今天诺立森工程师带大家了解一下，超薄水性聚氨酯砂浆地坪研发及应用：
本项目设计开发应用了一种超薄水性聚氨酯砂浆地坪，首次在国内实现了1mm级别的水性聚氨酯砂浆应用。水性聚氨酯砂浆在高强度、耐磨性、耐水性、耐高低温、耐化学性、防滑、防腐蚀、不分层、不起壳、耐轮胎印、抗噪音等性能方面表现十分优异，可以在14天新浇筑混凝土（Green Concrete）基层上施工。并且在生产过程和成型后的VOC排放极低，是一款环境友好材料，为功能地坪添加了一种更为优异的新材料。
1超薄水性聚氨酯砂浆地坪的开发
1.1超薄水性聚氨酯砂浆地坪的开发
水性聚氨酯砂浆属于复合材料，其中包括了：无机水泥胶凝材料的水化反应、有机聚氨酯双组份聚合反应、聚氨酯组份、水及水泥成分三者之间的化学反应等复杂的化学反应，使最终产物形成了成分均一、性能稳定、综合性能优异的水性聚氨酯砂浆地坪材料[1]。
主要技术为聚氨酯反应和水泥水化反应
通过研究聚氨酯反应机理，
以及水泥水化反应机理，在产品配方上改进了聚氨酯分子间反应速度，延长了产品的施工时间。
通过R(OH)x+CO2→Rm(CO3)n，增加了特殊的原材料，通过吸收二氧化碳来消除聚氨酯和水产生的气泡，使得产品致密度和表观更加优良，产品强度更好。
1.2 确定聚氨酯配比
该体系主要是以水为主要原材料，通过水对多元醇进行乳化后，使得产品不使用传统溶剂，并兼顾各方面的性能提高，使之成为完全水性零排放的绿色产品。
水在该体系中作为重要的介质，取代了溶剂，另外水也是反应的组分之一，不仅与P-MDI反应，还和水泥进行复杂的水化反应。首先需要对比聚酯多元醇，聚醚多元醇，生物多元醇（多羟基）以及和P-MDI，水的反应比例。我们将多元醇分为聚酯A1,聚醚A2，生物多元醇A3，固化剂B为P-MDI,三个比例B1，B2，B3，分别为30%，35%，40%。水代号C，分为三个比例C1，C2，C3，分别为20%，25%，30%。通过对比混合溶液粘度，流动度，工作时间（反应速度），抗折强度，抗压强度，气味等指标找出最优组合。其中各指标的影响因子为流动度>工作时间>体系粘度>气味>抗压强度>抗折强度。这些指标中流动度大于130cm,工作时间>30min才能称之为超薄。其中利用正交实验设计L9(
表1 超薄水性聚氨酯砂浆的正交实验设计
以A3B2C2为固定配方，引入水泥作为变量。加入固定配方的15%，20%，25%重量比例的水泥，以及D1，D2，D3为代表，确定最佳配比，主要以流动度为参考指标。
通过研究聚氨酯/水泥ζ点位，水泥含量越低聚氨酯包裹越多，ζ电位越低，体系相对越不稳定，相应工作时间越快，施工窗口越短。水泥含量越高，ζ点位越高，体系相对稳定，反应越慢，由于聚氨酯体系中含有的反应如前述比较复杂且都是放热反应会互相增强，整体的ζ电位都是比较低的，体系都是相对不稳定的[2]。因此15%水泥含量的体系最不稳定，而25%含量水泥的体系反应又过于缓慢。
图1 超薄水性聚氨酯砂浆中水泥的ζ电位
通过测试A3B2C2D2这个组合，性能如表3，工作时间最优，具有一定拉伸强度和抗压强度，并且环保无气味。
表2 超薄水性聚氨酯砂浆中水泥含量的优化
在A3B2C2D2的配方基础上，细化了实验，并且加入了其他添加剂以及填料来降低成本最终确定了最优化的超薄水性聚氨酯砂浆配方。
1.4超薄水性聚氨酯砂浆的XRD和SEM分析
在养护28天后，将最终的超薄水性聚氨酯砂浆反应物经过制样后同标准水泥进行XRD衍射分析。结果显示XRD衍射峰强度是比标准水泥增加的，这说明样品内部的晶体更加规则，水泥水化形成CSH凝胶更加多，更加规则和致密。
在并且对养护后的聚氨酯砂浆进行制样并SEM扫描分析。如下图。
图4 超薄水性聚氨酯砂浆养护28天1000倍
图5 超薄水性聚氨酯砂浆养护28天16000倍
可以看到同样养护条件下的水泥具有更过的孔隙，而水性聚氨酯砂浆则具有聚合物和水泥穿插现象[3]，并且孔隙率比较低 。下表也印证了聚合物穿插后的高抗折性能。
通过一系列的测试印证了超薄水性聚氨酯砂浆的性能是符合要求的。
2超薄水性聚氨酯砂浆地坪的技术应用
上海国际医学园区生物医药基地地下车库施工面积20000平方米，位于上海半夏路国际医学园区内，是第一家应用超薄水性聚氨酯砂浆产品的地下车库。此项目由默利卡高分子材料（上海）有限公司于2017年完成。
首先对基层进行清洁机平整度处理，确保混凝土基层表面坚实无污染。将组分A、组分B和组分C，混合搅拌均匀，铺摊在基层表面，得到底涂层，厚度在0.5mm左右。待底涂24小时干燥后，再将三个组分混合搅拌均匀后摊铺在底涂层上，得到厚度在1mm左右的面层。底涂层和面涂层厚度之和为1.5mm左右，24小时后即可使用。
依据《水性聚氨酯地坪材料》（JC/T），《室内装修材料内墙涂料中有害物质限量》（GB）和GB《建筑内部装修设计防火规范》对项目进行检测。第三方检测结果如下表：
各项检测项目均达到和高于标准要求，该产品在流动度上取得了很大的技术进步，流动性非常好达到了142mm，这是使得水性聚氨酯砂浆超薄化的关键技术因素。流动度提高，也提高了施工效率。该项目由于工期紧，在混凝土基层浇筑14天后即开始施工超薄水性聚氨酯砂浆地坪，仅用了10天就完成了。并且在1天后就可以通车。该材料具有很高的维卡软化点，维卡软化点是衡量材料受热变形的一个指标，该材料维卡软化点实际测量值达到了167℃，相比较环氧的50-70℃，就可以知道在车库行车时，刹车产生的热可对地坪升高温度到50℃以上，对水性聚氨酯砂浆不会产生软化的影响，因此，水性聚氨酯砂浆地坪可以抵抗汽车轮胎印而环氧不可以。
水性聚氨酯砂浆还有一个非常重要的特性就是环保性能非常优异。
有害物质限量检测达到了室内装修的标准，如下表：
项目完成至今已接近2年时间，未发现沾污、裂缝、鼓包等普通地坪常见的问题，说明无论是从施工方面还是从原材料方面，采用此种水性聚氨酯砂浆施工做出的超薄地坪在实际应用中是安全可靠的。
超薄水性聚氨酯砂浆作为一种新的地坪材料，不仅具有水泥类地坪的高强度，环保性，无气味，也具有树脂类地坪的高韧性，耐腐蚀性，本身还具有耐沾污性，透气性以及耐潮湿性，在目前竞争日益激烈的地坪装饰装修材料中开发了一片蓝海，开创了增量市场，是新一代的地坪材料，其应用会越来越广泛。
