨酯防水涂料是單組份或多組份無關(guān)。

涂料中預(yù)聚體的含量增加，使固化后形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更規(guī)整，涂料中的填料和未揮發(fā)溶劑被三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)很好的包裹，涂膜表面更密實(shí)，力學(xué)性能更高，為自粘卷材提供了質(zhì)量更好的基層。在B1與B3對(duì)比中，溶劑用量的變化對(duì)剝離強(qiáng)度的影響很小也從側(cè)面證實(shí)了這一點(diǎn)。

3 結(jié)論

（1）在試驗(yàn)范圍內(nèi)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間與復(fù)合防水層間的剝離強(qiáng)度無直接相關(guān)，后期剝離強(qiáng)度的提升與配方體系有關(guān)。

（2）涂料中的油類填料提高了與瀝青基自粘防水卷材的相容性，使復(fù)合防水層間的剝離強(qiáng)度提高；但油膜破壞了卷材的整體性，因此提升的幅度較小。

（3）使用揮發(fā)速度快的溶劑可明顯提高復(fù)合防水層間的剝離強(qiáng)度；溶劑用量不是影響復(fù)合防水層間剝離強(qiáng)度的主要因素。

（4）聚氨酯防水涂料中預(yù)聚體含量是影響復(fù)合防水層間剝離強(qiáng)度的主要因素。提高預(yù)聚體含量可顯著提高剝離性能，當(dāng)預(yù)聚體含量接近50%時(shí)，剝離強(qiáng)度可達(dá)1.0 N/mm。