有机化蒙脱土对聚氨酯防水涂料力学和老化性能的影响
doi: 10.11951/j.issn.1005-0299.20240161
原梦佳 , 何炎衡 , 赵子腾 , 余剑英
武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉 430070
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2022YFC3801600).
Effect of organic modified montmorillonite on mechanical and aging properties of polyurethane waterproof coatings
YUAN Mengjia , HE Yanheng , ZHAO Ziteng , YU Jianying
School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070 , China
摘要
采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和十八烷基二甲基苄基氯化铵(ODBA)分别对蒙脱土(MMT)进行了有机化改性,制备了KH560表面修饰蒙脱土(KH560/MMT)和ODBA有机插层蒙脱土(ODBA/MMT),研究了不同蒙脱土对聚氨酯防水涂料力学和老化性能的影响。结果表明,MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT均可提高聚氨酯防水涂料的力学性能和抗老化性能,但KH560/MMT和ODBA/MMT的改善效果明显优于MMT。与聚氨酯防水涂料相比,掺加5 wt. %KH560/MMT的聚氨酯防水涂料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度分别提高了30.50%、9.87%、11.32%和16.55%,掺加5 wt. %ODBA/MMT的聚氨酯防水涂料则相应提高了40.00%、11.68%、16.40%和21.38%。经25 d老化后,聚氨酯防水涂料热老化和紫外老化后的拉伸强度保持率(RT)和断裂伸长率保持率(RE)分别为67.50%、69.95%和66.50%、65.11%,而掺加5 wt. %KH560/MMT的聚氨酯防水涂料老化后的RTRE保持率分别为79.31%、80.23%和78.16%、78.30%,掺加5 wt. %ODBA/MMT的聚氨酯防水涂料老化后的RTRE保持率分别为83.57%、82.24%和81.43%、81.44%。相比KH560/MMT,ODBA/MMT对聚氨酯防水涂料的力学和老化性能具有更好的改善效果。
Abstract
Montmorillonite (MMT) was organically modified by γ-glycidyl ether oxypropyl trimethoxy-silane (KH560) and octadecyl dimethyl benzyl ammonium chloride (ODBA), respectively, KH560 surface-modified montmorillonite (KH560/MMT) and ODBA organically intercalated montmorillonite (ODBA/MMT) were prepared. The effects of different montmorillonites on the mechanical and aging properties of polyurethane waterproof coatings were investigated. The results showed that MMT, KH560/MMT and ODBA/MMT improve the mechanical properties and anti-aging properties of polyurethane waterproof coatings, however, KH560/MMT and ODBA/MMT demonstrate significantly superior improvements compared to MMT.Specifically, for polyurethane waterproof coatings incorporating 5 wt. % KH560/MMT, the tensile strength, elongation at break, tear strength, and adhesion strength increased by 30.50%, 9.87%, 11.32%, and 16.55%, respectively. In contrast,the addition of 5 wt. % ODBA/MMT showed corresponding improvement of 40.00%, 11.68%, 16.40%, and 21.38%. After 25 days of thermal and ultraviolet aging, the tensile strength retention rate (RT) and elongation at break rate (RE) of polyurethane waterproof coatings were 67.50%, 69.95% and 66.50%, 65.11%, respectively. In comparison, the retention of RT and RE of polyurethane waterproof coatings with 5 wt. % KH560/MMT were 79.31%, 80.23% and 78.16%, 78.30%, respectively, while those with 5 wt. % ODBA/MMT showed RT and RE retention rates of 83.57%,82.24% and 81.43%, 81.44%, respectively. Overall, compared with KH560/MMT, ODBA/MMT provides a better improvement effect on the mechanical and aging properties of polyurethane waterproof coatings.
聚氨酯防水涂料具有强度高、耐水性好、施工简便等优点,被广泛应用于建筑防水工程[1-2]。然而,在热、紫外光、氧等环境因素的作用下,聚氨酯防水涂料易发生老化,使其力学性能降低从而引起防水涂层渗漏[3-4]。因此,提高聚氨酯防水涂料抗老化性能对于延长其使用寿命具有重要意义。
国内外针对提高聚氨酯的抗老化性能已开展了一些研究[5-6]。蒋怡凡[7]使用抗氧剂和有机紫外吸收剂对聚氨酯进行改性,研究表明抗氧剂和有机紫外吸收剂协同使用可以有效减缓聚氨酯的紫外和臭氧老化速度。Wang等[8]将纳米ZnO添加到聚氨酯涂料中,结果表明掺加1 wt. %的纳米ZnO显著提高了聚氨酯涂层的抗紫外老化能力。Yuan等[9]将木质素和纳米TiO2复合后作为聚氨酯薄膜的抗紫外线添加剂,研究表明薄膜的紫外透光率大幅降低,抗紫外光性能显著提升。然而,目前关于聚氨酯抗老化性能的研究主要集中在抗紫外老化,而对其抗热老化性能的研究尚未见报道。
抗氧剂和紫外吸收剂等有机抗老化剂虽可提高聚氨酯的抗热老化和紫外老化性能,但有机抗老剂本身会随时间的延长而老化,从而丧失其对聚氨酯的长期防老化效果。蒙脱土(MMT)是一种层状结构的硅酸盐,具有优良的隔热、阻氧和反射紫外线的能力,在提高有机材料耐热、阻燃和长期抗老化性能方面具有重要应用前景[10-12]。杨益[13]研究发现MMT可有效提高聚氨酯弹性体的热稳定性,同时稳定炭层,减少烟释放,增加最终残炭量,使其达到阻燃抑烟的效果。然而,MMT为亲水性材料,与有机材料相容性差,易发生团聚,严重影响其隔热阻氧和抗紫外作用的发挥,因此,常通过有机化改性提高MMT与有机材料的相容性。毛三鹏等[14]用MMT和有机化蒙脱土(OMMT)对SBS改性沥青进行改性,结果表明OMMT不仅提高了SBS改性沥青的软化点、低温柔度和粘度,而且更有效地改善了SBS改性沥青抗热氧和紫外老化性能。
为提高聚氨酯防水涂料抗热和紫外老化性能,本文采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和十八烷基二甲基苄基氯化铵(ODBA)分别通过表面修饰和离子交换对蒙脱土进行了有机化改性,制备了KH560表面修饰蒙脱土(KH560/MMT)和ODBA有机插层蒙脱土(ODBA/MMT),研究了MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT对聚氨酯防水涂料力学性能、热老化和紫外老化性能的影响。
1 实验
1.1 原料
蒙脱土(MMT),200目,河南信阳上庆矿业有限公司生产;聚醚220 N和330 N,江苏化工有限公司生产;S52#氯化石蜡,丹阳市助剂化工厂有限公司生产;碳酸钙,200目,立达超微工业(苏州)有限公司生产;WF-101滑石粉,江苏群鑫粉体材料有限公司生产;甲苯二异氰酸酯(TDI-80),巴斯夫(中国)有限公司生产;P-150溶剂油,鹏辰新材料科技股份有限公司生产;γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和十八烷基二甲基苄基氯化铵(ODBA),国药集团化学试剂有限公司生产。
1.2 有机化蒙脱土的制备
1.2.1 KH560/MMT的制备
在烧杯1中配制50 mL pH值为3~5、浓度为90%乙醇溶液(90%无水乙醇+10%去离子水),混合均匀后加入6 g KH560,继续搅拌30 min;在烧杯2中配制400 mL浓度为5%的乙醇溶液(95%去离子水+5%无水乙醇),加入20 g MMT配成浆液,并用盐酸将其pH调为3~5;将烧杯2中的浆液移至三口烧瓶中于60℃下搅拌0.5 h,加入烧杯1中的KH560水解液,搅拌4 h;自然冷却至室温进行抽滤,经乙醇溶液多次洗涤、抽滤以除去未反应的偶联剂,最后干燥、过筛,得到KH560表面修饰蒙脱土(KH560/MMT)。
1.2.2 ODBA/MMT的制备
将400 mL去离子水、20 g MMT加入三口烧瓶中并用盐酸调节pH为3~5,升温至60℃搅拌2 h;向三口烧瓶中加入8 g ODBA,升温至80℃继续搅拌2 h;待溶液自然冷却至室温后用去离子水反复洗涤、抽滤以除去未插入MMT层间的ODBA,最后干燥、过筛,得到ODBA有机插层蒙脱土(ODBA/MMT)。
1.3 蒙脱土改性聚氨酯防水涂料的制备
将聚醚多元醇、氯化石蜡、碳酸钙、滑石粉、MMT或有机化MMT、炭黑加入四口烧瓶中,边搅拌边升温至120℃,抽真空脱水2.5 h;然后降温至80~85℃加入TDI-80,反应3 h;降温至75℃加入消泡剂、分散剂、催化剂,搅拌10 min后加入溶剂油、潜固化剂,搅拌20 min后出料,即制得聚氨酯防水涂料。MMT或有机化MMT的掺量(质量分数)分别为0%、0.5%、1%、1.5%、2%、3%、4%、5%。然后将聚氨酯防水涂料分两次涂覆形成1.5 mm±0.2 mm厚的涂膜,在温度23℃±2℃、相对湿度50%±10%的标准实验条件下养护168 h。
1.4 老化实验
1.4.1 热老化
按照GB/T16777—2008《建筑防水涂料试验方法》对聚氨酯防水涂膜进行热老化,老化温度为80℃。
1.4.2 紫外老化
采用ST101F-2AB紫外老化箱对聚氨酯防水涂膜进行紫外老化,500 W直管汞灯(紫外光波长为365 nm),设置灯管与试样表面距离为47~50 cm,以控制照射到聚氨酯防水涂层上表面的紫外光强度为2 000 μW/cm2,试样表面温度为45℃±2℃。
1.5 有机化蒙脱土的结构和性能表征
1.5.1 红外光谱分析(FT-IR)
采用美国热电尼高力仪器公司的Nexus智能型傅里叶变换红外光谱仪对MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT进行表征。采用溴化钾压片法制样,测试范围为4 000~400 cm-1,光谱分辨率为4 cm-1,扫描次数为64次。
1.5.2 X射线衍射分析(XRD)
采用德国布鲁克公司的D8 Advance型X射线衍射仪对MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT进行结构表征,辐射源为Cu-Kα激发源(λ=0.154 06 nm),扫描角度范围(2θ)为1°~10°。
1.5.3 接触角测试
采用中国轩准仪器有限公司的XG-CAMA静态接触角测量仪对MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的压片进行接触角测试,以水为测试液,测量过程中使用的水滴体积为4 μL。
1.6 有机化蒙脱土在聚氨酯防水涂料中分散性测试
由于蒙脱土含有Si元素,因此利用扫描电镜(SEM)结合能谱仪(EDS)测试Si元素在聚氨酯涂膜中的分布可以表征MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT在聚氨酯防水涂料中的分散性。将聚氨酯涂膜试样喷铂处理后,采用美国FEI公司的Quanta450 FEG场发射环境扫描电镜(SEM)结合能谱仪(EDS)对试样进行Si元素分布面扫描分析,电子束能量为20 kV,放大倍数为5 000倍。
1.7 聚氨酯防水涂料力学性能测试
按照GB/T19250—2013《聚氨酯防水涂料》测试老化前后聚氨酯防水涂膜的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度。
1.8 聚氨酯防水涂料老化性能评价
采用热和紫外老化前后聚氨酯防水涂料的拉伸强度保持率(RT)和断裂伸长率保持率(RE)对其老化性能进行评价,计算式分别如下:
RT=TSaged /TSunaged ×100%
(1)
RE=Eb, aged /Eb, unaged ×100%
(2)
式中:TSunagedTSaged为老化前后试样的拉伸强度;Eb,unagedEb,aged为老化前后试样的断裂伸长率。
2 结果与讨论
2.1 蒙脱土的结构和性能
2.1.1 FT-IR分析
图1为MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的红外光谱图。在图1中,3 624 cm-1处的吸收峰归因于MMT骨架中羟基和牢固键合水的伸缩振动,3 431 cm-1处的宽峰由MMT中自由水的伸缩振动产生,而1 636 cm-1处的吸收峰来自O—H的弯曲振动,1 035和795 cm-1处的吸收峰分别归因于Si—O的拉伸和弯曲振动[15-16]。与MMT相比,有机化MMT在2 938和2 884 cm-1处均出现了亚甲基的对称与不对称伸缩振动峰,表明通过有机化改性在MMT中引入了有机化合物。
1MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的红外光谱图
Fig.1FT-IR diagram of MMT, KH560/MMT and ODBA/MMT
2.1.2 XRD分析
MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的XRD谱图如图2所示。
2MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的XRD谱图
Fig.2XRD pattern of MMT, KH560/MMTand ODBA/MMT
图2可见,MMT和KH560/MMT的d001晶面衍射峰均位于2θ=5.85°,这表明KH560表面修饰对MMT层间距和晶体结构无影响,KH560的硅氧基与MMT表面的羟基通过化学反应接枝在MMT表面;ODBA/MMT的d001晶面衍射峰向小角度偏移,且出现了两个衍射峰,分别位于4.67°和2.29°处,这可能是因为ODBA分子链在MMT层间形成了柱撑状和平行状两种排列方式。根据Bragg方程(2dsinθ=)计算,MMT和KH560/MMT的层间距均为1.51 nm,而 ODBA/MMT层间距则分别扩大到1.89和3.85 nm,这表明ODBA已插入MMT层间。
2.1.3 接触角分析
MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的接触角如图3所示。
3MMT (a)、KH560/MMT(b)和ODBA/MMT(c)的接触角
Fig.3Contact angle of MMT (a) , KH560/MMT (b) and ODBA/MMT (c)
图3可见,MMT的接触角为15°,这是因为MMT表面大量的羟基使其表现出了明显的亲水性;KH560/MMT和ODBA/MMT的接触角分别增大至49.5°和84°,这表明有机化改性显著降低了MMT的亲水性。相比KH560/MMT,ODBA/MMT的接触角更大,表明其疏水性更强,这归因于有机插层比表面修饰在MMT中引入了更多的有机物。
2.2 有机化蒙脱土在聚氨酯防水涂料中的分散性
图4反映了MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT 中的Si元素在聚氨酯防水涂料中的分散情况。
4Si元素在不同MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT掺量的聚氨酯防水涂料中的分布图
Fig.4Distribution of Si element in polyurethane waterproofing coatings with different additions of MMT, KH560/MMT and ODBA/MMT: (a) , (c) , (e) 1 wt. %; (b) , (d) , (f) 5 wt. %
图4可见,当MMT、KH560/MMT和ODBA/ MMT掺量为1 wt. %时,Si元素在3种聚氨酯防水涂料中的分布均匀,表明掺量较小的MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT均能较好地分散在聚氨酯防水涂料中;当蒙脱土掺量均为5 wt. %时,掺加MMT的聚氨酯中Si元素发生了严重聚集,而掺加KH560/MMT和ODBA/MMT的Si元素仍均匀分布在聚氨酯中,其中ODBA/MMT的Si元素分布最为均匀,这表明随掺量增加MMT在聚氨酯防水涂料中发生了团聚,而有机化蒙脱土仍能很好地分散在聚氨酯防水涂料中,尤其是ODBA/MMT。
2.3 有机化蒙脱土对聚氨酯防水涂料力学性能影响
图5反映了MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT对聚氨酯防水涂膜拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度的影响。从图5可见,MMT掺量为1 wt. %时,聚氨酯防水涂膜的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度均升高,但随着MMT掺量的增加,聚氨酯防水涂膜的力学性能逐渐降低,这是因为MMT掺量很少时能够较好地分散在聚氨酯基体中,可以起到物理交联点的作用,对聚氨酯防水涂膜的力学性能有明显的改善,但MMT的亲水性很强,掺量较大时则会发生团聚而成为内部缺陷,导致聚氨酯防水涂膜力学性能降低。KH560/MMT和ODBA/MMT具有较强的憎水亲油性,在较大掺量下仍可均匀分散在聚氨酯防水涂料中,从而起到物理交联点作用,使聚氨酯防水涂膜的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度得到提高。当掺量为5 wt. %时,KH560/MMT改性聚氨酯防水涂料拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度分别增大了 30.50%、9.87%、11.32%和16.55%,ODBA/MMT 改性聚氨酯防水涂料拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度分别增大了40.00%、11.68%、16.40%和21.38%。相比KH560/MMT,ODBA/MMT使聚氨酯防水涂膜具有更高的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度,这是因为疏水性更强的ODBA/MMT在聚氨酯涂料中的分散性更好,从而对聚氨酯防水涂膜力学性能的提升效果更为显著。
5MMT和有机化MMT对聚氨酯防水涂膜力学性能的影响:(a)拉伸强度;(b)断裂伸长率;(c)撕裂强度;(d)粘结强度
Fig.5Effect of MMT andorganic modified MMT on mechanical properties of polyurethane waterproof coatings: (a) tensile strength; (b) elongation at break; (c) tear strength; (d) bond strength
2.4 有机化蒙脱土对聚氨酯防水涂料老化性能影响
2.4.1 热老化
图6为掺加不同量的MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的聚氨酯防水涂膜热老化7 d后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率。由图6可知,当MMT掺量为1 wt. %时,聚氨酯防水涂膜热老化后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率升高,但随MMT掺量增加,拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率开始降低;掺加KH560/MMT和ODBA/MMT的聚氨酯防水涂膜热老化后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率均随着有机化MMT掺量增加逐渐升高。这是因为少量MMT可以较好地分散在聚氨酯防水涂料中,其片层结构可以阻隔热和氧对聚氨酯分子结构的破坏[17],而MMT掺量增大后会形成团聚,降低了其对热和氧的阻隔作用,而较大掺量的KH560/MMT和ODBA/MMT仍可在聚氨酯防水涂料中均匀分散,随其掺量增多,对热和氧的阻隔作用增强,从而使聚氨酯防水涂膜热老化后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率持续升高。当有机化MMT掺量均为5 wt. %时,KH560/MMT改性聚氨酯防水涂膜的RTRE分别达到了93.87%和93.19%,ODBA/MMT改性聚氨酯防水涂膜的RTRE分别升高到94.64%和94.88%,这表明ODBA/MMT对聚氨酯防水涂料抗热老化性能的改善效果优于KH560/MMT。
6掺加MMT和有机化MMT的聚氨酯防水涂膜7 d热老化后的拉伸强度保持率(a)和断裂伸长率保持率(b)
Fig.6Tensile strength retention (a) and elongation at break retention (b) of polyurethane waterproof coatings doped with MMT and organic modified MMT after thermal aging for 7 days
为进一步了解有机化蒙脱土对聚氨酯防水涂料热老化性能的改善效果,分别对聚氨酯防水涂膜、掺加1 wt. %MMT、5 wt. % KH560/MMT和5 wt. %ODBA/MMT 的聚氨酯防水涂膜进行了长期热老化,不同老化时间后聚氨酯防水涂膜的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率如图7所示。由图7可知,随着热老化时间的延长,聚氨酯防水涂膜的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率均呈现下降的趋势,但相比聚氨酯防水涂膜,掺加MMT的聚氨酯防水涂膜的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率有所提高,而掺加有机化蒙脱土的聚氨酯防水涂膜的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率有更大幅度的提高。如在25 d热老化后,聚氨酯防水涂膜的RTRE分别降低至67.50%和69.95%、掺加1 wt. %MMT的聚氨酯防水涂膜的RTRE分别为71.55%和71.64%、掺加5 wt. %KH560/MMT聚氨酯防水涂膜的RTRE分别为79.31%和80.23%、掺加5 wt. %ODBA/MMT聚氨酯防水涂膜的RTRE则分别达到了83.57%和82.24%。
7掺加MMT和有机化MMT的聚氨酯防水涂膜在不同热老化时间后的拉伸强度保持率(a)和断裂伸长率保持率(b)
Fig.7Tensile strength retention (a) and elongation at break retention (b) of polyurethane waterproof coatings doped with MMT and organic modified MMT after different thermal aging times
2.4.2 紫外老化
图8反映了掺加不同量的MMT、KH560/MMT 和ODBA/MMT的聚氨酯防水涂膜紫外老化10 d后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率。由图8可知,与热老化相似,MMT掺量为1 wt. %时,聚氨酯防水涂膜紫外老化后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率提高,掺量增加后,拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率开始降低;掺加KH560/MMT和ODBA/MMT的聚氨酯防水涂膜紫外老化后的拉伸强度保持率和断裂伸长率随着有机化MMT掺量的增加逐渐提高。在掺量为5 wt. %时KH560/MMT改性聚氨酯防水涂膜的RTRE分别为94.64%和95.24%,ODBA/MMT改性聚氨酯防水涂膜的RTRE分别为95.36%和96.18%。这同样归因于KH560/MMT和ODBA/MMT可在聚氨酯涂料中得到更好的分散,使其具有更强的隔氧和反射紫外线能力,使聚氨酯防水涂料具有优异的抗紫外老化能力。
8掺加MMT和有机化MMT的聚氨酯防水涂膜紫外老化10 d后的拉伸强度保持率(a)和断裂伸长率保持率(b)
Fig.8Tensile strength retention (a) and elongation at break retention (b) of polyurethane waterproof coatings doped with MMT and organic modified MMT after UV aging for 10 days
图9反映了聚氨酯防水涂膜、掺加1 wt. %MMT、5 wt. %KH560/MMT和5 wt. %ODBA/MMT的聚氨酯防水涂膜在不同紫外老化时间后的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率。由图9可见,聚氨酯防水涂膜的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率均随着紫外老化时间的延长而降低,但相比聚氨酯防水涂膜和掺加1 wt. %MMT的聚氨酯防水涂膜,掺加有机化蒙脱土的聚氨酯防水涂膜的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率均有较大幅度的提高。如在紫外老化25 d后,聚氨酯防水涂膜RT和RE分别为66.50%和65.11%、掺加1 wt. %MMT的聚氨酯防水涂膜的RTRE分别为69.83%和70.55%、掺加5 wt. %KH560/MMT的聚氨酯防水涂膜的RTRE分别为78.16%和78.30%、掺加5 wt. %ODBA/MMT聚氨酯防水涂膜的RT和RE分别为81.43%和81.44%。这表明KH560/MMT和ODBA/MMT可以显著提高聚氨酯防水涂料的长期抗紫外老化性能。
9掺加MMT和有机化MMT的聚氨酯防水涂膜在不同紫外老化时间后的拉伸强度保持率(a)和断裂伸长率保持率(b)
Fig.9Tensile strength retention (a) and elongation at break retention (b) of polyurethane waterproof coatings doped with MMT and organic modified MMT after different UV aging times
3 结论
本文采用KH560和ODBA分别制备了两种有机化蒙脱土(KH560/MMT和ODBA/MMT),对其结构与性能进行了表征,研究了MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT对聚氨酯防水涂料力学性能和老化性能的影响。
1)FT-IR和XRD分析表明KH560通过化学键接枝到MMT表面,而ODBA则插层到MMT层间。MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的接触角分别为15°、49.5°和84°,表明有机化改性显著增强了MMT的疏水性,SEM-EDS对掺加MMT和有机化蒙脱土的聚氨酯涂膜Si元素分布扫描结果证明了KH560/MMT和ODBA/MMT在聚氨酯防水涂料中具有很好的分散性。
2)MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT均可提高聚氨酯防水涂料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度,但KH560/MMT和ODBA/MMT的增强作用远优于MMT,尤其是ODBA/MMT的改善效果最好。当ODBA/MMT掺量为5 wt. %时,聚氨酯防水涂料的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和粘结强度分别提高了40.00%、11.68%、 21.38%和16.39%。
3)MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT均提高了聚氨酯防水涂料的抗热老化和抗紫外老化能力,但有机化MMT对聚氨酯防水涂料抗老化性能的改善效果远高于MMT。掺加5 wt. %KH560/MMT和5 wt. %ODBA/MMT的聚氨酯防水涂膜在25 d热老化后拉伸强度保持率分别为79.31%和83.57%、断裂伸长率保持率分别为80.23%和82.24%%,25d紫外老化后拉伸强度保持率分别为 78.16%和81.43%、断裂伸长率分别为78.30% 和81.44%。
1MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的红外光谱图
Fig.1FT-IR diagram of MMT, KH560/MMT and ODBA/MMT
2MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT的XRD谱图
Fig.2XRD pattern of MMT, KH560/MMTand ODBA/MMT
3MMT (a)、KH560/MMT(b)和ODBA/MMT(c)的接触角
Fig.3Contact angle of MMT (a) , KH560/MMT (b) and ODBA/MMT (c)
4Si元素在不同MMT、KH560/MMT和ODBA/MMT掺量的聚氨酯防水涂料中的分布图
Fig.4Distribution of Si element in polyurethane waterproofing coatings with different additions of MMT, KH560/MMT and ODBA/MMT: (a) , (c) , (e) 1 wt. %; (b) , (d) , (f) 5 wt. %
5MMT和有机化MMT对聚氨酯防水涂膜力学性能的影响:(a)拉伸强度;(b)断裂伸长率;(c)撕裂强度;(d)粘结强度
Fig.5Effect of MMT andorganic modified MMT on mechanical properties of polyurethane waterproof coatings: (a) tensile strength; (b) elongation at break; (c) tear strength; (d) bond strength
6掺加MMT和有机化MMT的聚氨酯防水涂膜7 d热老化后的拉伸强度保持率(a)和断裂伸长率保持率(b)
Fig.6Tensile strength retention (a) and elongation at break retention (b) of polyurethane waterproof coatings doped with MMT and organic modified MMT after thermal aging for 7 days
7掺加MMT和有机化MMT的聚氨酯防水涂膜在不同热老化时间后的拉伸强度保持率(a)和断裂伸长率保持率(b)
Fig.7Tensile strength retention (a) and elongation at break retention (b) of polyurethane waterproof coatings doped with MMT and organic modified MMT after different thermal aging times
8掺加MMT和有机化MMT的聚氨酯防水涂膜紫外老化10 d后的拉伸强度保持率(a)和断裂伸长率保持率(b)
Fig.8Tensile strength retention (a) and elongation at break retention (b) of polyurethane waterproof coatings doped with MMT and organic modified MMT after UV aging for 10 days
9掺加MMT和有机化MMT的聚氨酯防水涂膜在不同紫外老化时间后的拉伸强度保持率(a)和断裂伸长率保持率(b)
Fig.9Tensile strength retention (a) and elongation at break retention (b) of polyurethane waterproof coatings doped with MMT and organic modified MMT after different UV aging times
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