一种聚氨酯防水防腐涂料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于聚氨酯防水涂料【技术领域】，公开了一种聚氨酯防水防腐涂料及其制备方法。该聚氨酯防水防腐涂料，分为X组分和Y组分，重量混合比为2:1，X组分按重量比由以下组分组成：40～50份活泼氢聚合物、20～25份甲苯二异氰酸酯、4～6份地沟油、4～6份荧光粉、0.9～1.4份X组分防沉剂、0.4～0.45份X组分催化剂、4～8份乙酸乙酯、1.5～2份氟化钙、0～0.15份酸性调节剂；Y组分按重量比由以下组分组成：7～9份多元醇、10～13份苯乙烯、10～13份丁二烯、25～28份丙烯腈，15～17份聚酯树脂、10～12份填料、3～4.5份白颜料、0.2～0.7份Y组分催化剂、0.4～1份Y组分助剂。
【专利说明】一种聚氨酯防水防腐涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于聚氨酯防水涂料【技术领域】，特别涉及一种聚氨酯防水防腐涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]自80年代开始，我国就开始生产和应用聚氨酯防水涂料，由于它具有良好的防水性能和简便的施工特点，因此深受市场欢迎，发展也非常迅速。目前市场上的聚氨酯防水涂料主要有两大类，一类是以焦油作为主要填料的焦油型聚氨酯防水涂料，习惯称“851”，它是国内最早研制生产和使用的产品；另一类是以聚醚、古玛龙树脂或石油浙青作为主要填料的非焦油型聚氨酯防水涂料，习惯称“911”，这一类材料是在“851”的基础上通过改良研制成功的，它具有更好的物理力学性能，尤其是避免了使用煤焦油原料，大大减少了材料的毒性，增广了材料的使用范围。
[0003]随着经济建设的发展，高速公路桥梁工程建设日益增多，质量要求不断提高，使用功能也在拓宽。为提高工程的质量和使用年限，就必须对水泥混凝土桥梁的路面进行防水处理，目前防水处理的方法主要有2种:一种是热浙青防水层。它使用的材料为石油浙青及用浙青浸制后的麻布或玻璃丝布油毡。其施工程序为:购置浙青一熬制浙青一涂抹浙青——铺设卷材。另一种是冷作防水层，其中的一种是一布三涂。其使用的材料为再生橡胶防水涂料和中碱纤维玻璃丝布。施工程序为:从定点厂购料——涂抹涂料——铺设玻璃丝布。其中，热浙青防水层的缺点主要是:整体防水的粘结性不够理想，抗裂性能差；防水材料的使用年限不长，防水层的开裂、破损直接影响路面与桥梁结构质量，桥梁渗漏时有发生；在热作业施工时，特别是熬制浙青时易发生烫伤和造成环境污染。一布三涂方法的主要缺点表现在:涂料与基层粘结不好，造成空鼓、裂起，最致命的是桥面四周，即挡碴墙、内边墙和端边墙处，涂料很难将卷材与四周的混凝土粘结牢固，总是留有不可补救的施工缝，留下了渗水隐患，最后导致防水层大面积空鼓而失效，封端混凝土脱落，严重影响了桥梁的使用寿命。
[0004]双组分聚氨酯涂料是由含一OH的多元醇树脂和含一NCO的多异氰酸酯固化剂组成，具有成膜温度低、光泽高、耐候性好、附着力强、耐化学品性好等优点，广泛应用于汽车、钢结构、木器、皮革和建筑等领域的防护和装饰。聚氨酯防水涂料是双组分氨基甲酸酯橡胶系列防水材料中的一种。它是以过量的异氰酸酯化合物和多元醇类进行反应，生成末端带有异氮酸基的高分子化合物为主剂组份和掺以焦油或其它原料作填料并配入一定量的改性剂、稳定剂而组成的含有固化剂组份，按一定比例混合拌和，经化学反应而制得的一种橡胶状弹性体。聚氨酯涂膜橡胶施工方便，它不仅能在平面、立面、阴阳转角和各种复杂基层面上都能形成整体、无缝的防水薄膜而且对沉降缝、施工缝、基层裂缝与管道贯穿楼板的接缝等一些容易渗漏部位也能作任意而准确的增强防水处理。
[0005]但是，现有的双组分聚氨酯涂料具有以下缺点:粘结性较差、抗拉强度较低、并且制备工艺较为复杂。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提出一种聚氨酯防水防腐涂料及其制备方法。本发明的聚氨酯防水防腐涂料力学性能优越，粘结力强、伸缩性好、抗拉强度高、不透水性好、耐腐蚀性强。
[0007]为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0008]技术方案一:
[0009]一种聚氨酯防水防腐涂料，分为X组分和Y组分，其重量混合比为2:1，所述X组分按重量比由以下组分组成:40~50份的活泼氢聚合物、20~25份的甲苯二异氰酸酯、4~6份地沟油、4~6份荧光粉、0.9~1.4份的X组分防沉剂、0.4~0.45份的X组分催化剂、4~8份的乙酸乙酯、1.5~2份的氟化钙、0~0.15份的酸性调节剂；所述Y组分按重量比由以下组分组成:7~9份的多元醇、10~13份的苯乙烯、10~13份的丁二烯、25~28份的丙烯腈，15~17份的聚酯树脂、10~12份的填料、3~4.5份的白颜料、0.2~0.7份的Y组分催化剂、0.4~1份的Y组分助剂。 [0010]本技术方案的特点和进一步改进在于:
[0011]在所述X组分中，所述活泼氢聚合物为蓖麻油，所述地沟油为煎炸老油，所述助剂为气相二氧化硅，所述酸性调节剂为冰醋酸；所述荧光粉为无机纳米级稀土材料，所述乙酸乙酯用来调节X组分的稠稀度；
[0012]在所述Y组分中，所述多元醇为甘油；所述填料为滑石粉、蒙脱土和白云母组成的混合物，所述滑石粉、蒙脱土和白云母的重量混合比为2:1:1 ;所述白颜料为锌白粉和钛白粉组成的混合物，其重量混合比为1:1 ;所述Y组分催化剂为辛酸亚锡和异辛酸铅组成的混合物，其重量混合比为2:3。
[0013]所述X组分防沉剂为气相二氧化硅，所述Y组分助剂包括润滑剂、分散剂、消泡剂、防霉剂、增溶剂、增塑剂、以及稳定剂。
[0014]所述填料的比表面积大于或等于1750m2/kg，所述白颜料的比表面积大于或等于1750m2/kg。
[0015]技术方案二:
[0016]一种上述聚氨酯防水防腐涂料的制备方法，包括以下步骤:
[0017]制备X组分:在反应容器内依次加入40~50份的活泼氢聚合物、4~6份地沟油、
0.9~1.4份X组分防沉剂，搅拌均匀后加入4~6份荧光粉，经混合均匀后得到混合料；混合料经油浴升温至110°C~125°C，在保温保压的情况下脱水2小时，然后降温至30°C ；加入酸性调节剂使反应容器内混合料的PH值变为5，然后加入20~25份的甲苯二异氰酸酯、1.5~2份的氟化钙、以及0.4~0.45份的X组分催化剂，混合均匀，保持温度在60°C至65°C之间，保温时间为1.5小时，然后降温至室温，进行脱泡处理并出料；
[0018]制备Y组分:在反应容器内加入11~13份的丁二烯、10~13份的苯乙烯、25~28份的丙烯腈，混合均匀后，在30°C的真空环境中进行反应；反应结束后，加入15~17份的聚酯树脂、7~8份的多元醇、10~12份的填料、3.5~4.5份的白颜料、0.2~0.7份的Y组分催化剂、0.5~1份的Y组分助剂，搅拌均匀，在脱泡处理后出料；
[0019]将X组分和Y组分按重量比2:1混合，搅拌均匀。
[0020]本技术方案的特点和进一步改进在于:[0021]在所述制备X组分的过程中，选择其中的一个或几个制备工艺，在完成这些制备工艺的同时，向反应容器中加入乙酸乙酯；在所述制备X组分的过程中，加入乙酸乙酯的总量为4~8份。
[0022]本发明的有益效果为:与现有产品相比，本发明的聚氨酯防水防腐涂料的制备工艺简单，采用液态施工，常温固化，室外适用，绿色环保。本发明的聚氨酯防水防腐涂料力学性能优越，粘结力强、伸缩性好、抗拉强度高、不透水性好、耐腐蚀性强；固含量高，性能稳定，适用范围广；荧光效果好，美观实用。
【具体实施方式】
[0023]下面对本发明作进一步说明:
[0024]本发明实施例中主要通过制备两种组分来制备放水涂料，一种组份主要是以多元醇和二异氰酸脂等经聚合反应制成的预聚物、以及性能优异的荧光材料混合而成；另一种组份由引发剂、催化剂、脂类等多种助剂精制而成。两组份按一定比例混和搅拌均匀，涂刮或喷涂在建筑或桥梁基面上，经固化反应后形成整体而具橡胶状弹韧性的荧光防水膜。
[0025]本发明的聚氨酯防水防腐涂料分为X组分和Y组分，其重量混合比为2:1，X组分按重量比由以下组分组成:40~50份的活泼氢聚合物、20~25份的甲苯二异氰酸酯、4~6份地沟油、4~6份荧光粉、0.9~1.4份的X组分防沉剂、0.4~0.45份的X组分催化剂、4~8份的乙酸乙酯、1.5~2份的氟化钙、0~0.15份的酸性调节剂；Y组分按重量比由以下组分组成:7~9份的多元醇、10~13份的苯乙烯、10~13份的丁二烯、25~28份的丙烯腈，15~17份的聚酯树脂、10~12份的填料、3~4.5份的白颜料、0.2~0.7份的Y组分催化剂、0.4~1份的Y组分助剂。
[0026]在X组分中，各组分中自由水量均为0%，活泼氢聚合物为蓖麻油，对蓖麻油的要求如下:蓖麻油脂肪酸中蓖麻酸含量不低于90%且(9-烯基-12 ?羟基十八酸)j羟值约为160— 170mgK0H/g、羟基含量为5.0%，按羟基推算，蓖麻油三官能度高于二官能度，羟基平均官能度为2.7。氟化钙的用途是:作为该聚氨酯防水防腐涂料的胶黏剂和密封胶，同时可吸收制备X组分时反应产生的二氧化碳。荧光粉为磷酸盐系列的无机纳米级稀土材料，它无明显的生物毒性，相比传统的紫外激发的荧光材料，它以能量较低的连续红外激光为激发光源；纳米材料由于其小尺寸、大比表面积和量子尺寸效应等因素，使得他们具有不同于常规固体材料的新特性。地沟油为生活中废弃的煎炸老油，该成分作为X组分中的液体填料，一方面能改善涂料性能，另一方面能节约成本。酸性调节剂为冰醋酸，因为甲苯二异氰酸酯与多元醇反应的适宜环境为酸性，为确保化学反应的顺利进行且减少副反应产生的不良影响，可以在反应之前通过苹果酸对反应体系的PH值进行调节。X组分防沉剂为气相二氧化硅。乙酸乙酯用来调节X组分的稠稀度。
[0027]在Y组分中，填料和白颜料均研磨至超细，填料的比表面积大于或等于1750m2/kg，白颜料的比表面积大于或等于1750m2/kg。白颜料为锌白粉和钛白粉组成的混合物，其重量混合比为1:1 (通常来说，颜料就是能使物体染上颜色的物质，分为可溶性颜料和不可溶性颜料，无机颜料和有机颜料。无机颜料一般是矿物性物质，有机颜料一般取自植物和海洋动物，如茜蓝、藤黄和从贝类中提炼的紫色颜料)。填料为滑石粉、蒙脱土和白云母组成的混合物，滑石粉、蒙脱土和白 云母的重量混合比为2:1:1，在本发明实施例中，填料的作用机理如下:填料作为添加剂，主要是通过它占据体积发挥作用，由于填料的存在，基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间，使得相连的链段在某种程度上被固定化，并可能引起基体聚合物的取向。由于填料的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚合物界面区域内的分子链运动受到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度提高，收缩率降低，弹性模量、硬度、刚度、冲击强度提高。填料的作用:①降低成型制件的收缩率，提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等；②树脂粘度有效的调节剂；③可满足不同性能要求，提高耐磨性、改善导电性及导热性等，大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度，但不能提高拉伸强度；④可提高颜料的着色效果；⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性；⑥有增容作用，可降低成本。本专利选用滑石粉、白云母和蒙脱土三者按比例2:1:1配合掺加。
[0028]在Y组分中，多元醇为甘油。Y组分催化剂为辛酸亚锡和异辛酸铅配制而成，其重量混合比为2: 3。催化剂是指在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。Y组分助剂包括润滑剂、分散剂、消泡剂、防霉剂、增溶剂、增塑剂、以及稳定剂；本发明实施例中，使用于防水涂料中的颜料，无论是着色颜料还是体质颜料，都是由数百个到数千个一次粒子凝聚起来的二次粒子组成的。润湿剂和分散剂的作用就是使颜填料中的二次粒子离解成一次粒子。润湿剂是结构中带有亲水基、亲油基两个基团的表面活性剂，它可降低液体和固体表面之间的界面张力，使固体表面易于为液体所湿润，使胶乳与颜料表面得以充分接触。分散剂是实现被润湿的颜料粒子的充分、稳定的分散，提高固体粒子在液体中的悬浮性能。
[0029]本发明实施例中，X组分中的主要反应机理如下:甲苯二异氰酸酯(TDI)是常用的多异氰酸酯的一种，为无色到淡黄色透明液体，而多异氰酸酯是聚氨酯(PU)材料和重要基础原料；蓖麻油是脂肪酸的三甘油酯，能够通过所具有的OH基、双键以及酯键进行很多化学反应；甲苯二异氰酸酯与蓖麻油在合适的条件下经催化剂偶氮二异丁腈的催化作用发生缩聚反应生成预聚物聚氨酯甲酸酯。在反应过程中如果有水分存在，甲苯二异氰酸酯便与水分剧烈反应产生二氧化碳气体，因此实验过程要严格控制反应环境中水分的含量，为减少组分中气泡，需要添加适量的二氧化碳吸收剂。
[0030]Y组分中的主要反应机理如下:Y组分是由多元醇、聚酯树脂、苯乙烯、丙烯腈等有机试剂并掺加催化剂、消泡剂、稳定剂、防沉剂等多种助剂精制而成。其中苯乙烯、丁二烯和丙烯腈反应生成的共聚物是Y组分的主要成分；Y组分在常温下为液体，需搅拌制备，消泡剂、防沉剂等确保反应正常进行。
[0031]以下是本发明的两个具体实施例:
[0032]实施例1:
[0033]制备X组分:
[0034]在四口玻璃烧瓶中，依次加入40g蓖麻油、5g地沟油、1.0gX组分防沉剂(例如采用气相二氧化硅)，使用 乳化机搅拌均匀，然后向四口玻璃烧瓶中加入4g荧光粉，混合均匀后得到混合料；将混合料经油浴缓慢加热升温到110°C~125°C，在保温保压的情况下脱水2小时，然后降温至30°C ;向四口玻璃烧瓶中加入冰醋酸，使四口玻璃烧瓶中混合料的pH值变为5，加入的冰醋酸的质量由混合料的pH值决定(能够恰好使四口玻璃烧瓶中混合料的pH值变为5)。然后向四口玻璃烧瓶中加入20g甲苯二异氰酸酯，并将干燥的X组分催化剂(例如采用偶氮二异丁腈)0.4g和氟化钙1.5g加入反应体系，混合均匀，在此过程中应尽量避免大量空气进入，将体系反应温度稳定在60V~65°C，保温反应1.5h ;反应完成后降温至室温，进行脱泡处理。进行出料处理，清洗四口玻璃烧瓶。[0035]在以上制备X组分的过程中，选择至少一个制备工艺，在完成这些制备工艺的同时，向四口玻璃烧瓶加入乙酸乙酯；在以上制备X组分的过程中，加入乙酸乙酯的总量为4g至8g。例如，在向四口玻璃烧瓶依次加入40g蓖麻油、5g地沟油、1.0gX组分防沉剂之后，向四口玻璃烧瓶加入乙酸乙酯，加入的量为Ig;在向四口玻璃烧瓶中加入20g甲苯二异氰酸酯之后，向四口玻璃烧瓶加入乙酸乙酯，加入的量为3g。此时，在整个制备X组分的过程中，加入的乙酸乙酯的质量为4g。本发明实施例中，乙酸乙酯用来调节X组分的稠稀度。
[0036]制备Y组分:
[0037]在四口玻璃烧瓶中，加入IOg 丁二烯、IOg苯乙烯、25g丙烯腈，混合均匀；然后在真空体系下，30°C环境中进行反应，反应完成后，得到共聚物；向四口玻璃烧瓶中加入15g聚酯树脂、7g甘油、IOg填料、3g白颜料、0.4gY组分催化剂以及0.4gY组分助剂，搅拌均匀，进行脱泡处理后出料封装，最后清洗四口玻璃烧瓶。
[0038]在容器中，将X组分和Y组分按重量比2:1混合，搅拌均匀，即可制得聚氨酯防水防腐涂料。
[0039]实施例2:
[0040]制备X组分:
[0041]在四口玻璃烧瓶中，依次加入50g蓖麻油、6g地沟油、1.4g X组分防沉剂(例如采用气相二氧化硅)，使用乳化机搅拌均匀，然后向四口玻璃烧瓶中加入6g荧光粉，混合均匀后得到混合料；将混合料经油浴缓慢加热升温到110°C~125°C，在保温保压的情况下脱水2小时，然后降温至30°C;向四口玻璃烧瓶中加入冰醋酸，使四口玻璃烧瓶中混合料的pH值变为5，加入的冰醋酸的质量由混合料的pH值决定(能够恰好使四口玻璃烧瓶中混合料的pH值变为5)。然后向四口玻璃烧瓶中加入25g甲苯二异氰酸酯，并将干燥的X组分催化剂(例如采用偶氮二异丁腈)0.45g和氟化钙1.Sg加入反应体系，混合均匀，在此过程中应尽量避免大量空气进入，将体系反应温度稳定在60°C~65 °C，保温反应1.5h ;反应完成后降温至室温，进行脱泡处理。进行出料处理，清洗四口玻璃烧瓶。
[0042]在以上制备X组分的过程中，选择至少一个制备工艺，在完成这些制备工艺的同时，向四口玻璃烧瓶加入乙酸乙酯；在以上制备X组分的过程中，加入乙酸乙酯的总量为4g至8g。例如，在向四口玻璃烧瓶中加入6g荧光粉之后，向四口玻璃烧瓶加入乙酸乙酯，加入的量为2g ;在加入冰醋酸后，向四口玻璃烧瓶加入乙酸乙酯，加入的量为3g。此时，在整个制备X组分的过程中，加入的乙酸乙酯的质量为5g。本发明实施例中，乙酸乙酯用来调节X组分的稠稀度。
[0043]制备Y组分:
[0044]在四口玻璃烧瓶中，加入13g丁二烯、13g苯乙烯、28g丙烯腈，混合均匀；然后在真空体系下，30°C环境中进行反应，反应完成后，得到共聚物；向四口玻璃烧瓶中加入17g聚酯树脂、9g甘油、12g填料、4.5g白颜料、0.5gY组分催化剂以及0.5gY组分助剂，搅拌均匀，进行脱泡处理后出料封装，最后清洗四口玻璃烧瓶。
[0045]在容器中，将X组分和Y组分按重量比2:1混合，搅拌均匀，即可制得聚氨酯防水防腐涂料。
[0046]以下分别对实施例1和实施例2制备的聚氨酯防水防腐涂料进行性能测试，其性能测试方法根据《聚氨酯防水涂料》GB/T19250-2003进行。具体测试过程如下:
[0047]以实施例1制备的聚氨酯防水防腐涂料为例进行说明，对实施例1中制备的聚氨酯防水防腐涂料，按照30mmX30mmX4mm的规格成型9块(常温固化),每3块为一组试件，将这9块成型的聚氨酯防水防腐涂料在标准条件下固化养护24h ;然后将第一组试件放在日光下曝光3小时，第二组试件在紫外光下曝光3小时，第三组在白炽灯光下曝光3试件；将上述所有经曝光后的试件立即放入暗箱中观测发光时间，进行性能测试，并记录数据。对实施例2制备的聚氨酯防水防腐涂料的测试方法与实施例1相同。
[0048]以下是两个实施例制备的聚氨酯防水防腐涂料的涂料性能表:
[0049]实施例1制备的聚氨酯防水防腐涂料的性能
[0050]
【权利要求】
1.一种聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于，分为X组分和Y组分，其重量混合比为2:1，所述X组分按重量比由以下组分组成:40~50份的活泼氢聚合物、20~25份的甲苯二异氰酸酯、4~6份地沟油、4~6份荧光粉、0.9~1.4份的X组分防沉剂、0.4~0.45份的X组分催化剂、4~8份的乙酸乙酯、1.5~2份的氟化钙、0~0.15份的酸性调节剂；所述Y组分按重量比由以下组分组成:7~9份的多元醇、10~13份的苯乙烯、10~13份的丁二烯、25~28份的丙烯腈，15~17份的聚酯树脂、10~12份的填料、3~4.5份的白颜料、0.2~0.7份的Y组分催化剂、0.4~1份的Y组分助剂。
2.如权利要求1所述的一种聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于，所述活泼氢聚合物为蓖麻油，所述助剂为气相二氧化硅，所述酸性调节剂为冰醋酸； 所述多元醇为甘油；所述填料为滑石粉、蒙脱土和白云母组成的混合物，所述滑石粉、蒙脱土和白云母的重量混合比为2:1:1 ;所述白颜料为锌白粉和钛白粉组成的混合物，其重量混合比为1:1 ;所述Y组分催化剂为辛酸亚锡和异辛酸铅组成的混合物，其重量混合比为 2:3。
3.如权利要求1所述的一种聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于，所述X组分防沉剂为气相二氧化硅，所述Y组分助剂包括润滑剂、分散剂、消泡剂、防霉剂、增溶剂、增塑剂、以及稳定剂。
4.如权利要求1所述的一种聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于，所述填料的比表面积大于或等于1750m2/kg,所述白颜料的比表面积大于或等于1750m2/kg。
5.一种如权利要求1所述的聚氨酯防水防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 制备X组分:在反应容器内依次加入40~50份的活泼氢聚合物、4~6份地沟油、`0.9~1.4份X组分防沉剂，搅拌均匀后加入4~6份荧光粉，经混合均匀后得到混合料；混合料经油浴升温至110°C~125°C，在保温保压的情况下脱水2小时，然后降温至30°C ；加入酸性调节剂使反应容器内混合料的PH值变为5，然后加入20~25份的甲苯二异氰酸酯、1.5~2份的氟化钙、以及0.4~0.45份的X组分催化剂，混合均匀，保持温度在60°C至65°C之间，保温时间为1.5小时，然后降温至室温，进行脱泡处理并出料； 制备Y组分:在反应容器内加入11~13份的丁二烯、10~13份的苯乙烯、25~28份的丙烯腈，混合均匀后，在30°C的真空环境中进行反应；反应结束后，加入15~17份的聚酯树脂、7~8份的多元醇、10~12份的填料、3.5~4.5份的白颜料、0.2~0.7份的Y组分催化剂、0.5~1份的Y组分助剂，搅拌均匀，在脱泡处理后出料； 将X组分和Y组分按重量比2:1混合，搅拌均匀。
6.如权利要求5所述的一种如权利要求1所述的聚氨酯防水防腐涂料的制备方法，其特征在于，在所述制备X组分的过程中，选择其中的一个或几个制备工艺，在完成这些制备工艺的同时，向反应容器中加入乙酸乙酯；在所述制备X组分的过程中，加入乙酸乙酯的总量为4~8份。
【文档编号】C08F236/12GK103666235SQ201310587467
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】刘建飞, 丛培良, 陈拴发 申请人:长安大学