一种改性水性聚氨酯防水涂料及其制备方法、应用与流程

1.本发明属于防水材料技术领域，具体涉及一种改性水性聚氨酯防水涂料及其制备方法、应用。


背景技术：

2.目前，聚氨酯防水涂料是防水行业内应用范围最广，性能最优异，但聚氨酯防水涂料的品种较少，大多为溶剂型或无溶剂型的油性涂料，主要问题是voc排放量大、气味大、残留有毒有害物质且质量参差不齐。随着国家对环保的要求越来越高，也被逐步要求向更环保的方向改良，首先是禁止使用焦油，沥青，古马隆等材料，再有禁止二甲苯等溶剂，再到限制多异氰酸酯的使用和voc限量。
3.由此可知，溶剂型的聚氨酯材料将要被完全禁止使用，所以聚氨酯材料的水性化就成为当今有技术力量的防水厂家的主要研究方向。水性聚氨酯防水材料在2020年全国防水协会会议上提出，相关厂家也有小规模的销售，2021年相关团体标准正在编制中。
4.公告号为cn111909610a的中国发明专利聚氨酯防水涂料及其制备方法，其由以下原材料按照以下重量份调制而成：水9.43～10.43份、ph调节剂0.01～0.05份、羟乙基纤维素0.06～0.09份、水性聚氨酯乳液44～48份、防腐剂0.1～0.4份、润湿分散剂0.5～1份、消泡剂0.5～1份、钛白粉2～8份、云母粉2～8份、硫酸钡28.21～31.21份、成膜助剂0.2～0.6份、抗冻剂0.8～1.1份、增稠剂0.35～0.65份。其继承了油性聚氨酯防水涂料的高强度、高韧性的优点，同时简化了施工条件，并且具高强度、高韧性、低voc、高环保性、易施工、防水性优越的性能。
5.申请人表示，现有水性聚氨酯材料由于技术不够成熟，有几个性能指标始终无法达到原有的聚氨酯防水涂料标准，其中之一就是主动粘接力的不足，虽然产品在标准环境、标准基面下的粘接强度检测是合格的，但是在实际应用时，多种实际施工基面均存在粘接力不足的问题。
6.为此，公告号为cn112724814a的中国发明专利一种新型聚氨酯防水涂料及其制备方法，解决了现有技术中聚氨酯防水涂料不具备低应力下的快干功能，普遍存在干燥时间较长，导致二次涂布间隔时间长，严重影响了涂装流水线的作业效率的问题，所述新型聚氨酯防水涂料，包括以下原料：水性聚氨酯40～60份、丙烯酸乳液20～30份、有机膨润土10～20份、改性剂5～12份、溶剂30～50份、邻苯二甲酸二丁酯3～5份、分散剂1～3份、消泡剂2～4份。本发明制备工艺简单，制备条件温和，原料简单易得，所得防水涂料干燥时间短、附着力强，涂膜柔韧性好，抗冲击性好，耐候性好，且具有良好的保光保色性。
7.现有技术通过采用甲苯和水组成混合溶液，加氧化锌、三乙醇胺油酸皂、β-萘酚和9-羟基菲震荡混合后烘干制得改性剂，利用改性剂对水性聚氨酯和丙烯酸乳液组成的主体成分进行改性处理，有效的提高了涂料涂膜的附着力和抗冲击性。同时，还需要用氧化铝作为特定分散剂，氧化铝还跟与改性剂起到协调增效的作用，两者复用，附着力和抗冲击性得到了显著改善。
8.现有技术通过甲苯等复合组分进行改性，涂料成本高；且涂料中使用较多占比的甲苯，一方面，甲苯和水本身不能直接混溶，且现有技术没有详细记载，尚不清楚现有技术的改性剂作用机制，其附着力增强的技术效果还有待考量。另一方面，甲苯属于危化品，比二甲苯毒性更强，不环保，一般工厂已经彻底禁用，违背环保的理念。


技术实现要素：

9.本发明的目的是要解决上述的技术问题，提供一种改性水性聚氨酯防水涂料及其制备方法、应用。
10.为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
11.第一方面，本发明提供了一种改性水性聚氨酯防水涂料，所述改性水性聚氨酯防水涂料包括混合改性剂；
12.所述混合改性剂为纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物。
13.结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第1种优选实施方式，具体的，所述纳米无机硅树脂占混合改性剂总重量的70％。
14.结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第2种优选实施方式，具体的，所述改性水性聚氨酯防水涂料包括以下重量份的组分：
15.聚氨酯乳液150～220份、混合改性剂25～70份、硫酸钡200～250份、钛白粉30～50份、水30～70份、增稠剂5～10份、消泡剂2～5份、湿润剂2～5份、分散剂2～5份、防腐剂1～5份。
16.结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第3种优选实施方式，具体的，所述增稠剂选用无机增稠剂。
17.结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第4种优选实施方式，具体的，所述消泡剂选用聚醚型表面活性剂。
18.结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第5种优选实施方式，具体的，所述湿润剂选用聚乙二醇。
19.结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第6种优选实施方式，具体的，通过以下制备方法制备，包括：
20.向搅拌容器中按配比加入的水、分散剂、消泡剂、湿润剂；设置转速400r/min下搅拌至均匀，向搅拌容器中缓慢加入增稠剂，调整转速到800r/min搅拌20分钟；
21.向搅拌容器中按顺序加入钛白粉、硫酸钡，设置转速1000r/min高速搅拌20分钟以上，使粉料充分润湿；
22.向搅拌容器中加入聚氨酯乳液，设置转速500r/min搅拌20分钟以上，随后加入防霉剂，搅拌至均匀；
23.最后向搅拌容器中加入混合改性剂，设置转速500r/min搅拌20分钟以上后出料，即得改性水性聚氨酯防水涂料。
24.第二方面，本发明还提供了第1方面所述的改性水性聚氨酯防水涂料的应用，其特征在于，改性水性聚氨酯防水涂料在建筑结构、建筑物中的防水层或防水处理的应用。
25.结合第二方面，本发明还提供了第二方面的优选实施方式，具体的，改性水性聚氨酯防水涂料通过以下施工方法：
26.将改性水性聚氨酯防水涂料用滚筒或刮板，多次反复涂刮在待处理基面上，确保改性水性聚氨酯防水涂料均匀涂刮在待处理基面上，不漏涂漏出待处理基面；
27.施工采用多层薄涂，每层施工应在前一次表层干不沾手时进行下一层施工。
28.第三方面，本发明还提供了一种改性水性聚氨酯防水涂料的制备方法，通过以下制备方法制备：
29.向搅拌容器中按配比加入的水、分散剂、消泡剂、湿润剂；设置转速400r/min下搅拌至均匀，向搅拌容器中缓慢加入增稠剂，调整转速到800r/min搅拌20分钟；
30.向搅拌容器中按顺序加入钛白粉、硫酸钡，设置转速1000r/min高速搅拌20分钟以上，使粉料充分润湿；
31.向搅拌容器中加入聚氨酯乳液，设置转速500r/min搅拌20分钟以上，随后加入防霉剂，搅拌至均匀；
32.最后向搅拌容器中加入混合改性剂，设置转速500r/min搅拌20分钟以上后出料，即得改性水性聚氨酯防水涂料；所述混合改性剂为纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物；
33.其中，各组分的配比按以下重量份称取：
34.聚氨酯乳液150～220份、混合改性剂25～70份、硫酸钡200～250份、钛白粉30～50份、水30～70份、增稠剂5～10份、消泡剂2～5份、湿润剂2～5份、分散剂2～5份、防腐剂1～5份。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
36.1、本发明的水性聚氨酯防水涂料，采用纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物作为改性剂。将纳米无机硅树脂应用于水性聚氨酯涂料时，增强了水性聚氨酯的渗透性，且纳米无机硅树脂具有活性高，能与水泥基面反应进而提高基面的硬度，从而大幅度提升了水性聚氨酯防水涂料与基面的粘接强度。同时，通过渗透型高分子丙烯酸乳液对基面快速封闭，降低基面吸水率，避免因水性聚氨酯涂料失水过快而影响其成膜效果，保证涂料顺利成膜。
37.2、本发明的改性聚氨酯防水涂料，具有高粘接性、高强度韧性、低voc、高环保性、防水性等优异性能，还有效强化基面，不具有毒物质等；且本发明的防水涂料为可外露材料，不需要做保护层。
具体实施方式
38.随着以生态设计推动绿色发展的理念逐步为大众接受，相对安全、环保的水性涂料——水性聚氨酯涂料开始在建筑涂料领域受到广泛关注。水性聚氨酯涂料的研究，目的是优化其性能，并在建筑等行业获得广泛应用。因其本身的组成成分的改变是通过将有机溶剂替换为对环境友好的亲水基溶剂，故在相应的应用范围内受到一定限制。
39.目前，申请人针对市场已有水性聚氨酯防水涂料进行调研，发现现有水性聚氨酯材料由于技术不够成熟，有几个性能指标始终无法达到原有的聚氨酯防水涂料标准，其中之一就是主动粘接力的不足，影响了水性聚氨酯的使用。
40.随着水性聚氨酯涂料的日益研究，现有技术通过甲苯等复合组分进行改性，涂料成本高；且涂料中使用较多占比的甲苯，也违背环保的理念。本发明的水性聚氨酯产品有利
于水性聚氨酯涂料在涂装行业上的广泛应用，同时还应满足开发环境友好型水性涂料的现代工业发展原则。
41.本发明所述的改性水性聚氨酯防水涂料包括以下重量份的组分：
42.聚氨酯乳液150～220份、混合改性剂25～70份、硫酸钡200～250份、钛白粉30～50份、水30～70份、增稠剂5～10份、消泡剂2～5份、湿润剂2～5份、分散剂2～5份、防腐剂1～5份。
43.其中，所述纳米无机硅树脂占混合改性剂总重量的70％。
44.本发明提供了采用纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物作为改性剂，通过表面改性的方法开发性能更加优异、价格更加亲民的产品。本发明将纳米无机硅树脂应用于水性聚氨酯涂料时，增强了水性聚氨酯的渗透性，且纳米无机硅树脂具有活性高，能与水泥基面的物质反应增强水泥基面的硬度并具有很强的附着力，渗透过程中硬化粘结综合结果来提高附着力的，是化学与机械咬合共同的结果，从而大幅度提升了水性聚氨酯防水涂料与基面的粘接强度。同时，通过渗透型高分子丙烯酸乳液对基面快速封闭，降低基面吸水率，避免因水性聚氨酯涂料失水过快而影响其成膜效果，保证涂料顺利成膜。
45.在配方中，渗透型高分子丙烯酸乳液采用亚纳米高分子丙烯酸乳液。水性聚氨酯是该涂料主要的成膜物质，提供拉伸强度、延伸率。水作为分散颜填料的分散体，同时做为增稠剂增稠时的载体。防腐剂主要对涂料起到防腐杀菌作用，保证涂料的长期存储稳定性。硫酸钡主要作为颜填料进行使用，起填充和降低成本的作用。
46.在一种优选实施中，所述增稠剂选用无机增稠剂，其为涂料提供一定的流平性的同时改变产品的粘度，使其具有良好的涂刷性。
47.在一种优选实施中，所述消泡剂选用聚醚型表面活性剂，在抑制生产过程中气泡的产生，同时改变体系的表面张力，消除已产生的气泡。
48.在一种优选实施中，所述湿润剂选用聚乙二醇，主要对涂料体系进行快速润湿作用，同时有利于颜填料均匀分散至体系。同时聚乙二醇在本发明中还作为防冻剂，低voc保证涂料本身无外加voc，同时保证涂料在低温下的储存性。
49.本发明的改性水性聚氨酯防水涂料具高粘度、高强度、高韧性、低voc、高环保性、易施工、防水性优越的性能。
50.本发明还提供了一种改性水性聚氨酯防水涂料的制备方法，其特征在于，通过以下制备方法制备：
51.向搅拌容器中按配比加入的水、分散剂、消泡剂、湿润剂；设置转速400r/min下搅拌至均匀，向搅拌容器中缓慢加入增稠剂，调整转速到800r/min搅拌20分钟；
52.向搅拌容器中按顺序加入钛白粉、硫酸钡，设置转速1000r/min高速搅拌20分钟以上，使粉料充分润湿；
53.向搅拌容器中加入聚氨酯乳液，设置转速500r/min搅拌20分钟以上，随后加入防霉剂，搅拌至均匀；
54.最后向搅拌容器中加入混合改性剂，设置转速500r/min搅拌20分钟以上后出料，即得改性水性聚氨酯防水涂料；所述混合改性剂为纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物；
55.其中，各组分的配比按以下重量份称取：
56.聚氨酯乳液150～220份、混合改性剂25～70份、硫酸钡200～250份、钛白粉30～50份、水30～70份、增稠剂5～10份、消泡剂2～5份、湿润剂2～5份、分散剂2～5份、防腐剂1～5份。
57.本发明还通了一种改性水性聚氨酯防水涂料的应用，在建筑结构、建筑物中的防水层或防水处理的应用。具体的，适用范围包括(1)屋面：混凝土平面、斜面，不规则屋面。(2)低下工程：混凝土底板、侧壁、顶板。(3)其它建筑物部位：露台、浴室、厨房、水槽(沟)、污水处理池等。具体使用包括：
58.1、基面处理：防水找平层基面应干燥、干净，不宜在潮湿基面上施工，并预先对现场节点密封增强处理。
59.2、改性水性聚氨酯防水涂料通过以下施工方法：将改性水性聚氨酯防水涂料用滚筒或刮板，多次反复涂刮在待处理基面上，确保改性水性聚氨酯防水涂料均匀涂刮在待处理基面上，不漏涂漏出待处理基面；施工采用多层薄涂，每层施工应在前一次表层干不沾手时进行下一层施工。普通防水涂刮2层，若较重要的防水可多涂刮2～3层。
60.实施例一
61.本实施例1的改性水性聚氨酯防水涂料，通过以下制备方法制备：
62.向搅拌容器中按配比加入的水、分散剂、消泡剂、湿润剂；设置转速400r/min下搅拌至均匀，向搅拌容器中缓慢加入增稠剂，调整转速到800r/min搅拌20分钟；
63.向搅拌容器中按顺序加入钛白粉、硫酸钡，设置转速1000r/min高速搅拌20分钟以上，使粉料充分润湿；
64.向搅拌容器中加入聚氨酯乳液，设置转速500r/min搅拌20分钟以上，随后加入防霉剂，搅拌至均匀；
65.最后向搅拌容器中加入混合改性剂，设置转速500r/min搅拌20分钟以上后出料，即得改性水性聚氨酯防水涂料；所述混合改性剂为纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物；
66.其中，各组分的配比按以下重量份称取：聚氨酯乳液150份、混合改性剂25份、硫酸钡200份、钛白粉30份、水30份、增稠剂5份、消泡剂2份、湿润剂2份、分散剂2份、防腐剂1份。所述混合改性剂为纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物，所述纳米无机硅树脂占混合改性剂总重量的70％。
67.实施例二
68.本实施例2的改性水性聚氨酯防水涂料，通过以下制备方法制备：
69.向搅拌容器中按配比加入的水、分散剂、消泡剂、湿润剂；设置转速400r/min下搅拌至均匀，向搅拌容器中缓慢加入增稠剂，调整转速到800r/min搅拌20分钟；
70.向搅拌容器中按顺序加入钛白粉、硫酸钡，设置转速1000r/min高速搅拌20分钟以上，使粉料充分润湿；
71.向搅拌容器中加入聚氨酯乳液，设置转速500r/min搅拌20分钟以上，随后加入防霉剂，搅拌至均匀；
72.最后向搅拌容器中加入混合改性剂，设置转速500r/min搅拌20分钟以上后出料，即得改性水性聚氨酯防水涂料；所述混合改性剂为纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物；
73.其中，各组分的配比按以下重量份称取：聚氨酯乳液190份、混合改性剂45份、硫酸钡225份、钛白粉40份、水55份、增稠剂7份、消泡剂3份、湿润剂3份、分散剂3份、防腐剂3份。所述混合改性剂为纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物，所述纳米无机硅树脂占混合改性剂总重量的70％。
74.实施例三
75.本实施例3的改性水性聚氨酯防水涂料，通过以下制备方法制备：
76.向搅拌容器中按配比加入的水、分散剂、消泡剂、湿润剂；设置转速400r/min下搅拌至均匀，向搅拌容器中缓慢加入增稠剂，调整转速到800r/min搅拌20分钟；
77.向搅拌容器中按顺序加入钛白粉、硫酸钡，设置转速1000r/min高速搅拌20分钟以上，使粉料充分润湿；
78.向搅拌容器中加入聚氨酯乳液，设置转速500r/min搅拌20分钟以上，随后加入防霉剂，搅拌至均匀；
79.最后向搅拌容器中加入混合改性剂，设置转速500r/min搅拌20分钟以上后出料，即得改性水性聚氨酯防水涂料；所述混合改性剂为纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物；
80.其中，各组分的配比按以下重量份称取：聚氨酯乳液220份、混合改性剂70份、硫酸钡250份、钛白粉50份、水70份、增稠剂10份、消泡剂5份、湿润剂5份、分散剂5份、防腐剂5份。所述混合改性剂为纳米无机硅树脂和渗透型高分子丙烯酸乳液的混合物，所述纳米无机硅树脂占混合改性剂总重量的70％。
81.界面剂的性能检测
82.根据暂行技术条件要求的技术要求对本发明实施例1-3的改性水性聚氨酯防水涂料进行检测，检测结果如表1所示。
83.表1
84.项目暂行技术条件要求实测结果拉伸强度/mpa≥22.5断裂伸长率/％≥500680撕裂强度/mpa不透水不透水固体含量/％≥15≥17低温弯折性≤-35℃,无裂纹-40℃,无裂纹表干时间/h≤82实干时间/h≤248与混凝土粘接强度/mpa≥2.52.8
85.由表1可知，本发明的改性水性聚氨酯防水涂料达到暂行技术条件要求，且通过混合改性剂的改性，表干时间和实干时间极短，继承了油性聚氨酯防水涂料的高强度、高韧性的优点，并且具高强度、高韧性、低voc、高环保性、易施工、防水性优越的性能。
86.将本发明改性水性聚氨酯防水涂料与样品进行粘接强度的比对试验，试验结果如表2所示。
87.表2
[0088][0089][0090]
注：标准为普通水泥砂浆基面粘结强度1.0mpa。
[0091]
由表2可知，本发明的改性水性聚氨酯防水涂料的粘接强度远超于普通水性聚氨酯防水涂料，且在各基面类型的粘接强度均大于1.1。同时，本技术产品的粘接强度极大的接近复合界面剂的普通水性界面剂的粘接强度。本产品解决了现有技术粘接力不足的缺陷，具有高粘接性、高强度韧性、低voc、高环保性、防水性等优异性能，还具有效强化基面，不含有毒物质等优势。
[0092]
混合改性剂的对比试验
[0093]
基于实施例2改性水性聚氨酯防水涂料的组分及制备方法，试验混合改性剂中的纳米无机硅树脂在10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％的重量占比下，检测改性水性聚氨酯防水涂料在多种施工基面的粘接强度，检测结果如表3所示(实验中的各种组分含量及制备方法不变)。
[0094]
表3
[0095][0096]
由表三可见，采用相同的制备原料和工艺参数条件，无机树脂重量占比，会影响改性水性聚氨酯防水涂料的粘接性能。其中，混合改性剂中无机树脂重量占比越低，改性水性聚氨酯防水涂料在各基面的粘接强度越低，且低于30％时，粘接强度难以满足使用需求，特别是对旧水泥基面的防水处理。而混合改性剂中无机树脂重量占比高于70％时，在旧水泥基面的粘接强度开始下降。仅当混合改性剂中无机树脂重量占比在70％时，改性水性聚氨酯防水涂料在三种基面的粘接强度均衡，适用于多种基面的防水处理。
[0097]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。