混凝土聚脲涂层配套单组分聚氨酯底漆的附着性研究.pdf

全国中文核心期刊 杆癯 建 中 国 科 技 核 心 期 刊 混凝土聚脲涂层配童晕组分聚薏麓熹漆 昀咐善性砥究 吕平 ， 丁国雷， 马学强 ( 青 岛理工大学 功能材料研究所 ， 山东 青 岛2 6 6 0 3 3 ) 摘要 ： 研究了3 种用于混凝土防护的聚脲涂层的单组分聚氨酯底漆( 底漆 1 底漆 3 ) 的缺陷封闭效果， 考察了环境温度和湿度 对聚氨酯底漆与混凝土附着性能 的影响 ， 以及喷涂聚脲后涂层与混凝土之间附着力随时间的变化规律。 结果表 明， 底漆涂刷前为均 匀黏稠体 ， 无凝胶 、 结块 ， 涂刷后漆膜质量 良好 ， 未 出现发泡、 回缩或缩孔现象； 喷涂聚脲后 ， 涂刷 3种聚氨酯底漆后聚脲对混凝土 的 附着力随着 时间的增加而分别增至 5 6 3 、 5 3 9 、 6 0 9 MP a ， 随后趋于稳定 。 关键词 ： 单组份聚氨酯底漆； 聚脲涂层； 附着力； 缺陷封闭效果 中图分类号： T U 5 6 1 6 5 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 8 6 0 3 Re s ea r c h on t he adhe s i ve pr ope r t y o f o ne -c o m po ne nt pol y ure t hane pr i m e r s f or c o nc r e t e pr ot e c t i v e po l y ur e a c oa tin gs LV Pf ， DI NG Gu ol e i ， MA Xue q i a n g ( I n s t i t u t e o f F u n c t i o n a l Ma t e ri a l s ， Q i n g d a o T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y ， Q i n g a a o 2 6 6 0 3 3 ， S h a n d o n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e d e f e c t c l o s u r e e f f e c t o f t h r e e d i f f e r e n t t y p e s o f o n e -c o mp o n e n t p o l y u r e t h a n e p r i me r s( p r i me r 1 - 3 ) a p p l i e d i n c o n c r e t e p r o t e c t i v e p o l y u r e a c o a t i n g s we r e r e s e a r c h e d i n t h i s p a p e r Th e i n flu e n c e o f a mb i e n t t e mpe r a t u r e a n d h u mi d i t y t o a d h e s i o n a n d t h e a d h e s i o n d e v e l o p me n t t r e n d s wi t h t i me wa s a l s o s t u d i e d T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t ： t h e p rime r wa s s t i c k y l i q u i d， n o g e l l i n g ， n o l u mpi n g b e f o r e p a i n t e d， wh i l e i t p e r f o r me d g o o d c o a t i n g fi l m q u a l i t y a f t e r p a i n t e d ， n o f o a mi n g a n d b l e b s a r e d e t e c t e d a f t e r p a i n t e d Th e d e v e l o p me n t t r e n d s ho we d t h a t t h e a d h e s i o n r e a c h e d t o 56 3， 53 9， 60 9 MPa r e s p e c t i v e l y a n d t h e n k e p t s t a b l e wi t h i n c r e a s i n g t i me Ke y wo r ds ： o n e c o mp o n e n t p o l y u r e t h a ne p r i me r ； p o l y u r e a c o a t i n g ； a d h e s i v e s t r e n g t h ； d e f e c t c l o s u r e e f f e c t 0 前言 先进的防护涂层技术是提高混凝土耐久性的有效措施。 聚脲技术是一种在物体表面快速成型无溶剂、无污染厚涂层 的施工技术， 是目 前国际上最先进的“ 环保型” 新材料技术之 一 ，已在奥运工程、 京津城际高铁及京沪高铁等国家重点工程 应用。 由于混凝土基材表面存在大量针孔、 微裂纹或气泡等缺 陷， 影响了聚脲材料与混凝土之间的附着力， 也是聚脲涂层鼓 泡的重要原因之- ” 。而底漆是连接混凝土基材与聚脲涂层 的桥梁， 具有改善、 封闭上述缺陷， 避免涂层鼓泡的作用； 同时 能够渗透到混凝土基材2 1 ， 不但与混凝土具有良好附着力， 而且与聚脲涂层之间也具有良好的附着力， 在混凝土基材与 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 6 2 0 作者简介 ： 吕平， 女， 1 9 6 4年 生， 江苏淮 安人 ， 教授 。 地址 ： 青 岛市四方 区抚 顺路 1 1号， 电话： 0 5 3 2 8 5 0 7 1 3 2 0 。 8 6 新型建筑材料 2 0 1 1 9 聚脲涂层之间起到良好的连接作用。 因此， 聚脲在混凝土上应 用必须使用专门的封闭底漆 。目前， 常用的封闭底漆一般 为双组分环氧、 双组分聚氨酯和单组分聚氨酯封闭底漆。 环氧 底漆对温度较为敏感， 在低温下固化困难。 如水性环氧底漆在 气温低、 湿度大的条件下， 干燥速度慢l引 ； 在冬季接近一 2 0 c c 施 工时， 极易在混凝土表面结冰， 形成假固化现象， 待温度回升 后， 极易造成聚脲涂层起鼓和剥落。 双组分聚氨酯底漆性能优 越， 但不适合潮湿基材施工， 否则极易起泡， 附着力极差。 单组 分聚氨酯底漆操作简便， 适合潮湿基材施工， 且具有优异的性 能。 综合比较， 单组分聚氨酯底漆是综合性能较好的材料。 因 此，本文系统研究了单组分聚氨酯底漆在各种施工环境的粘 结性能及随养护龄期的变化规律。 l 试验方法 1 1 原材料 自 制不同分子量的3 种单组分聚氨酯底漆( 底漆 l 、 底漆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吕平， 等： 混凝土聚脲涂层配套单组分聚氨酯底漆的附着性研究 2 、 底漆 3 ) 、 喷涂聚脲原料的A 、 B双组分( 异氰酸酯和端胺 基聚醚) 、 C 6 0 混凝土。 1 2 试验设备 拉脱法附着力测试仪； 电热鼓风干燥箱、 冷冻箱、 混凝土 养护室； H 一 2 0 3 5 液压驱动聚脲喷涂设备； G X 一 7 4 0 0 双组分 聚脲喷枪。 1 3 试样制备 采用尺寸为 1 0 0 m m x l 0 0 m m x l 0 0 m m的C 6 0混凝土试 块， 表面无油污、 浮浆、 粉尘或腐蚀性物质等。首先， 将若干 混凝土试块置于水中浸泡7 d ， 然后按下述步骤进行： ( 1 ) 将 潮湿混凝土试块放在水箱的支架上， 保持试块在水面以上， 然后将水箱密封置于电热鼓风干燥箱内， 模拟高温、 高湿环 境 温度( 5 0 2 )、 相对湿度9 5 ； ( 2 ) 将未浸泡混凝土试 块置于电热鼓风干燥箱内， 模拟高温环境 温度( 5 0 2 ) ； ( 3 ) 将未浸泡混凝土试块置于冷冻箱， 模拟低温环境 温度 ( 一 1 0 + 2 ) ； ( 4 ) 浸泡和未浸泡混凝土置于常温环境 温度 ( 2 5 2 ) 1 ， 以作对比。混凝土试块在以上各模拟环境下放 置7 d ， 然后刷涂底漆， 观察底漆涂刷前后的表观质量， 从而 定性分析底漆对混凝土表面孔结构的封堵效果，再在不同 的环境下放置7 d 测试底漆与混凝土之间的附着力； 喷涂聚 脲，将附着力测试仪专用拉拔头粘结在聚脲表面， 1 d 后进 行附着力测试， 连续测试7 d ( 注： 测试期问， 喷涂聚脲的混 凝土试块均在常温环境下) 。附着力按照 A S T M D 4 5 4 1 和 I S O 4 6 2 4 进行测试4 1 。 2 结果与讨论 2 1 缺陷封闭效果 聚脲成分的化学活性高， A 、 B组分的固化速度极快， 通 常凝胶时间为3 1 0 S ，故涂料尚未充分浸润混凝土表面时就 已固化， 影响了其与混凝土的附着性同 。而且， 混凝土是一种 多孔材料， 其表面分布着大小不一的孔洞， 聚脲采用的又是热 喷涂的方式。因而， 聚脲固化时发热量很大， 混凝土表面孔洞 中含有的空气或水分受热膨胀或蒸发，造成涂层表面出现针 眼和气泡甚至造成更大的孔洞1 6 1 。因此， 要封闭这些孔洞， 需 要底漆在施工时具有很好的流动性和润湿能力， 以流入孔洞， 固化后有效填平孔洞。同时， 具有良好的渗透性， 干燥成膜后 对混凝土中的水气及空气等能起到密封效果。 底漆 I 、 底漆2 和底漆3 三种配套底漆涂刷前表现为均匀黏稠体，无凝胶、 结块， 涂刷后涂膜质量良好， 未出现起泡、 回缩或缩孔现象， 表 明这3 种底漆对混凝土表面的缺陷具有良好的封闭作用， 如 图 I 所示。 图 I 底 漆涂刷后 的缺陷封闭效果 2 2 环境因子的影响 我国幅员辽阔， 各地环境不一。 总的来说， 南方夏季高温多 雨， 北方冬季低温干燥。针对这一特点， 我们进行了以下研究。 2 2 i 环境 温度 的影响 在聚脲喷涂防护工程中，环境温度是整个工程施工工艺 顺利实施以及工程施工进度和工程质量的重要影响因素。 图2 表示在( 一 l O 2 ) 、 ( 2 0 2 ) 和( 5 0 2 ) 的环境温 度条件下，底漆涂刷后第 7 d时3 种聚氨酯底漆对混凝土基 材的附着力。 1 O 2 O 5 O 温度 图 2不同温度 下 3种底漆对混凝土的附着 力 从图2 可以直观地看出， 3 种聚氨酯底漆与混凝土基材 的附着力随环境温度升高的大致趋势： 在( 一 l 0 2 ) 时， 3 种 聚氨酯底漆对混凝土基材附着力相差较小； ( 2 0 2 )c c 时， 底 漆 1 和底漆3 对混凝土附着力较 ( 一 1 0 2 ) 均明显增大， 底 漆2 则不明显； ( 5 0 2 ) q C 时的试验结果则相反，底漆 2 对混 凝土附着力明显增大， 其数值达到6 8 3 M P a ， 底漆 1 和底漆3 则不明显， 但其数值也分别高达 6 1 3 、 6 3 9 M P a 。环境温度试 验结果显示， 底漆 1 和底漆 3 适合在常温至一 1 0 使用， 而底 漆2 适合在常温至5 0 使用。 单组分聚氨酯底漆含有活泼的N C O基团， 与水反应生成 脲基并进一步与水反应形成缩二脲交联l 1 l， 从而使底漆固化。 不同聚氨酯底漆与水的反应速度系数的差异可能是导致其温 度敏感性的因素。 2 2 2 环境湿度的影响 图3 是在环境湿度为3 0 、 6 0 和9 0 条件下， 底漆涂刷 N E W BUI L DI NG MAT ER J AL S 8 7 8 7 6 5 4 3 2 1 0 B d 窿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吕平， 等： 混凝土聚脲涂层配套单组分聚氨酯底漆的附着性研究 后第7 d时上述 3 种不同聚氨酯底漆对混凝土基材的附着力。 底 漆1 3 0 6 0 9 O 相对湿 度 图 3 不同湿度 下 3 种底漆对混凝土附着力 从图3 可以看出， 在环境湿度为3 0 时， 底漆 1 对混凝土 的附着力明显高于其它2 种底漆； 在环境湿度增加到6 0 时， 3 种聚氨酯底漆对混凝土的附着力都出现明显的增大， 其中 底漆 1 和底漆2 的附着力数值分别高达7 2 7 、 6 2 0 M P a ； 在环 境湿度进一步提高至9 0 时， 底漆 1 和底漆 2 对混凝土的附 着力都出现较大幅度的降低， 其数值分别为5 7 8 、 4 3 8 M P a ， 而 底漆3 则继续增大至7 1 5 M P a 。环境湿度的试验结果显示， 底漆 1 和底漆2 适合在环境湿度3 0 一 6 0 使用， 底漆 3 则适 合在环境湿度6 0 一 9 0 使用。 单组分潮气固化聚氨酯底漆本身的性质受固化原理决 定， 底漆 1 、 底漆2 分子结构中的N C 0基团对潮气比较敏感， 当潮气过大时， 聚氨酯分子中的N C 0基团与水反应， 产生大 量的C 0 2 1u ， 导致底漆表面产生气泡， 使其对混凝土的附着力 降低； 而底漆3 分子中N C 0基团对潮气的敏感度较小， 其对 混凝土附着力随环境湿度的升高而提高。 2 2 3 聚脲涂层的影响 图4是喷涂聚脲涂层后， 常温下聚脲对经底漆处理的混 凝土附着力随时间的变化规律。 图4 常温下聚脲对混凝土附着力随时间的变化规律 从图4可以看出，在3 种聚氨酯底漆作用下， 1 d 后聚脲 对混凝土的附着力就达到了3 8 M P a ， 并且随着时间的延长其 附着力都有所增大， 之后趋于稳定， 但是附 着力强度稳定的时 间却各不相同，在第3 d时经底漆 1 处理聚脲对混凝土的附 8 8 新型建筑材料 2 0 1 1 9 着力增大到5 6 3 M P a 并趋于稳定； 在第6 d 时经底漆2处理 的聚脲对混凝土的附着力增大到5 3 9 M P a ， 之后随时间的延 长附着力趋于稳定； 而对于底漆3 来说， 聚脲对经处理的混凝 土的附着力在第5 d 趋于稳定， 增大到6 0 9 M P a 。 这是由于聚 氨酯底漆本身的化学活性和聚脲涂层本身性质决定的，其中 异氰酸酯组份和端羟基聚醚快速反应【 l _ ， 能在较短的时间内产 生较高的附着力，而随着聚脲本身化学反应及底漆之间的相 互作用达到平衡需要一个缓慢的过程，当然底漆与聚脲相互 作用的活性受底漆本身性质的影响。 3 结论 ( 1 ) 底漆涂刷前表现为均匀黏稠体， 无凝胶、 结块， 涂刷后 漆膜质量良 好， 未出现发泡、 回缩或缩孔现象， 底漆对混凝土 表面孔结构有良好的封堵效果。 ( 2 ) 3 种聚氨酯底漆涂刷后7 d 与混凝土附着力随温度升 高而升高， 并分别达到6 1 3 、 6 8 3 和 6 3 9 M P a ， 其中底漆 3 对 温度比较敏感， 在温度不高于2 0 时附着力增大较快， 而底 漆2 则与之相反。 ( 3 ) 湿度对附着力的影响试验结果表明， 底漆涂刷后7 d ， 底漆 1 和底漆2 对混凝土附着力随环境湿度的增大先分别升 高到7 2 7 、 6 2 0 M P a 后降低到5 7 8 、 4 3 8 M P a ，而底漆3 对混 凝土附着力则随着湿度的增大而升高到7 1 5 M P a 。 ( 4 ) 在3 种聚氨酯底漆的作用下， 第 1 d 聚脲对混凝土的 附着力就达到3 8 M P a 以上； 在第3 d 时聚脲对经底漆 1 处理 的混凝土附着力达到5 6 3 M P a 后趋于稳定： 在第 6 d时聚脲 对经底漆 2 处理的混凝土附着力增大到 5 3 9 M P a 后趋于稳 定； 而对于底漆3 来说， 聚脲对经其处理的混凝土附着力在第 5 d 达到6 0 9 M P a 后趋于稳定。 参考文献 【 1 】 黄微 波 喷涂聚脲 弹性体 技术 MI 北京 ： 化学工业 出版 社 ， 2 0 0 5 ： 7 3 2 0 7 【 2 】 吕平 ， 潘琳 ， 赵铁 军 海工钢 筋混凝 土结构 的防 护【 J j 建筑科 学 ， 2 0 o 5， 2 1( 6) ： 77 7 9 3 】 虞兆 年 防腐 蚀 涂料 与涂 装【 M 北京 ： 化 学工 业 出版 社 ， 2 0 0 1 ： 2l 一 2 3 4 A S T M D 4 5 4 1 - 0 2 ， S t a n d a r d T e s t Me t h o d f o r P u l l O f f S t r e n g t h o f C o a t i n g s U s i n g P o r t a b l e A d h e s i o n T e s t e r s S 【 5 】 昌平， 黄微波 喷涂聚脲弹性体材料 的特 点及应用技术【 J 】 。 建筑 技 术， 2 0 0 0 ， 3 1 ( 4 ) ： 2 4 7 2 4 8 【 6 1 吕平 多功能 喷涂 聚脲 材料 的施 工技 术【 J 】 建筑 技 术 ， 2 0 0 4， 3 5 ( 7 ) ： 5 2 3 5 2 5 A 8 7 6 5 4 3 2 l 0 日 莹 枢靛 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m