一种渗透型改性水性聚氨酯防水剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及渗透型改性水性聚氨酯防水剂，具体地，涉及国际专利分类号 C09J175/00。本发明还涉及渗透型改性水性聚氨酯防水剂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于某些地下结构防水工程质量较差，导致地下室漏水事件时有发生。地 下室漏水不仅给居民生活的居住环境造成不利影响，如果地下混凝土结构长期渗水，一方 面会使混凝土中的钙大量流失；另一方面会使混凝土中的钢筋锈蚀，从而破坏了地下混凝 土结构的整体性，进而影响了主体结构的稳定性和使用寿命。因此做好高层建筑物地下结 构的防水，不仅会给住户带来一个舒适的生活环境，而且对主体结构的使用寿命也是百年 大计的事。
[0003] 传统常用的合成防水剂主要有有机硅类防水剂和氟材料防水剂，但是有机硅类防 水剂力学性能和附着性能差，氟材料防水剂防水性能较好，但其价格高昂，市场上数量较 少。
[0004] 目前，也有聚氨酯防水的生产和销售，但是其遇水能反应，交联生成不溶于水的聚 合体，不易被水稀释冲走，且反应中产生的二氧化碳产生了二次扩散现象，因而有较大的扩 散半径和凝固体积比等优点。但是，与高疏水的有机硅和氟材料相比，其防水性能远远不 及，且市面上常见的聚氨酯防水剂均含有大量有机溶剂，对环境和人体有害。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种渗透型水性聚氨酯防水剂，由包括多 元醇、多异氰酸酯、内乳化剂、二氨基硅氧烷、扩链剂和水的合成组合物制备而成，所述扩链 剂具有如下结构：
其中，Rl为具有1-5个碳原子的二价烷基，R2为具有1-2个碳原子的二价烷基或单键。
[0006] 所述的多异氰酸酯与二氨基硅氧烷的摩尔比1:0. 01-0. 2。
[0007] 所述的扩链剂选自5_(3_氨基丙基）-lH_咪唑-2-胺、5_(4_氨基丁基）-lH_咪 唑-2-胺、5-(5-氨基戊基）-1H-咪唑-2-胺、5-(2-氨基乙基）-1H-咪唑-2-胺中的一种 或几种。
[0008] 所述的二氨基硅氧烷选自N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，N-氨乙 基-3-氨丙基乙基二甲氧基硅烷，N-氨乙基-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。
[0009] 所述的多异氰酸酯选自2,4_甲苯二异氰酸酯、2,6_甲苯二异氰酸酯、4,4'二苯基 甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种。
[0010] 所述的多元醇选自羟基封端聚酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚 烯烃多元醇、聚酯碳酸酯多元醇、聚醚碳酸酯多元醇、聚酯酰胺多元醇中的一种或几种。 [0011] 所述的多元醇为含碳碳双键多元醇或含碳碳双键多元醇与不含碳碳双键多元醇 的混合物。
[0012] 所述的内乳化剂选自2, 2二羟甲基丁酸，2, 2二羟甲基丙酸，2, 2二羟乙基丁酸， 2, 2二羟乙基丙酸，2, 3二羟甲基丁酸，2, 3二羟甲基丙酸，2, 3二羟乙基丁酸，2, 3二羟乙基 丙酸中的一种或几种。
[0013] 所述合成组合物还包括2个或2个以上的羟基的化合物或具有2个或2个以上的 氨基的化合物。
[0014] -种渗透型水性聚氨酯防水剂的制备方法，包括以下步骤： (1) 将多元醇、部分多异氰酸酯和内乳化剂在7-KTC下搅拌混合均匀； (2) 在高速搅拌下缓慢加入多氨基硅氧烷，发生反应，形成含硅氧烷的侧链结构； (3) 反应完全后补加剩余的多异氰酸酯，升温至80°C反应得到预聚体； (4) 将预聚体缓慢加入含有扩链剂的水中，然后加入三乙胺中和，得到水性聚氨酯。
[0015] 参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
【具体实施方式】
[0016] 除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技 术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
[0017] 如本文所用术语"由…制备"与"包含"同义。本文中所用的术语"包含"、"包括"、 "具有"、"含有"或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合 物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或 此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0018] 连接词"由…组成"排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此 短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常 规杂质除外。当短语"由…组成"出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时， 其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
[0019] 当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优 选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围 下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开 了范围"1至5"时，所描述的范围应被解释为包括范围"1至4"、"1至3"、"1-2"、"1_2和 4-5"、"1_3和5"等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括 其端值和在该范围内的所有整数和分数。
[0020] 此外，本发明要素或组分前的不定冠词"一种"和"一个"对要素或组分的数量要求 (即出现次数）无限制性。因此"一个"或"一种"应被解读为包括一个或至少一个，并且单 数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
[0021] 渗透型水性聚氨酯防水剂，由包括聚醚多元醇、多异氰酸酯、内乳化剂、二氨基 硅氧烷、扩链剂和水的合成组合物制备而成，所述渗透型水性聚氨酯防水剂的固含量为 30-50%，所述扩链剂具有如下结构：
其中，Rl为具有1-5个碳原子的二价烷基，R2为具有1-2个碳原子的二价烷基或单键。
[0022]多异氰酸醅 本发明使用的多异氰酸酯采用由通式R(NCO)n (式中的R表示任何一种含碳有机化合 物，且n多2)表示的化合物。
[0023] 作为这种有机聚异氰酸酯，可以使用任何一种公知的化合物，其中代表性的例子 有：1，4_四甲撑二异氰酸酯、1，6_六甲撑二异氰酸酯、1，12_十二甲撑二异氰酸酯、环己 烷-1，3_或1，4_二异氰酸酯、1-异氰酸根合-3-异氰酸根合甲基_3,5,5_三甲基环己烷 (别名异佛尔酮二异氰酸酯，以下简称IPDI)、双-(4-异氰酸根合环己基）甲烷（以下简称 加氢MDI)、2-或4-异氰酸根合环己基-2 ' -异氰酸根合环己基甲烷、1，3-或1，4-双-(异 氰酸根合甲基）_环己烷、双_(4_异氰酸根合-3-甲基环己基）甲烷、1，3_或l，4_a，a， a '，a ' -四甲基苯二甲基二异氰酸酯、2,4_或2,6_二异氰酸根合甲苯、2,2' _、2,4' -或 4,4' -二异氰酸根合二苯基甲烷（简称MDI)、1，5-萘二异氰酸酯，p-或m-苯撑二异氰酸 酯、苯二甲基二异氰酸酯或二苯基-4,4' -二异氰酸酯等。
[0024] 在这些物质中，从容易获得及容易控制与后述羟基的反应方面考虑，优选2,4_甲 苯二异氰酸酯、2,6_甲苯二异氰酸酯、4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯。 另外，这些二异氰酸酯可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
[0025] 多元醇 本发明中所述的聚氨酯含有作为单体成分的多元醇。多元醇是具有2个以上羟基的 醇类的统称，优选具有2~3个羟基的化合物。另外，多元醇的通过凝胶渗透色谱（GPC)法 测定的苯乙烯换算数均分子量为400~5, 000,更优选为400~4, 100,特别优选为400~ 2, 500。如果多元醇的数均分子量处于前述范围内，则可以合成刚性（硬度、弹性模量）和 韧性（拉伸强度）的平衡良好的聚氨酯。多元醇的数均分子量超过5, 000时，易导致得到 的聚氨酯的刚性低。另一方面，多元醇的数均分子量不足400时，易导致得到的聚氨酯的韧 性低。
[0026] 可以使用聚氨酯技术领域中通常使用的多元醇，可以列举例如羟基封端聚酯、聚 醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚烯烃多元醇、聚酯碳酸酯多元醇、聚醚碳酸酯多 元醇、聚酯酰胺多元醇等。在这些物质中，从耐水解性良好方面考虑，优选聚醚多元醇、聚烯 烃多元醇、聚碳酸酯多元醇。
[0027]聚醚多元醇，如聚四亚甲基二醇（PTMG)、聚丙二醇（PPG)、聚乙二醇（PEG)、聚环氧 乙烷丙二醇（E0-P0)、聚环氧乙烷双酚A醚、聚环氧丙烷双酚A等。
[0028] 聚酯多元醇，如聚丁烯己二酯、聚己撑己二酯、聚己内酯多元醇等。
[0029] 聚碳酸酯多元醇，可以列举聚己内酯多元醇等聚酯二醇和碳酸亚烷基酯的反应生 成物、使碳酸亚乙酯和多元醇反应所得到的反应混合物和有机二羧酸的反应生成物等。
[0030] 另外，还可以使用1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、二乙二醇、聚乙二醇、聚 丙二醇、聚四亚甲基二醇等二醇和碳酰氯、碳酸二烯丙酯、环式碳酸酯的反应生成物。
[0031] 作为上述聚烯烃多元醇，本发明的发明人通过实验意外地发现选择含碳碳双键多 元醇，尤其是与其他不含碳碳双键多元醇配合使用时，如羟基封端聚丁二烯、蓖麻油系多元 醇、部分皂化的乙烯醋酸乙烯酯共聚物，聚合得到的水性聚氨酯防水剂具有更好的抗渗透 性能。通过使用分子内具有碳碳双键的多元醇，可以在聚氨酯骨架上导入碳碳双键，采用具 有双键的多元醇可以获得抗渗透性能更好的防水剂，可能的机理是水泥中的无机成分促进 双键的氧化并化学键接在毛细孔壁中，大大抑制了水分子的迀移。优选地，使用聚乙二醇与 蓖麻油多元醇的混合物作为多元醇时，防水剂的抗渗透性能更好。
[0032] 内乳化齐1丨 所述的内乳化剂是指具有2个羟基或氨基、且具有羧基或磺酸基的物质，可选择的包 括2, 2二羟甲基丁酸，2, 2二羟甲基丙酸，2, 2二羟乙基丁酸，2, 2二羟乙基丙酸，2, 3二羟甲 基丁酸，2, 3二羟甲基丙酸，2, 3二羟乙基丁酸，2, 3二羟乙基丙酸。所述的多异氰酸酯与内 乳化剂的摩尔比1:0. 001-0. 1。
[0033] 二氨基硅氣烷 二氨基硅氧烷结构如下式：
上式中， R1为C-C链段和/或C-0链段； R2、R3、R4中，其中个为硅氧烷，其他两个独立的表不氣原子、烷基或芳烷基。
[0034] 可选择的二氨基硅氧烷为N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，N-氨乙 基-3-氨丙基乙基二甲氧基硅烷，N-氨乙基-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷。
[0035] 所述的多异氰酸酯与二氨基硅氧烷的摩尔比1:0. 01-0. 2。
[0036] 扩链剂所述扩链剂具有如下结构：
其中，Rl为具有1-5个碳原子的二价烷基，R2为具有1-2个碳原子的二价烷基或单键。
[0037] 作为优选的一种技术方案，所述的多异氰酸酯与扩链剂的摩尔比1:0. 01-0. 1。
[0038] 水泥固化后，存在大量的纳米甚至微米级别的孔，这些孔互相连通，使得水泥的防 水性能不高，水性聚氨酯填充如微孔