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聚氨酯粘合剂材料在建筑维修施工中的应用

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2021-03-04 09:24 热度:

   随着国民经济的快速发展,颁布了建筑节能的中长期规划,推动了创新型化学建材工业的兴起,其中应用最为普及的是一种具有诸多优势的高分子材料,聚氨酯具有可发泡性、耐磨性、粘结性、弹性以及耐低温性、耐生物老化性与耐溶剂性,因此,在建筑领域占有重要的一席之地,尤其在防水、胶粘剂以及保温行业更是取得了理想的实践成果。聚氨酯粘合剂的适用范围非常广,不论是柔软的橡胶还是坚硬的塑料,均能够使用,划分为多异氰酸酯粘合剂、双组分与单组分粘合剂。聚氨酯不仅广泛应用于建筑行业,还在其他领域中得到大力推崇。

聚氨酯粘合剂材料在建筑维修施工中的应用

  文献 [1] 依据不同调配比例,采用聚氨酯、环氧树脂以及接枝改性胶原蛋白,完成胶原蛋白基水性胶黏剂合成,通过红外光谱、激光粒度仪、拉伸以及差式扫描量热法等策略,分析合成乳液的胶膜结构、热性能、分散性以及力学性能,最后,在木材粘合的过程中对其进行应用;文献 [2] 利用聚乙二醇与异氟尔酮二异氰酸酯,经过催化与封端,实现封端型水性聚氨酯交联剂的合成,选取红外光谱对合成产物进行表征,并探索出封端率的影响因素,从而改进交联剂合成的工艺条件,通过在涤纶织物上使用复配获取的拒水阻燃剂,分析各成分对织物的性能影响;而文献 [3] 则采用傅里叶变换红外光谱、同步热分析仪以及拉伸测试仪,表征合成聚氨酯的结构、热稳定性以及力学性能,从而实现电池窗口、交流阻抗、倍率以及循环性能的测试。

  基于上述研究成果,本文对聚氨酯粘合剂材料在建筑维修施工中的应用进行研究,通过分析聚氨酯粘合剂材料的固化机理,探索其相关性能,利用间歇脱水法、连续薄膜干燥法或者连续喷雾干燥法,对低聚物多元醇进行脱水操作,经过引入多异氰酸酯,使脱水后的低聚多元醇自然升温,进而合成预聚体,随后实施与填料、催化剂以及触变剂等助剂的捏合操作,得到聚氨酯粘合剂。基于流变学测试,探索聚氨酯粘合剂材料的动态粘弹性,最终,采用单组分聚氨酯密封胶与单组分聚氨酯防水涂料,完成建筑裂缝的维修施工。

  1 聚氨酯粘合剂材料制备及分析

  聚氨酯粘合剂材料凭借其优异的性能与适中的价格,被广泛应用于土木建筑领域。为了深入探索聚氨酯粘合剂材料的性能,剖析建筑施工中常用的单组分湿固化型聚氨酯粘合剂生成方法。该粘合剂的固化机理是:当粘合剂含有的活泼基团 [4] 暴露在空气里,粘合剂将跟空气内的微量水分反应,与此同时,也会同被粘接基材表面的羟基等活性氢基团和吸附水反应,从而得到脲与缩二脲交联结构。单组分湿固化型聚氨酯粘合剂的获取方法流程为:首先对低聚物多元醇实施脱水;然后采用脱水后的低聚多元醇与多异氰酸酯 [5] 合成聚氨酯预聚体;最后将所得预聚体与诸如填料等助剂进行捏合。图 1 所示为单组分湿固化型聚氨酯粘合剂的制备步骤示意图。

  低聚物多元醇的脱水操作,要在聚氨酯预聚体合成之前实施,令低聚物多元醇的含水量不超过 0.05%。脱水操作常采用间歇脱水法、连续薄膜干燥法以及连续喷雾干燥法等处理形式。其中,间歇脱水法的操作环境为不锈钢釜,采用的相关设备主要有框式搅拌器、端面机械密封 [6],加热处理由蒸汽或者电加热得以完成,脱水时温度应为 100℃ ~140℃,基于高真空条件,脱水过程将耗时一至两小时左右;若要脱水处理大量的低聚物多元醇,则可以选用喷雾干燥法与薄膜干燥法。添加一定量的低聚多元醇,当温度为 40℃ ~60℃时,将多异氰酸酯添加进来,令体系温度进行 30min~40min 的自然提升,待温度升至 80℃左右,保温反应 2h~3h,对 NCO % 进行采样分析,若符合预设值,那么反应完成。经过真空脱泡可以取得不存在气泡的预聚体 [7]。在行星式搅拌机中除了要加入一定量的预聚体,还应添加填料、催化剂以及触变剂等助剂,基于真空状态,实施一至两个小时的捏合操作,待其混合均匀、充分,即可出料获取聚氨酯粘合剂。为了探索聚氨酯粘合剂材料的动态粘弹性,依据外力施加形式,将流变学测试划分成稳态测试 [8] 与动态测试两种,前者是在应力或应变为恒定性情况时,通过对样品施加剪切应力完成测试;而后者则是在应力或应变为周期性情况时,对样品施加振荡剪切应力进行测试。如果剪切频率较小,则聚氨酯粘合剂可以近似看成线性体,若将一定频率的交变应力或应变作用于聚氨酯粘合剂材料上,那么应力或应变响应发生的频率也与之相同,因此,材料施加的正弦应变能够通过应变振幅和交变角频率得出。根据聚氨酯粘合剂存在的粘弹性属性,可知应变与应力间具有相位差  ,若材料属于纯粘性,则 = 2   ;若属于纯弹性,则   0 ;若属于粘弹性材料,那么应力会比应变提前一个相位差,得到 0 2     。经分析,所得到的聚氨酯粘合剂材料具备理想的柔韧性、耐候性以及耐久性等优势,不仅粘合剂本身不开裂且粘结性好,而且可以令使用物品的表面粘结牢固,并随之同时发生形变,所以,在建筑物、公路以及广场等工程领域的嵌缝密封任务中得到了广泛运用。表 1 为基于聚氨酯粘合剂材料的单组分聚氨酯密封胶性能指标数据统计。

  基于表 1 的性能指标数据统计得知,聚氨酯粘合剂材料具有较好的环保性能与基材表面粘结性,既耐磨、耐刺穿,又便于施工且该材料拥有高弹性属性,所以,非常适用于建筑表面的局部维修。

  2 建筑维修施工应用

  通过目视法或采用专业的设备,对渗漏点进行搜索判定,从而确定建筑裂缝处。目视法应用较为普遍,且简单可行,但设备检测则更加准确、迅速,其原理是根据物体反射出的不可见红外线,利用光敏元件实现成像,红外线感应充入的二氧化碳类气体,令渗漏源头显现。图 2 所示为设备检测法。

  Fig. 3 Schematic diagram of building cracks 通过在凹槽的底部铺一层衬垫材料,以避免施工形成三面粘结,对伸缩性能产生影响,把厚度为 1cm 的单组分聚氨酯密封胶注入凹槽中,为了使其与基面粘结,刮平时应确保与两侧接触充分。图 4 所示为凹槽施工断面。

  在密封胶的施工过程中,应防止空气进入,且指触干之前还要防止其受到碰损、污染或者雨淋,固化阶段的前 3h 禁止浸水。当温度是 5℃ ~35℃的时候,使用毛刷将调配适当的底涂均匀涂抹在粘结基材表面,待全部干燥后展开聚氨酯防水涂料施工。在经过底涂施工的基面与凹槽中,用毛刷均匀涂抹上单组分聚氨酯防水涂料,为了避免出现气泡,应遵循薄刷、少刷准则,如果防水涂料固化成膜,则再一次施工防水涂料,涂抹方向与首次呈垂直角度,且整体厚度超过 2mm,该阶段要避免积水的长期储存,指触干前确保无明水接触、无污染、无碰损,实际干燥之前则停止涂膜层上的所有施工作业。将厚为 3cm 的水泥砂浆保护层覆于防水层上,以延长防水层使用年限,指触干前在防水层表面铺一层干净的粗砂,待实际干燥后,实施防护层施工阶段。该层既要覆盖全部防水涂膜 [9],还要完全破除原有基面。依据工程质量验收规范,在施工位置进行蓄水试验,若 24h 后未发生渗漏现象,则施工合格。

  3 仿真实验

  为了验证聚氨酯粘合剂的有效性与可行性,分别对聚氨酯粘合剂应用前后的建筑维修施工效果进行对比,并选取粘结强度、通气度以及疲劳性作为性能评估指标。 3.1 粘结强度对比分析图 5 所示为聚氨酯粘合剂应用前后的粘结强度 [10] 比较曲线。通过图 5 可以看出,聚氨酯粘合剂材料大幅度提升了与基层的粘结强度,平均强度值在 56.15N/cm2 ,而未使用材料的粘结强度均值为 33.54N/cm2 ,聚氨酯粘合剂材料优势显著。

  3.2 通气度对比分析通气度试验装置结构示意图及试验结果如图 6、图 7 所示。从图 7 可知,聚氨酯粘合剂材料能够更好地排除基层蒸发出来的水蒸气,通气度性能具有明显的优越性。

  3.3 疲劳对比分析图 8、图 9 分别为疲劳试验模型规格及疲劳试验结果比较。 根据图 9 曲线走势能够发现,应用聚氨酯粘合剂后耐疲劳性能稳定性较好,极大程度延长了使用寿命。

  4 结语

  随着聚氨酯树脂的发展,聚氨酯粘合剂得到了推广应用,因此,本文探索聚氨酯粘合剂材料在建筑维修施工中的应用,分析聚氨酯粘合剂材料固化机理,运用目视法或采用专业的设备,查找建筑渗漏点,随后在裂缝处进行切割,在凹槽的衬垫材料上方注入单组分聚氨酯密封胶后,将调配适当的底涂均匀涂抹在粘结基材表面,进而完成单组分聚氨酯防水涂料施工,最后,通过水泥砂浆保护层与蓄水试验,保证合格的维修施工效果。该材料在建筑领域中有着广阔的应用前景,为未来聚氨酯粘合剂品种的多元化发展奠定了夯实的理论依据。

  参考文献

  [1] 侯立杰 , 王全杰 , 赵世坤 , 等 . 胶原蛋白基水性胶黏剂的合成及在木材粘合中的应用 [J]. 中国皮革 , 2019, 48(10):18-23.

  [2] 易辉 , 赵修芳 , 林江 . 封端型水性聚氨酯交联剂的合成及其应用 [J]. 印染助剂 , 2019, 36(8):27-31.

  [3] 王超 , 姜时锋 , 郭晓艳 , 等 . 固态锂离子电池用聚碳酸酯型聚氨酯粘结剂 [J]. 精细化工 , 2019, 36(5):957- 962.

  [4] 陈凯 , 韩百川 , 嵇思鑫 , 等 . 一种可用于直接检测空气中异氰酸酯的比率型荧光探针 [J]. 化学学报 , 2019, 77(4):365-370.

  [5] 刘艳林 , 何吉宇 , 杨荣杰 . 三聚氰胺基聚醚多元醇的合成及对硬质聚氨酯泡沫阻燃性能的影响 [J]. 高分子材料科学与工程 , 2018, 34(3):1-6.

  《聚氨酯粘合剂材料在建筑维修施工中的应用》来源:《合成材料老化与应用》,作者:孔露露

文章标题:聚氨酯粘合剂材料在建筑维修施工中的应用

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