專利名稱：一種濕固化單組份聚氨酯涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種防護涂料，特別是建筑領(lǐng)域用的防護涂料及其制備方法。具體地說，本發(fā)明涉及ー種濕固化單組份聚氨酯涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
濕固化單組份聚氨酯涂料是ー種含有異氰酸酷(-NC0)端基的預(yù)聚體，適于在潮濕環(huán)境中施工，可與濕氣反應(yīng)，進ー步交聯(lián)固化形成高弾性、堅固耐用的無接縫防水涂膜。涂膜中含有大量的脲鍵以及氨基甲酸酯鍵，由于氫鍵等的作用，涂膜具有優(yōu)良的附著力，具有耐磨、耐油、耐酸堿、耐沖擊性能，并且電絕緣性好。此類涂料的成膜物質(zhì)，大多是由大分子 的多元醇(如聚酯多元醇、聚醚多元醇)與ニ異氰酸酯加成反應(yīng)制備。由于該涂料對濕氣敏感，故貯存要求較高，生產(chǎn)和包裝過程中要嚴格控制水分含量。與雙組份涂料相比，濕固化單組份聚氨酯涂料省去了施工前的配料エ序，不會發(fā)生計量差錯，使用操作方便，是極具發(fā)展前途的品種。然而，濕固化單組份聚氨酯涂料也存在ー些不足①該涂料是靠吸收濕氣而進行緩慢反應(yīng)固化的，所以受空氣濕度的影響較大，固化時間較長，添加催干劑能改善涂膜的干燥速度，但會降低貯存穩(wěn)定性由于濕氣固化產(chǎn)生ニ氧化碳，不能厚涂，施工時需多道涂刮，程序繁瑣，可能會影響エ期；③粉料的添加能降低成本，但會增大體系粘度，需要添加稀釋溶劑，使得產(chǎn)品不環(huán)保。近年來，為了克服濕氣固化的上述不足，單組份水固化聚氨酯防水涂料的研究逐漸活躍，該涂料以水為固化劑，因而更環(huán)保；且水較其它固化劑而言，成本更低，且還能在較寬的溫度范圍內(nèi)固化。王慶安等在單組分聚氨酯防水涂料的合成中使水和以-NCO為端基的預(yù)聚體發(fā)生反應(yīng)，生成脲鍵而固化,生成的CO2氣體可通過氣體吸收劑吸收，形成致密的弾性體涂膜，合成了性能較好的水固化聚氨酯防水涂料。戴永清等也在聚氨酯防水涂料的研制中采用水作固化劑。然而，為保障固化后涂膜力學(xué)性能的穩(wěn)定，水的添加量須嚴格控制，水分含量過低，涂膜的固化較慢，此外由于涂膜固化交聯(lián)度不夠，力學(xué)性能也較差；隨著水分含量的増加，力學(xué)性能相應(yīng)提高，當(dāng)水分含量在某一范圍時，拉伸強度最大；水用量過多時，力學(xué)性能又有所下降。這些給水固化聚氨酯防水涂料的應(yīng)用造成了不少困難，也是水固化聚氨酯防水涂料的不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改進的濕固化單組份聚氨酯涂料。本發(fā)明同時還要提供ー種濕固化單組份聚氨酯涂料的制備方法。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案是ー種濕固化單組份聚氨酯涂料，以重量百分含量計，其原料組成如下多異氰酸酯單體10% 20%、聚醚多元醇20% 40%、增塑劑5% 15%、改性礦粉30% 50%、潛固化劑1% 5%、環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑O. 1°/Γ2%、消泡劑O. 1°/Γ %和單異氰酸酯化合物O. 19Tl%，其中所述的改性礦粉為經(jīng)過化學(xué)包覆法處理而表面包覆有包覆劑的礦物粉料；所述的環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑中，環(huán)保型催化劑處于環(huán)糊精的納米空腔內(nèi)，所述的環(huán)糊精為未改性的環(huán)糊精或改性環(huán)糊精或二者的組合。根據(jù)本發(fā)明，所述的多異氰酸酯單體可以為市場常見的甲苯ニ異氰酸酯(TDI)、ニ苯基甲烷ニ異氰酸酯(MDI)、異佛爾酮ニ異氰酸酯(iroi)、六亞甲基ニ異氰酸酯(HDI)等。其中TDI和MDI用于非外露產(chǎn)品，IPDI和HDI用于外露產(chǎn)品。由于TDI和HDI蒸汽壓高、揮發(fā)性強，具有強烈的刺激性氣味，從產(chǎn)品的環(huán)保性和生產(chǎn)工人安全性綜合考慮，本發(fā)明更優(yōu)選MDI和IPDI，分別用于非外露和外露產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，聚醚多元醇的官能度為2 3，優(yōu)選地，聚醚多元醇為選自聚こニ醇醚、聚丙ニ醇醚及聚丙三醇醚中的ー種或多種。優(yōu)選地，聚醚多元醇的羥值在20 200K0Hmg/g之間，更優(yōu)選地，羥值為20 58K0Hmg/g。根據(jù)本發(fā)明，增塑劑可以為本領(lǐng)域常用的類型。優(yōu)選地，增塑劑為碳酸丙烯酷。因 為碳酸丙烯酯與聚氨酯樹脂能形成化學(xué)鍵合，與傳統(tǒng)的增塑劑氯化石蠟、鄰苯ニ甲酸ニ丁酯及鄰苯ニ甲酸ニ辛酯等相比粘度更低，相客性好，不會隨著時間遷移出涂料，其使用既可以降低體系粘度，也可以提高產(chǎn)品的耐久性。所述的化學(xué)包覆法是已知的，其是指通過硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸等對被包覆物質(zhì)通常為無機粒子的表面進行改性的方法。根據(jù)本發(fā)明，所述的包覆劑優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑。所述的礦物粉料包括但不限于煅燒高嶺土、滑石粉、硅灰粉及碳酸鈣等。改性礦粉加入到聚氨酷體系后不容易發(fā)生團聚、沉淀，不僅能提高與聚氨酯體系的相容性，也能較好地降低體系粘度、改善流平。根據(jù)本發(fā)明，所述的潛固化劑可以采用本領(lǐng)域常用的類型。優(yōu)選地，所述的潛固化劑優(yōu)選為惡唑烷類固化劑，當(dāng)潛固化劑遇到水后在催化劑的作用下發(fā)生迅速水解，釋放活性氨基，與體系中的異氰酸酯基交聯(lián)固化，從而從源頭上杜絕了ニ氧化碳氣體的產(chǎn)生，消除了體系的化學(xué)泡。此外氨基與異氰酸酯反應(yīng)生成脲，使涂料體系具有更好的物理力學(xué)性能，以及更高的粘接強度和更好的耐磨耐老化性能。根據(jù)本發(fā)明，環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑屬于一種包覆催化劑微膠囊。該種催化劑微膠囊的制備比較簡單，ー個具體的方法是將需要包覆的催化劑溶解在こ醇中，將環(huán)糊精或其衍生物配制成飽和溶液(溶液為水和こ醇按照2:1的體積比混合)，加熱攪拌，溫度控制在45 55°C，將催化劑緩緩加入到飽和溶液中，連續(xù)攪拌分散，然后真空過濾，將沉淀物在50°C真空干燥，即得包覆催化劑微膠囊。利用環(huán)糊精的納米空腔將催化劑包裹起來，降低催化劑的反應(yīng)活性，當(dāng)遇到水汽后環(huán)糊精的納米空腔通過擴張而釋放催化劑。與常規(guī)的催化劑相比，環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑的采用能夠使聚氨酯體系的穩(wěn)定性得到極大的提高，使用該催化劑的聚氨酯體系存儲期可超過I年。而常規(guī)的聚氨酯體系催化劑，如二月桂酸ニ丁基錫、辛酸亞錫、異辛酸鉛和異辛酸鋅等，對異氰酸酯體系具有較高的催化活性，如果催化劑添加量少，體系固化速度較慢，増大添加量能加速體系固化，但容易造成體系粘度増加明顯，影響其儲存穩(wěn)定性。優(yōu)選地，環(huán)保型催化劑為有機鉍類絡(luò)合物，其對聚氨酯體系催化活性相比其它環(huán)保型催化劑更加溫和。
根據(jù)本發(fā)明，所述的消泡劑主要用于消除體系在生產(chǎn)和應(yīng)用過程中產(chǎn)生的機械氣泡，其可以為本領(lǐng)域常用的消泡劑類型，但優(yōu)選為聚醚改性聚硅氧烷類消泡劑。根據(jù)本發(fā)明，單異氰酸酯化合物充當(dāng)除水劑，優(yōu)選為對甲基苯磺酰異氰酸酷，克服水的存在所造成的異氰酸酯含量下降，體系粘度增大而不利于儲存的不足。本發(fā)明采取的又一技術(shù)方案是ー種上述的濕固化單組份聚氨酯涂料的制備方法，該制備方法實施如下在密閉反應(yīng)釜中，加入配方量的聚醚多元醇、增塑劑和改性礦粉，攪拌升溫，溫度控制在100°c 120°C，開啟真空泵抽負壓，壓カ控制在-O. OSMPa以下；然后降溫到60°C以下，通入干燥氮氣解除真空，加入配方量的多異氰酸酯單體，溫度控制在75 85°C，進行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)結(jié)束后，降溫至50°C以下，加入配方量的消泡劑、潛固化劑、環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑以及單異氰酸酯化合物，混合均勻，即得所述濕固化單組份聚氨酯涂料。優(yōu)選地，在制備的最后，使涂料在氣氣保護下出料包裝。
本發(fā)明提供的濕固化單組份聚氨酯涂料具有如下特點(I)涂料設(shè)計為單組份包裝，施工無需現(xiàn)場混合配制，可刷涂和噴涂；(2)涂料形成的涂膜對混凝土和金屬基層附著力好強、柔韌性好、強度高、耐磨、耐候、耐水解；(3)可在潮濕基面施工，一次施工厚度可達2mm也不會有氣泡；還可以根據(jù)施工需要，調(diào)配成各種彩色涂料；(4)涂料具有極好的儲存穩(wěn)定性配方中的改性礦粉和環(huán)糊精包裹的催化劑不團聚，體系粘度變化小，極大地提高了體系的儲存穩(wěn)定性；(5)高固含量，不添加任何稀釋溶劑，并采用無毒無污染的環(huán)保型催化劑，屬于環(huán)保型產(chǎn)品，拓寬了聚氨酯涂料的應(yīng)用領(lǐng)域。由于以上技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢本發(fā)明的濕固化聚氨酯涂料，解決了單組份聚氨酯產(chǎn)品的儲存穩(wěn)定性問題，儲存期可超過I年；此外，本發(fā)明濕固化聚氨酯涂料固化成膜后的材料物理力學(xué)性能好、綠色環(huán)保，可以用在食品、制藥、飲水工程等領(lǐng)域，也可作為建材超市的上架產(chǎn)品銷售。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進ー步詳細說明。實施例I本實施例提供ー種濕固化單組份聚氨酯涂料及其制備方法。按重量份計，濕固化單組份聚氨酯涂料的原料組成為ニ苯基甲烷ニ異氰酸酯MI-50 (巴斯夫公司)18份、聚醚多元醇(DL-2000，山東藍星東大化工有限責(zé)任公司)35份、碳酸丙烯酯10份、硅烷偶聯(lián)劑改性煅燒高嶺土 35份、惡唑烷固化劑(FT-103，張家港菲特公司)I份、環(huán)糊精包覆的有機鉍絡(luò)合物(上海禾木化工有限公司)O. 5份、消泡劑(BYK-378)O. 3份以及對甲基苯磺酰異氰酸酯(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)O. 2份。濕固化單組份聚氨酯涂料的制備方法如下第一歩在密閉反應(yīng)釜中，加入DL-2000、碳酸丙烯酯和硅烷偶聯(lián)劑改性煅燒高嶺土，攪拌升溫，溫度控制在100 120°C，開啟真空泵抽負壓，壓カ控制在-O. OSMPa以下，抽真空Ih ；第二步降溫到60°C以下，通入干燥氮氣解除真空，加入液化ニ苯基甲烷ニ異氰酸酷MI-50，溫度控制在75 85°C，聚合反應(yīng)3h ；第三步降溫到50°C以下，加入BYK-378、惡唑烷固化劑FT-103、環(huán)糊精包覆的有機鉍絡(luò)合物和對甲基苯磺酰異氰酸酷，攪拌混合30min，在氮氣保護下出料包裝。實施例2本實施例提供ー種濕固化單組份聚氨酯涂料及其制備方法。按重量份計，濕固化單組份聚氨酯涂料的原料組成為ニ苯基甲烷ニ異氰酸酯MI-50 (巴斯夫公司)16份、聚醚多元醇(DL-2000，山東藍星東大化工有限責(zé)任公司)30份、聚醚多元醇(EP-330N) 10份、碳酸丙烯酯10份、硅烷偶聯(lián)劑改性滑石粉30份、惡唑烷固化劑(FT-103，張家港菲特公司)2份、環(huán)糊精包覆的有機鉍絡(luò)合物(上海禾木化工有限公司)I份、消泡劑(BYK-378) O. 3份以及對甲基苯磺酰異氰酸酯(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)O. 5份?！窆袒瘑谓M份聚氨酯涂料的制備方法如下第一歩在密閉反應(yīng)釜中，加入DL-2000、EP-330N、碳酸丙烯酯和硅烷偶聯(lián)劑改性滑石粉，攪拌升溫，溫度控制在100 120°C，開啟真空泵抽負壓，壓カ控制在-O. OSMPa以下，抽真空Ih ；第二步降溫到60°C以下，通入干燥氮氣解除真空，加入液化ニ苯基甲烷ニ異氰酸酷MI-50，溫度控制在75 85°C，聚合反應(yīng)3h ；第三步降溫到50°C以下，加入BYK-378、惡唑烷固化劑FT-103、環(huán)糊精包覆的有機鉍絡(luò)合物和對甲基苯磺酰異氰酸酷，攪拌混合30min，在氮氣保護下出料包裝。實施例3本實施例提供ー種濕固化單組份聚氨酯涂料，其通過與實施例I相同的方法制備得到。按重量份計，濕固化單組份聚氨酯涂料的原料組成如下IPDI (拜耳公司)12份、聚醚多元醇(DL-2000，山東藍星東大化工有限責(zé)任公司)30份、聚醚多元醇(DL-3000)5份、碳酸丙烯酯10份、硅烷偶聯(lián)劑改性滑石粉40份、惡唑烷固化劑(FT-103，張家港菲特公司)2份、環(huán)糊精包覆的有機鉍絡(luò)合物(上海禾木化工有限公司)I份、消泡劑(BYK-378)0. 5份以及對甲基苯磺酰異氰酸酯(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)O. 5 份。對比例Iー種濕固化單組份聚氨酯涂料，其通過如下步驟制備得到第一歩在密閉反應(yīng)釜中，加入35份山東藍星東大化工有限責(zé)任公司的DL-2000、10份碳酸丙烯酯和35份改性的煅燒高嶺土，攪拌升溫，溫度控制在100 120°C，開啟真空泵抽負壓，壓カ控制在-O. 08MPa以下，抽真空Ih ；第二步降溫到60°C以下，通入干燥氮氣解除真空，加入18份basf公司的液化ニ苯基甲烷ニ異氰酸酯MI-50，溫度控制在75 85°C，聚合反應(yīng)3h ；第三步降溫到50°C以下，加入O. 3份BYK-378、1.5份上海禾木化工有限公司的包覆有機鉍和O. 2份國藥集団化學(xué)試劑有限公司的對甲基苯磺酰異氰酸酷，攪拌混合30min,在氮氣保護下出料包裝。
對比例2ー種濕固化單組份聚氨酯涂料，其通過如下步驟制備得到第一歩在密閉反應(yīng)釜中，加入35份山東藍星東大化工有限責(zé)任公司的DL-2000、10份碳酸丙烯酯和35份煅燒高嶺土，攪拌升溫，溫度控制在100 120°C，開啟真空泵抽負壓，壓カ控制在-O. 08MPa以下，抽真空Ih ；第二步降溫到60°C，通入干燥氮氣解除真空，加入18份basf公司的液化ニ苯基甲烷ニ異氰酸酯MI-50，溫度控制在75 85°C，聚合反應(yīng)3h ；第三步降溫到50°C以下，加入O. 3份BYK-378、1.5份上海禾木化工有限公司的 二月桂酸ニ丁基錫和O. 2份國藥集団化學(xué)試劑有限公司的對甲基苯磺酰異氰酸酷，攪拌混合30min，在氮氣保護下出料包裝，即得。對上述實施例f 3及對比例f 2的濕固化單組份聚氨酯涂料的各項性能指標(biāo)進行測試，結(jié)果參見表I。表I濕固化單組份聚氨酯涂料的性能測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.ー種濕固化單組份聚氨酯涂料，其特征在干以重量百分含量計，所述的聚氨酯涂料的原料組成如下多異氰酸酯單體10°/Γ20%、聚醚多元醇20°/Γ40%、增塑劑5°/Γ 5%、改性礦粉30°/Γ50%、潛固化劑1°/Γ5%、環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑O. 1°/Γ2%、消泡劑O. 1°/Γ %和單異氰酸酯化合物O. 19Tl%，其中所述的改性礦粉為經(jīng)過化學(xué)包覆法處理而表面包覆有包覆劑的礦物粉料；所述的環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑中，環(huán)保型催化劑處于環(huán)糊精的納米空腔內(nèi)，所述的環(huán)糊精為未改性的環(huán)糊精或改性環(huán)糊精或二者的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濕固化單組份聚氨酯涂料，其特征在于所述的礦物粉料為選自煅燒高嶺土、滑石粉、硅灰粉及碳酸鈣中的ー種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的濕固化單組份聚氨酯涂料，其特征在于所述的包覆劑為娃燒偶聯(lián)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濕固化單組份聚氨酯涂料，其特征在于所述的環(huán)保型催化劑為有機鉍類絡(luò)合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濕固化單組份聚氨酯涂料，其特征在于所述的單異氰酸酯化合物為對甲基苯磺酰異氰酸酷。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的濕固化單組份聚氨酯涂料，其特征在于所述的多異氰酸酯單體為選自甲苯ニ異氰酸酯、ニ苯基甲烷ニ異氰酸酯、異佛爾酮ニ異氰酸酯以及六亞甲基ニ異氰酸酯中的一種或多種的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濕固化單組份聚氨酯涂料，其特征在于所述的聚醚多元醇為選自聚こニ醇醚、聚丙ニ醇醚以及聚丙三醇醚中的一種或幾種的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濕固化單組份聚氨酯涂料，其特征在于所述的增塑劑為碳酸丙烯酷。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濕固化單組份聚氨酯涂料，其特征在于所述的潛固化劑為惡唑烷類固化劑。
10.一種如權(quán)利要求I至9中任一項權(quán)利要求所述的濕固化單組份聚氨酯涂料的制備方法，其特征在于所述制備方法實施如下在密閉反應(yīng)釜中，加入配方量的聚醚多元醇、增塑劑和改性礦粉，攪拌升溫，溫度控制在100°c 120°C，開啟真空泵抽負壓，壓カ控制在-O. OSMPa以下；然后降溫到60°C以下，通入干燥氮氣解除真空，加入配方量的多異氰酸酯單體，溫度控制在75 85°C，進行聚合反應(yīng)，聚合反應(yīng)結(jié)束后，降溫至50°C以下，加入配方量的消泡劑、潛固化劑、環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑以及單異氰酸酯化合物，混合均勻，即得所述濕固化單組份聚氨酯涂料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種濕固化單組份聚氨酯涂料及其制備方法，以重量百分含量計，聚氨酯涂料的原料組成如下多異氰酸酯單體10%~20%、聚醚多元醇20%~40%、增塑劑5%~15%、改性礦粉30%~50%、潛固化劑1%~5%、環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑0.1%~2%、消泡劑0.1%~1%和單異氰酸酯化合物0.1%~1%，其中改性礦粉為經(jīng)過化學(xué)包覆法處理而表面包覆有包覆劑的礦物粉料；環(huán)糊精包裹的環(huán)保型催化劑中，環(huán)保型催化劑處于環(huán)糊精的納米空腔內(nèi)，環(huán)糊精為未改性的環(huán)糊精或改性環(huán)糊精或二者的組合。本發(fā)明的濕固化聚氨酯涂料，解決了單組份聚氨酯產(chǎn)品的儲存穩(wěn)定性問題，儲存期可超過1年。
文檔編號C09D175/08GK102676039SQ20121017053
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者康杰分, 楊乃浩, 楊炳元, 沈春林, 王玉峰, 褚建軍, 金偉康, 陳鴻根 申請人:蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計研究院有限公司, 蘇州建鑫建設(shè)集團有限公司