一种纳米二氧化硅改性水性聚氨酯防水涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于防水涂料的技术领域，具体涉及一种纳米二氧化硅改性水性聚氨酯防 水涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 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。涂膜外观优美，具有良好的装饰性，且因其良好的柔韧性、耐冲击性、耐腐蚀性、 耐化学品性及优异的耐低温性等特点，已广泛地应用于建筑、桥梁及混凝土工程等领域。在 混凝土工程的防护过程中，溶剂型聚氨酯防水涂料表现出了良好的韧性、耐磨性、耐腐蚀性 和较高的附着力，提高了工程的使用寿命，但是溶剂型聚氨酯涂料中的有机溶剂对人类健 康和环境造成危害，故近年来环保无毒、低VOC的水性聚氨酯防水涂料备受关注。
[0003] 水性聚氨酯防水涂料是以水为分散介质配置的涂料。既有效避免了溶剂型聚氨酯 体系中有毒、易燃挥发性有机化合物的排放，又具有不燃、无毒、不污染环境、节约能源等优 点。其具有成膜温度低、附着力较强、耐磨性好、硬度高等优越性能，在地下工程中应用较 多。其不足之处主要表现在耐水性不足、耐腐蚀性较差。另外在施工与应用性能方面也不尽 人意，如干燥速度慢;成本高，价格贵;水性涂料对铁质基材可能会引起"闪蚀"；体系表面张 力大引起对基材和颜料润湿性较差等。
[0004] 因此，如何制备出耐水性好、耐候性好、干燥时间短、附着力高和耐腐蚀性强的水 性聚氨酯防水涂料已成为国内外关注与亟待解决的问题。从化学组成出发优化原材料组 成，设计配合比可以从根本上解决这些问题，并与现水性聚氨酯防水涂料对比，本发明理论 可靠、精确可控，能从根本上改善其耐水性不足、干燥时间短等问题，提高了混凝土工程防 水效果，具有重要的社会意义及实用价值。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种纳米二氧化硅改性水 性聚氨酯防水涂料。所制备的水性聚氨酯防水涂料干燥时间短，具备优异耐水耐腐蚀和耐 老化性。
[0006] 本发明的另一目的在于提供上述纳米二氧化硅改性水性聚氨酯防水涂料的制备 方法。
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0008] -种纳米二氧化硅改性水性聚氨酯防水涂料，由以下按重量份数计的组分组成： 聚氨酯接枝丙烯酸乳液 60~80份 消泡剂 1~2份 成膜助剂 2~6份 流平剂 1~4份 减水剂 1~3份
[0009] 预分散的纳米二氧化桂溶液 3~8份 分散剂 2~9份 增稠剂 2~5份 填料 20~30份 水 15~30份。
[0010] 所述的聚氨酯接枝丙烯酸乳液由上海拓佳印刷材料有限公司提供，其产品名称为 TJ-0650%聚氨酯接枝丙烯酸乳液。
[0011] 所述的预分散的纳米二氧化硅溶液制备方法如下:将偶联剂改性的纳米二氧化硅 分散于水中，得到预分散的纳米二氧化硅溶液。所述偶联剂改性的纳米二氧化硅与水的质 量比1:10。所述偶联剂为硅烷偶联剂。
[0012] 所述偶联剂改性的纳米二氧化硅的具体制备方法为将纳米二氧化硅溶于无水乙 醇中，加入水，超声分散，将溶液的PH调制为3~5，再加入硅烷偶联剂，于80~90°C加热4~ 48h，抽滤，烘干，研磨，即得偶联剂改性的纳米二氧化硅。
[00?3]所述纳米二氧化娃:无水乙醇：水的用量比为4~15g: 95g: 5g;所述超声分散的时 间为20~35min;所述硅烷偶联剂的用量为纳米二氧化娃、无水乙醇和水总质量的2 %~ 7%。所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570中的至少一种。
[0014] 所述的减水剂为聚羧酸高性能减水剂，由中交四航局新材料有限公司提供。
[0015] 所述的分散剂为六偏磷酸钠，由上海沣瑞化工有限科技公司提供。
[0016] 所述流平剂为聚醚聚酯共聚改性聚硅氧烷、交联型丙烯醚改性聚硅氧烷中的一 种。（广州市斯洛柯化学有限公司提供的聚醚聚酯共聚改性聚硅氧烷，广东雷邦高新材料有 限公司生产的交联型丙烯醚改性聚硅氧烷。）
[0017]所述成膜助剂为丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯或醇酯十二中的至少一种。
[0018] 所述消泡剂为聚醚改性有机硅、聚硅氧烷或苯乙醇油酸酯中的至少一种。所述聚 醚改性有机硅为广州市博详化工科技有限公司生产的BX-690/691/692聚醚改性有机硅。
[0019] 所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的至少一种。
[0020] 所述填料为滑石粉、轻质碳酸钙、粉煤灰中的至少一种，其中滑石粉细度为1250 目，轻质碳酸钙细度不低于800,粉煤灰为一级灰。
[0021 ]所述纳米二氧化硅改性水性聚氨酯防水涂料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0022] (1)纳米材料的改性及制备:将偶联剂改性的纳米二氧化硅分散于水中，得到预分 散的纳米二氧化硅溶液;偶联剂改性的纳米二氧化硅与水质量比1:10;
[0023] (2)粉料组分的制备:将填料、分散剂和增稠剂混合均匀即可；
[0024] (3)液料组分的制备:将聚氨酯接枝丙烯酸乳液、消泡剂、成膜助剂、减水剂、流平 剂和水混合并搅拌均匀，最后加入预分散的纳米二氧化硅溶液搅拌均匀即可；
[0025] (4)将液料组分和粉料组分混合均匀，即得到所述纳米二氧化硅改性水性聚氨酯 防水涂料。
[0026] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0027] (1)本发明选用聚氨酯接枝丙烯酸乳液为主要成膜物质，其具备耐磨、光亮、柔软 有弹性、机械力学性、耐候性倶佳等特性;本发明在水性聚氨酯防水涂料中引入纳米二氧化 硅材料，先使用硅烷偶联剂对其表面进行改性，有效改善了纳米材料团聚现象，后制备预分 散的纳米二氧化硅溶液，在生产中可以直接加入，解决了纳米材料在生产中难以分散的问 题，取得了良好的效果；
[0028] (2)本发明制备的水性聚氨酯防水涂料，不使用有机溶剂，环保无毒、VO含量低，具 有良好的附着力、耐腐蚀性、耐水性和耐候性等特性，不仅适用于桥梁、隧道和高铁等混凝 土工程防水领域，还适用于住宅、学校的装饰装修领域，具备一定的工程应用价值。
【附图说明】
[0029] 图1为实施例1制备的改性纳米二氧化硅与未改性纳米二氧化硅的粒径分布图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明的实施方式不限如此。
[0031] 实施例1
[0032] 本发明的所涉及到的偶联剂改性的纳米二氧化娃制备:称取IOg纳米二氧化娃，5g 去离子水和95g无水乙醇，混合后超声分散半小时，用甲酸将PH调制为4,加入硅烷偶联剂 (KH-550)5.5g，恒温(90°C)水浴加入12h，反应所得溶液经抽滤、烘干(80°C)和研磨后，制得 改性纳米二氧化硅，其改性效果如图1所示，改性后团聚体粒径变小，且大的团聚体数量减 少；
[0033] 将偶联剂改性的纳米二氧化硅分散于水中，得到预分散的纳米二氧