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胺值检测标准及京沪高铁用喷涂(纯)聚脲的判定初探,采用JIS K 7237—1995 标准对聚脲用各原材料、聚脲、聚氨酯、聚氨酯(脲)的氨基组分的胺值分别进行检测,中国机械网,okmao.com
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胺值检测标准及京沪高铁用喷涂(纯)聚脲的判定初探,采用JIS K 7237—1995 标准对聚脲用各原材料、聚脲、聚氨酯、聚氨酯(脲)的氨基组分的胺值分别进行检测
2019年07月03日    阅读量:291    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿


0 引言

自1997 年聚脲技术在我国出现以来,国内对聚脲和聚氨酯(脲)的争论就一直没有停止过,到目前为止也无明确的结论,而且还出现了(纯)聚脲等概念。按照美国PDA 组织官方网站划分标准,纯聚脲的树脂组分必须是由端氨基树脂和/ 或端氨基扩链剂组成,不得含有任何羟基成分和催化剂,但可以含有便于颜料分散的助剂,而聚氨酯(脲)杂合体可由端氨基树脂和端羟基树脂的混合物所组成。


2006 年,京津高速铁路采用聚氨酯(脲)(又称杂合体)进行防水施工,因该类产品是我国第一次在铁路上大规模使用,各生产厂家和施工单位经验均不够丰富,故出现了很多问题,如喷涂后涂膜气孔非常多、冬季施工的涂膜在来年气温上升后涂膜大面积与基材脱离、喷涂后的涂膜表面不平整、外露涂膜严重变色、粉化等中国机械网okmao.com


因此在京沪高速铁路所用聚脲材料上对聚脲涂料性能又进行了大幅度提升,同时非常注重混凝土基材的处理、封闭等工艺,加强了外露涂膜的保护等,并在2009 年8 月公布了《京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》,对聚脲、半聚脲的划分进行了明确规定,将B 组分只含氨基组分的产品称为(纯)聚脲,将B 组分中含羟基组分的产品称为聚氨酯(脲)。


由于聚脲、半聚脲的性能和价格差异,对其进行鉴别具有重要意义。为此,根据我公司2000 年以来聚脲技术的开发经验,对各种原材料进行胺值检测,通过测定聚脲B 组分的胺值和A 组分的NCO 值,将两者相关联,来判定该材料是(纯)聚脲、还是聚氨酯(脲)。


1 胺值的检测方法及标准

目前,关于胺值检测的方法我国尚未出台专门的标准来规范,国外针对胺值检测的方法有3 大标准被广泛采用:其一是美国的ASTM D 6979《聚氨酯原料的标准试验方法:多元醇中碱度测定》,以氮的百分比表示;其二是美国的ASTM D 2074—07《交替指示剂法测定脂肪胺中总胺值、伯胺值、仲胺值和叔胺值的试验方法》;其三是日本的JIS K 7237—1995《环氧树脂氨基硬化剂总胺值的试验方法》。这3 个标准的比较见表1。通过对比,我们采用JIS K 7237—1995 方法进行胺值的检测。具体检测方法如下。

1.1 试验方法概述

将样品溶解在醋酸和邻硝基甲苯的混合溶液中,加入结晶紫作为指示剂,用0.1 mol/L 高氯酸的醋酸溶液进行滴定。用消耗高氯酸溶液的体积数来计算全胺值。

1.2 检测原理

该方法是高氯酸与氨基以等物质量进行反应,通过计算消耗高氯酸的物质量来计算氨基的物质量,最终计算出全胺值。其反应原理如下:

RNH2+HClO4 → RNH3ClO4

R2NH+HClO4 → R2NH2ClO4

R3N+HClO4 → R3NHClO4

1.3 检测过程

用烧杯称取2~3 mmol 氨基相当的样品,准确到0.1 mg,加入100 mL 邻硝基甲苯、醋酸混合溶液(二者的体积比为9∶2),采用磁力搅拌器充分搅拌溶解样品,加入2~3 滴结晶紫指示剂(在100 mL 醋酸中加入0.1 g 结晶紫进行配制),用已标定好的0.1 mol/L 高氯酸的醋酸溶液进行滴定,直到测试溶液的颜色由蓝色变成浅绿。同一样品最好进行两次或多次测试,在滴定同时需进行空白试验。

1.4 计算方法

A=[56.11×(V1-V2)×N]/m

其中,A——全胺值(mgKOH/g);

V1——滴定终点时消耗高氯酸的醋酸溶液体积(mL);

V2——空白试验消耗高氯酸的醋酸溶液体积(mL);

N——高氯酸的醋酸溶液摩尔浓度(mol/L);

m——样品质量(g)。

表 1 用于胺值测定的3 个标准对比

用于胺值测定的3 个标准对比

胺值检测标准及京沪高铁用喷涂(纯)聚脲的判定初探,采用JIS K 7237—1995 标准对聚脲用各原材料、聚脲、聚氨酯、聚氨酯(脲)的氨基组分的胺值分别进行检测 中国机械网,okmao.com

2 各种聚脲原材料的胺值检测数据

针对京沪高铁用的聚脲防水涂层制定的技术指标要求均较高,借鉴我们长期进行聚脲开发试验的数据,该高铁聚脲用的原材料选择范围不是很大,其使用的氨基化合物主要有以下几种:D-2000、T-5000、DETDA、DMTDA、MOCA、W6200。通过胺值检测,其具体数据见表2。

原材料氨基化合物的胺值检测数据

胺值检测标准及京沪高铁用喷涂(纯)聚脲的判定初探,采用JIS K 7237—1995 标准对聚脲用各原材料、聚脲、聚氨酯、聚氨酯(脲)的氨基组分的胺值分别进行检测 中国机械网,okmao.com

由表2 可知:检测胺值与理论胺值相差较小,说明采用的胺值检测方法可靠,能够满足现有聚脲产品胺值检测要求。

3 聚脲B组分胺值检测数据

选取我公司的聚脲防水涂料、聚氨酯(脲)防水涂料及其他聚脲生产厂商提供的聚脲材料进行总胺值、NCO 值的检测,其检测数据见表3。

聚脲材料的总胺值、NCO值的检测值

胺值检测标准及京沪高铁用喷涂(纯)聚脲的判定初探,采用JIS K 7237—1995 标准对聚脲用各原材料、聚脲、聚氨酯、聚氨酯(脲)的氨基组分的胺值分别进行检测 中国机械网,okmao.com

对比《京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》附录4,其提供的(纯)聚脲防水涂料B 组分总胺值为175~210 mgKOH/g(采用ASTM D6979 方法检测)。笔者认为,该技术指标提出的总胺值范围并不妥当,应将上限值改为225 mgKOH/g 更为合理。

4 高铁聚脲、杂合体聚脲的判定方法

按照《京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》要求,京沪高铁采用的(纯)聚脲防水涂料B 组分不含任何羟基成分,全部采用氨基聚醚或氨基扩链剂;而只要B 组分中含有羟基组分,则称之为聚氨酯(脲)。可通过计算,将A组分的NCO值与B组分的胺值进行关联,从而确定该产品是否是(纯)聚脲。计算A 组分的NCO 值与B 组分的胺值之间关系的原理为:聚脲喷涂固化为体积比1∶1 进行,通过测定A、B 组分的密度,确定其固化时的质量比为M;设计聚脲配方时,NCO 指数一般控制在1.05~1.08 之间,设NCO 指数为f,对于(纯)聚脲则有:

100M g A组分的活泼NCO物质量=100M×NCO值/4 200

100 g B 组分的活泼胺物质量=100× 胺值/56100

100M g A 组分与100 g B 组分是等体积的,故将100M g A 组分的活泼NCO 物质量除以设计NCO 指数,则得到100 g B 组分活泼胺物质量,即:

胺值检测标准及京沪高铁用喷涂(纯)聚脲的判定初探,采用JIS K 7237—1995 标准对聚脲用各原材料、聚脲、聚氨酯、聚氨酯(脲)的氨基组分的胺值分别进行检测 中国机械网,okmao.com


通过对多家公司聚脲产品进行密度测定,得其固化质量比均为1.1,即M=1.1。为保证聚脲涂料的施工稳定性,假设其设计的NCO 指数为1.05~1.08 之间,则可得到(纯)聚脲的NCO 值与胺值关系(见表4)。

算得的(纯)聚脲的NCO值与胺值关系表

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对比检测过的4 家公司聚脲产品的NCO 值和胺值数据,均符合假设的NCO 指数为1.05~1.08 时的上述胺值计算方法,即测得的胺值均处于上述合理胺值范围内,故我们的(纯)聚脲胺值计算方法是可靠的。

5 结语

根据以上分析,我们认为采用JIS K 7237 标准进行胺值检测是可靠的,能够满足聚脲B 组分的总胺值检测要求。对于一个聚脲产品,我们通过测定其A 组分的NCO 值,B 组分的总胺值,按照胺值计算式算出理论总胺值,从测得总胺值是否在算得理论总胺值范围内,来判定该聚脲产品是否是(纯)聚脲。




胺值检测标准及京沪高铁用喷涂(纯)聚脲的判定初探


廖有为 周庆军 陈明军 曹树印 吴志高 张爱元

(湖南湘江涂料集团有限公司,长沙 410003)


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