一种单组分聚氨酯防水涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于防水涂料技术领域，更具体地，涉及一种单组分聚氨酯防水涂料及其制备方法。


背景技术：

2.聚氨酯防水涂料是由异氰酸酯、聚醚等经加成聚合反应而成的含异氰酸酯基的预聚体，配以催化剂、无水助剂、无水填充剂、溶剂等，经混合等工序加工制成的单组分聚氨酯防水涂料。
3.聚氨酯防水涂料反应固化后能够形成无接缝、完整的涂膜防水层，在建筑、交通、客运专线以及各类市政工程中的应用日益增多。另一方面，金属腐蚀除了会浪费金属资源以及恶化生态环境以外，往往会造成难以估量的经济损失和灾难性事故，而解决金属腐蚀有一个最简捷的办法就是涂覆防腐涂料。目前国内防腐涂料以中低端为主，如环氧涂料、聚氯乙烯类等，因此开发出一款高强度、高延伸、耐腐蚀和化学稳定性良好的聚氨酯型防腐涂料能够更加高效的解决金属腐蚀这一难题，并迅速占领防腐涂料这一庞大市场。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种单组分耐腐蚀聚氨酯涂料及其制备方法。该涂料具有优异的耐腐蚀性和延伸性能。
5.为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种单组分聚氨酯防水涂料，制备该单组分聚氨酯防水涂料的原料包括：聚醚多元醇，氯化石蜡，分散剂，氟树脂，气相二氧化硅，钛白粉，异佛尔酮二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯，催化剂和乙酸丁酯。
6.根据本发明，优选地，以质量份数计，所述单组分聚氨酯防水涂料的原料包括：所述聚醚多元醇35-55份，所述氯化石蜡10-25份，所述分散剂0.1-1份，所述氟树脂1-10份，所述气相二氧化硅8-20份，所述钛白粉5-10份，所述异佛尔酮二异氰酸酯4-5份，所述六亚甲基二异氰酸酯5-10份，所述催化剂0.1-0.5份和所述乙酸丁酯5-10份。
7.根据本发明，优选地，所述氟树脂为聚偏氟乙烯。
8.根据本发明，优选地，所述聚偏氟乙烯为平均粒径为300-500目的聚偏氟乙烯粉末。
9.根据本发明，优选地，所述聚偏氟乙烯为301-f。
10.本发明中，聚偏氟乙烯为法国阿科玛301-f。
11.根据本发明，优选地，所述聚醚多元醇为聚醚二元醇和/或聚醚三元醇；
12.所述聚醚二元醇优选为聚醚二元醇210和/或聚醚二元醇220；
13.所述聚醚三元醇优选为聚醚三元醇330和/或聚醚三元醇330n。
14.本发明中，聚醚二元醇210和聚醚二元醇220均购自万华化学集团股份有限公司；聚醚三元醇330和聚醚三元醇330n均购自无棣德信化工有限公司。
15.根据本发明，优选地，所述聚醚多元醇为聚醚二元醇和聚醚三元醇，其中，所述聚
醚二元醇的用量为25-35质量份，所述聚醚三元醇的用量为10-20质量份。
16.根据本发明，优选地，所述分散剂为硅烷类分散剂；所述硅烷类分散剂优选为分散剂s527和/或分散剂gf-1427；
17.所述气相二氧化硅的平均粒径为200-400nm；所述气相二氧化硅优选为气相二氧化硅hb151和/或气相二氧化硅hb620；
18.所述催化剂为二月桂酸二丁基锡(t12)和/或辛酸亚锡(t9)。
19.本发明中，分散剂s527为埃夫科纳分散剂s527，分散剂gf-1427购自福建朗普新材料科技有限公司；
20.气相二氧化硅hb151和气相二氧化硅hb620购自湖北汇富纳米材料股份有限公司。
21.本发明中，如以下反应方程式ⅰ所示，聚偏氟乙烯(pvdf)中含有键能最大的氟碳化合键，化学惰性十分突出，破坏他需要极大的能量，而且在反应过程中与聚氨酯大分子形成穿插交联，从而具有很强的耐磨性和抗冲击性能。此外，氟碳化合键中的氟原子因强吸电子作用会与氢离子结合形成最稳定牢固的氢键，从而使得产品表面在酸碱盐等恶劣环境下仍然能不被破坏，使得其得以体现极为优异的耐腐蚀性能。但与之相对应的，这样会使得体系的刚性显著增大，就导致涂料成膜后的断裂伸长率大大降低，为了保证涂膜的断裂伸长率，因此采用ipdi和hdi复配进行涂料的制备。其中异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)与传统的tdi、mdi相比不含苯环，最终交联反应形成的大分子柔性较高。先加入ipdi部分参与扩链保证固化胶膜的内聚能，再加入hdi提供线性柔性，以达到提升断裂伸长率的目的，而且hdi的光稳定性较好，这二者复配按照一定比例使用可使材料具有良好的耐候性以及抗紫外老化性能。
[0022][0023]
本发明的另一方面提供上述单组分聚氨酯防水涂料的制备方法，该制备方法包括：将所述聚醚多元醇、氯化石蜡、分散剂和氟树脂进行混合，升温至90-100℃，加入气相二氧化硅和钛白粉，抽真空和脱水；然后，降温至60-70℃，加入所述异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌混合，升温至80-90℃时，进行反应；降温至60-70℃，加入所述六亚甲基二异氰酸酯，搅拌混合，升温至80-90℃时，进行反应；最后，降温至60-70℃，加入催化剂和乙酸丁酯，搅拌混
合，降温至45-55℃真空脱气，得到所述单组分聚氨酯防水涂料。
[0024]
根据本发明，优选地，所述抽真空的条件为：抽真空至压力小于-0.095mpa；所述脱水的条件为：在105-120℃下，脱水2-3h；
[0025]
然后，降温至60-70℃，加入所述异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌混合，升温至80-90℃时，进行反应1-2h；降温至60-70℃，加入所述六亚甲基二异氰酸酯，搅拌混合，升温至80-90℃时，进行反应2-3h。
[0026]
本发明的技术方案具有如下有益效果：
[0027]
(1)本发明的单组分聚氨酯防水涂料具有优异的耐腐蚀性和延伸性能。
[0028]
(2)本发明通过改变原料配比，引进氟树脂并采用分步法加入二异氰酸酯反应得到一种单组分耐腐蚀聚氨酯涂料，其拉伸强度大于3mpa，断裂伸长率大于700％，撕裂强度大于20mpa，粘接强度大于1.3mpa，并经5％盐水60d浸泡该涂层仍未发生脱落、起泡，人工加速老化试验后该涂层仍未发生黄变现象。
[0029]
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
[0030]
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0031]
以下通过实施例进一步说明本发明：
[0032]
以下各实施例和对比例所用的原料的用量均为质量份。
[0033]
以下各实施例和对比例所用的氟树脂为聚偏氟乙烯，所述聚偏氟乙烯为平均粒径为400目的聚偏氟乙烯粉末；所用的气相二氧化硅的平均粒径为200-400nm；所用的氯化石蜡购自沧州兴达化工有限责任公司，牌号为52#；所用的异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯均购自万华化学集团股份有限公司；所用的聚醚二元醇210购自万华化学集团股份有限公司；聚醚三元醇330n购自无棣德信化工有限公司；所用的气相二氧化硅hb151购自湖北汇富纳米材料股份有限公司。
[0034]
以下各实施例和对比例制备的涂料按gb/t 19250-2013标准要求涂膜制样；各测试项目参照的标准为：拉伸性能，gb/t 16777-2008；撕裂强度，gb/t 529-2008；粘接强度，gb/t 16777-2008；人工加速老化试验，gb/t19250-2013。
[0035]
实施例1
[0036]
将聚醚二元醇35份、聚醚三元醇10份、氯化石蜡15份、分散剂0.5份、氟树脂5份加入到反应釜中，开始搅拌，升温至95℃开始依次加入气相二氧化硅15份，钛白粉5份，抽真空至压力小于-0.095mpa，于110℃脱水2h；降温至70℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)4份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应1h，再降温至70℃，加入六亚甲基二异氰酸酯(hdi)5份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应2h；降温至70℃，加入催化剂0.5份、乙酸丁酯5份，搅拌1h，降温至50℃在≤-0.1mpa的真空条件下脱气30min后即得一种单组分耐腐蚀聚氨酯防水涂料。
[0037]
其中，所述聚醚二元醇为聚醚二元醇210；所述聚醚三元醇为聚醚三元醇330n；所
述聚偏氟乙烯为法国阿科玛301-f；所述气相二氧化硅为气相二氧化硅hb151；所述分散剂为硅烷类分散剂，所述硅烷类分散剂为埃夫科纳分散剂s527；所述催化剂为t12。
[0038]
将实施例1制备的涂料按标准要求涂膜制样，检测其性能，其拉伸强度为3.3mpa，断裂伸长率为761％，撕裂强度为22.3mpa，粘接强度为1.4mpa，并经5％盐水60d浸泡该涂层仍未发生脱落、起泡，人工加速老化试验后该涂层仍未发生黄变现象。
[0039]
实施例2
[0040]
将聚醚二元醇30份、聚醚三元醇15份、氯化石蜡15份、分散剂0.5份、氟树脂5份加入到反应釜中，开始搅拌，升温至95℃开始依次加入气相二氧化硅15份，钛白粉5份，抽真空至压力小于-0.095mpa，于110℃脱水2h；降温至70℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)4份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应1h，再降温至70℃，加入六亚甲基二异氰酸酯(hdi)5份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应2h；降温至70℃，加入催化剂0.5份、乙酸丁酯5份，搅拌1h，降温至50℃在≤-0.1mpa的真空条件下脱气30min后即得一种单组分耐腐蚀聚氨酯防水涂料。
[0041]
其中，所述聚醚二元醇为聚醚二元醇210；所述聚醚三元醇为聚醚三元醇330n；所述聚偏氟乙烯为法国阿科玛301-f；所述气相二氧化硅为气相二氧化硅hb151；所述分散剂为硅烷类分散剂，所述硅烷类分散剂为埃夫科纳分散剂s527；所述催化剂为t12。
[0042]
将实施例2制备的涂料按标准要求涂膜制样，检测其性能，其拉伸强度为3.5mpa，断裂伸长率为736％，撕裂强度为24.4mpa，粘接强度为1.4mpa，并经5％盐水60d浸泡该涂层仍未发生脱落、起泡，人工加速老化试验后该涂层仍未发生黄变现象。
[0043]
实施例3
[0044]
将聚醚二元醇35份、聚醚三元醇10份、氯化石蜡15份、分散剂0.5份、氟树脂10份加入到反应釜中，开始搅拌，升温至95℃开始依次加入气相二氧化硅10份，钛白粉5份，抽真空至压力小于-0.095mpa，于110℃脱水2h；降温至70℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)4份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应1h，再降温至70℃，加入六亚甲基二异氰酸酯(hdi)5份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应2h；降温至70℃，加入催化剂0.5份、乙酸丁酯5份，搅拌1h，降温至50℃在≤-0.1mpa的真空条件下脱气30min后即得一种单组分耐腐蚀聚氨酯防水涂料。
[0045]
其中，所述聚醚二元醇为聚醚二元醇210；所述聚醚三元醇为聚醚三元醇330n；所述聚偏氟乙烯为法国阿科玛301-f；所述气相二氧化硅为气相二氧化硅hb151；所述分散剂为硅烷类分散剂，所述硅烷类分散剂为埃夫科纳分散剂s527；所述催化剂为t12。
[0046]
将实施例3制备的涂料按标准要求涂膜制样，检测其性能，其拉伸强度为3.4mpa，断裂伸长率为765％，撕裂强度为23.1mpa，粘接强度为1.5mpa，并经5％盐水60d浸泡该涂层仍未发生脱落、起泡，人工加速老化试验后该涂层仍未发生黄变现象。
[0047]
实施例4
[0048]
将聚醚二元醇30份、聚醚三元醇15份、氯化石蜡10份、分散剂0.5份、氟树脂10份加入到反应釜中，开始搅拌，升温至95℃开始依次加入气相二氧化硅8份，钛白粉5份，抽真空至压力小于-0.095mpa，于110℃脱水2h；降温至70℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)5份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应1h，再降温至70℃，加入六亚甲基二异氰酸酯(hdi)8份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应2h；降温至70℃，加入催化剂0.5份、乙
酸丁酯8份，搅拌1h，降温至50℃在≤-0.1mpa的真空条件下脱气30min后即得一种单组分耐腐蚀聚氨酯防水涂料。
[0049]
其中，所述聚醚二元醇为聚醚二元醇210；所述聚醚三元醇为聚醚三元醇330n；所述聚偏氟乙烯为法国阿科玛301-f；所述气相二氧化硅为气相二氧化硅hb151；所述分散剂为硅烷类分散剂，所述硅烷类分散剂为埃夫科纳分散剂s527；所述催化剂为t12。
[0050]
将实施例4制备的涂料按标准要求涂膜制样，检测其性能，其拉伸强度为3.7mpa，断裂伸长率为701％，撕裂强度为25.8mpa，粘接强度为1.6mpa，并经5％盐水60d浸泡该涂层仍未发生脱落、起泡，人工加速老化试验后该涂层仍未发生黄变现象。
[0051]
对比例1
[0052]
本对比例与实施例1的区别仅为将4份的异佛尔酮二异氰酸酯和5份的六亚甲基二异氰酸酯替换为9份的甲苯二异氰酸酯(tdi)，并将分步添加替换为一步添加：降温至70℃，加入tdi 9份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应3h。
[0053]
对比例2
[0054]
本对比例与实施例1的区别仅为去除5份的氟树脂，以及将4份的异佛尔酮二异氰酸酯和5份的六亚甲基二异氰酸酯替换为14份的tdi，并将分步添加替换为一步添加：降温至70℃，加入tdi 14份，搅拌10min后，升温至85℃时开始计时反应3h。
[0055]
对比例3
[0056]
本对比例与实施例1的区别仅为去除5份的氟树脂，以及将4份的异佛尔酮二异氰酸酯和5份的六亚甲基二异氰酸酯分别替换为6份的异佛尔酮二异氰酸酯和8份的六亚甲基二异氰酸酯，并且6份的异佛尔酮二异氰酸酯和8份的六亚甲基二异氰酸酯仍然按照实施例1的制备方法分步添加。
[0057]
以下表1示出了实施例1与对比例1-3的5％盐水60d浸泡和人工加速老化试验和断裂伸长率测试的对比测试结果，具体如下：
[0058]
表1
[0059][0060]
由表1可知：氟树脂的加入，提高了涂料的耐腐蚀性，但是降低了断裂伸长率。而ipdi和hdi相比于通用的tdi和mdi而言不含苯环，能够提高柔性，ipdi和hdi的加入解决了断裂伸长率降低的问题。
[0061]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。