CN101384681A - 用于密封构建的结构和平屋顶的单组分无水涂料组合物 - Google Patents

Abstract

目前，用于密封构建的结构和/或平屋顶的典型的涂料组合物包含溶剂、水或诸如沥青或异氰酸酯的有毒物质。要求保护的涂料组合物通过包括至少两种甲氧基－烷基－硅烷封端的聚氧化丙烯产物的粘度可控组合物克服了上述问题。

Description

用于密封构建的结构和平屋顶的单组分无水涂料组合物

本发明涉及一种用于密封构建的结构(built structures)和平屋顶(flat roofs)的基于MS聚合物的单组分无水涂料组合物，该组合物由硅烷封端的聚氧化烯(优选不同粘度的甲氧基-烷基-硅烷封端的聚氧化丙烯)和白垩粉、干燥剂、固化催化剂、增粘剂以及如果需要的话另外的添加剂的混合物组成。得到的大气水分固化涂料组合物具有显著的流阻、高弹性、天候老化不敏感性、低收缩性和良好的再涂性(overcoatability)；其不仅可以密封垂直面还可以密封水平面，以及可以密封不同屋顶部分之间的过渡部分。

在建筑业中，有必要将构建的结构、平屋顶和/或由无机或有机建筑材料制成的构件密封起来以防止水渗透；在本文中特别重要的是接缝或裂缝的密封。为了满足这些要求，多年来在安装平屋顶或需要进行修理工作时，将永久塑性或粘弹性的涂料涂敷到平屋顶上。

根据现有技术，可使用不同的密封材料：

从上世纪初开始，已使用沥青毡。然而，如今却很少使用该技术，因为在转角、边缘和孔口处不易密封，而尽管进行谨慎的操作，在这些地点也容易出现泄漏。

尽管使用热液态沥青或聚合混合物确实使得可以避免这些问题，但进行涂覆工作的工匠却暴露于相当大的毒性排放物中。含溶剂的沥青混合物和合成树脂混合物会造成类似的困难，这就是难以再使用含溶剂的密封剂的原因。可以以单组分或双组分形式不使用有机溶剂来配制基于聚氨酯的涂料组合物，但该组合物含有高毒性的异氰酸酯化合物，这使得施涂更加困难。

在水性聚合物分散体或聚合物乳液的刷涂或喷涂应用情况下，情况是更有利的。然而，这些密封材料只有在高于15℃的环境温度下才充分快速地干燥。另一方面，在高于20℃的干燥温度下，容易将水封入，这可导致起泡和泄漏点。此外，所述水性涂料组合物的稳定性差，意味着必须将两层或更多层涂层一层涂敷到另一层之上，从而得到足够的层厚度以及由此实现充分防止水分渗透。

单组分硅酮基涂料组合物在大气水分影响下固化。著名的体系是醋酸酯体系，该体系在固化时释放醋酸。这些体系的缺点是对很多建筑材料的粘合不充分以及再涂性差。此外，在室外应用情况下的天候老化稳定性通常不能满足中欧规定的要求。

针对此背景，早在约25年前就发展了杂化聚合物(hybrid polymers)，其由典型的诸如聚环氧丙烷的支架(scaffold)聚合物和硅烷组成。这里的硅烷基团主要带有甲氧基，作为大气水分的结果，由此在固化过程中释放甲醇。然后所形成的硅醇基团进一步交联反应。

这些杂化聚合物，或更准确地称作预聚物，被产业中以MS聚合物(改性的硅烷聚合物)名称销售。G.Habenicht在“Kleben”(Springer Verlag，第3版，柏林，1997)中给出了该技术的综述。

然而在本文中，另外引用很多专利作为现有技术：

EP0824574提出了使用基于硅烷封端的聚醚预聚物的双组分密封剂，第二组分用作预聚物的交联剂。然而由于高成本和复杂性，该体系并没有建立起来。

EP0442380公开了一种由硅烷封端的聚氧化烯组成的接触型胶粘剂，和粘附性地粘合粘附体的方法。然而其作为用于密封构建的结构的涂料组合物的适用性从该应用来看并不明显。

从EP0342411可知，为了将密封化合物的流阻提高到实际有用的水平，将要向MS聚合物中添加特殊稳定剂，如单体异氰酸酯。然而考虑到这些化合物的高毒性，该方案并未在本领域中得到推行。

尽管它们从根本上具有有利的性能，然而迄今为止纯MS聚合物还不能使它们自身成为用于密封构建的结构的涂料组合物。整体来看，这种失败的原因在于施涂的困难性，因为纯MS聚合物只能形成非常小的膜厚度。例如表面密封、接缝密封或裂缝密封所需的那些更大的膜厚度，带来不满意的结果，因为MS聚合物固化太慢或在垂直或倾斜表面上的流阻不足以获得均匀的防水涂层。

因此，本发明的目的是提供一种用于密封构建的结构和/或平屋顶的基于MS聚合物的单组分、无溶剂且无水、永久弹性的涂料组合物配方，其尽管可以配制成自流平的(self-levelling)，然而其同时还具有足够的流阻，以便使其能用于密封倾斜和/或垂直表面。

该目的通过基于MS聚合物的单组分、无水涂料组合物来实现，该组合物的特征在于其由总共20质量％-50质量％的不同粘度的硅烷封端的聚氧化烯的混合物、30质量％至70质量％的白垩粉、0.5质量％至5质量％的干燥剂、0.1质量％至5％质量的固化催化剂、0.2质量％至5质量％的增粘剂和如果需要的话总共0质量％至20质量％的颜料、增塑剂、填料、光稳定剂和热稳定剂组成。

用于密封构建的结构的本发明的涂料组合物对所有典型建筑和/或屋顶材料如混凝土、木材、塑料、金属、纺织玻璃纤维材料和屋顶毡的粘合都非常好，从而避免了使用底漆的预处理。此外，收缩非常小，并且不发生起泡。与纯硅酮不同，使用含溶剂和含水涂料这两者的再涂性都很好。此外，要求保护的涂料组合物甚至可施涂于湿基底。提供了在若干年时期内的永久弹性。当然，弹性的精确持续时间取决于环境条件，主要是例如湿度、pH、温度和机械负载。

所述涂料组合物通过硅烷基团的水解反应和缩合反应的循环而固化。这些反应的触发剂是大气水分。随着从甲氧基基团消除少量甲醇，形成弹性且不溶的网络。通过添加固化催化剂可控制反应速率。

本发明的一个有利实施方式是基于MS聚合物的单组分、无水涂料组合物，其特征在于该组合物包括作为硅烷封端的聚氧化烯的甲氧基-烷基-硅烷封端的聚氧化丙烯产品，所述甲氧基-烷基-硅烷封端的聚氧化丙烯产品具有0.1至1.0Pa·s、5至10Pa·s、10至15Pa·s和/或15至25Pa·s的粘度(在20℃和10s^-1的剪切速率下测量)。由于这两类MS聚合物和制剂的剩余成分的这种组合，可以在高流动(highly mobile)和高粘滞(highly viscous)之间调整要求保护的涂料组合物的流动行为。

按照本发明的一个优选实施方式，使用的硅烷封端的聚氧化烯包括两种甲氧基-烷基-硅烷封端的聚氧化丙烯，具有5至10Pa·s和/或10至15Pa·s的粘度(在20℃和10s^-1的剪切速率下测量)，二者质量比为10：1至1：5。

使用不同粘度的硅烷封端的聚氧化丙烯使得能够调整要求保护的涂料组合物的粘度。所述硅烷改性的聚氧化丙烯预聚物的粘度由该MS聚氧化丙烯的摩尔质量和/或摩尔质量分布确定。从实用观点来看，使用的硅烷封端的聚氧化丙烯预聚物的数均摩尔质量，即在水解消除甲氧基基团之前，应当在约1000和约30000g/mol之间变化。在这种情况下，约7Pa·s的粘度对应于约10000g/mol的数均摩尔质量，以及15Pa·s的粘度对应于约25000g/mol的数均摩尔质量。

如先前所定义的本发明制备的涂料组合物，使用具有5或15Pa·s粘度、5：1质量混合比的所述硅烷封端的聚氧化丙烯，不添加白垩，生产出具有7Pa·s(20℃，10s^-1)粘度的产品。

根据另一优选实施方式，所述单组分、无溶剂和无水涂料组合物包括20质量％至70％质量的用硬脂酸盐疏水化的(hydrophobized with stearate)白垩粉。使用的白垩材料用诸如硬脂酸钙的典型硬脂酸盐疏水化，或用硬脂酸疏水化。硬脂酸盐的含量不应超过3％。

通常来讲，添加白垩具有将要求保护的密封组合物的物理和机械性能尽可能调整到特定用途的作用。通过添加白垩尤其有利地影响粘合强度。同时可将粘度降低到所需水平。

作为目标膜厚度的函数，使用的白垩粉的粒度可在宽范围内变动。然而出于本发明的目的，优选使用粒度小于20μm和最优选小于10μm的白垩粉。

因为一旦暴露于水分，硅烷封端的预聚物的甲氧基基团就发生水解和交联，所以当制备要求保护的涂料组合物时，必需添加具有水清除剂作用的干燥剂。这使得能够确保所述粘合剂和密封剂可储存。特别适合该作用的是乙烯基三甲氧基硅烷。由于该化合物的电子结构，甲氧基基团的水解比使用的MS聚合物的甲氧基基团的水解快很多。只有当干燥剂已基本上被消耗时，MS聚合物才被交联。乙烯基三甲氧基硅烷的添加量受成分的含水量影响；实践中它们通常为约1质量％。

为了改善表面上涂料组合物的粘合性，可以另外添加增粘剂，特别是基于硅烷的增粘剂。已证明添加0.2质量％至5质量％的氨丙基三甲氧基硅烷或氨乙基-氨丙基-三甲氧基硅烷是切合实际的。

为了加快本发明的涂料组合物在施涂后的固化，在生产阶段添加硅醇缩合催化剂(固化催化剂)。已证明合适的催化剂包括锡、钛和铝的羧酸盐和螯合物。特别合适的是二乙酰丙酮二丁基锡(dibutyltin diacetylacetonate)。催化剂的质量分数为0.1质量％到5质量％，优选1质量％到2质量％。

另外，要求保护的涂料组合物可以包括总计0质量％到20质量％的常规助剂，如特别是彩色颜料、增塑剂、光稳定剂和填料。合适的颜色颜料的例子为二氧化钛、氧化铁、碳黑或有机彩色颜料。

对于增塑可借助于已确定的化合物。这里可提及的主要为已知的邻苯二甲酸酯、环己烷二甲酸酯或聚环氧丙烷。

另外，通过光稳定剂可以改善涂料组合物的光稳定性。尤其适合于该目的的是已知为HALS化合物(空间位阻光稳定剂)的化合物，如双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯或来自苯并三唑类的化合物，例如2，4-二叔丁基-6-(5-氯苯并三唑-2-基)苯酚。

在特定情况下可能有益的其它可能的添加剂是细分散的涂覆或未涂覆的填料。这里可引用的实例包括下面这些：白云石、滑石、云母和重晶石。

本发明的涂料组合物的生产在间歇操作的真空混合器中进行。称取液体硅烷封端的聚合物组分(MS聚合物)并送入混合器；然后如果需要添加增塑剂、颜料和光稳定剂。将这些成分小心地混合，然后在同时施加的弱真空(大约100mbar)下，使用强剪切加入主要是白垩粉的固体组分。

在该批次混合物冷却到约50℃或以下后，加入干燥剂。之后可添加固化催化剂并将其混入。因为空气进入后可能在该批次混合物中形成气泡，所以再次简单地进行脱气。

可以此方式得到的用于密封构建的结构或平屋顶的单组分、无溶剂和无水涂料组合物在技术产业部门中、手艺行业中和DIY者中获得应用。该涂料组合物可通过刷子、辊、涂刀或商业喷涂设备涂敷。它粘着到所有常规工业建筑材料上，如金属、屋顶毡、纺织纤维材料、塑料、玻璃、陶瓷和矿物建筑材料。由于可变化地调整的粘度，它可用于垂直和水平表面。此外，作为一般原则，不必向基底涂覆底漆。

要求保护的涂料组合物尤其适合于当安装屋顶结构和在平屋顶上进行必需的修理工作时，用于密封构建的结构和/或平屋顶。可特别提及的是在有破裂危险的区域中嵌入有玻璃纤维网织物的平屋顶的密封；进一步的例子为烟囱接合处、圆形屋顶灯和平屋顶的临界边缘和拐角区的密封。另外，所述涂料组合物也适合保护地基、阳台、庭院、地面(screeds)或铺路石(flags)免受湿气侵蚀。另一较大应用领域是密封各种接合处。可提到的例子包括屋顶上的伸缩接头和活动接缝或在构建的结构密封上的过渡接头。

本发明的涂料组合物是单组分体系，不含有机溶剂、沥青和水。1.5mm厚的层的干燥时间时在20℃和60％相对湿度下为约24小时。两个或更多个层可毫无问题地在另一层顶上施涂。在固化时收缩很小，且该组合物可再涂覆水性分散体涂料材料或含溶剂涂料材料。该密封为持久弹性的以及对光稳定。

实施例：

实施例1：

将10kg粘度为1Pa·s的二甲氧基-甲基-硅烷封端的聚氧化丙烯，和15kg粘度为约10Pa·s(所有值都在20℃和10s^-1下)的二甲氧基-甲基-硅烷封端的聚氧化丙烯，15kg邻苯二甲酸二异癸酯，1kg二氧化钛颜料和0.25kg双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯投入易抽空的行星式混合器中，并且在大气压力下小心地使这些成分均匀化。之后在50mbar真空下混入50kg粒度为90质量％<10μm的经疏水化处理的白垩粉。

然后使混合物冷却到40℃，导入空气，并且在大气压力下混入1kg乙烯基三甲氧基硅烷。随后添加0.5kg氨丙基三乙氧基硅烷，和最后添加0.5kg二乙酰丙酮二丁基锡，并搅拌混合物直到匀和，然后再在100mbar下脱气。

制剂的粘度为30Pa·s。

出于测试目的，使用涂刀将得到的涂料组合物以1.5mm的厚度涂敷到混凝土样品平板(B25)上，并使其在20℃和60％相对湿度下干燥5天。由测试得到的特性值编辑在表1中。

实施例2：

将20kg粘度为10Pa·s的二甲氧基-甲基-硅烷封端的聚氧化丙烯，和4kg粘度为20Pa·s(所有值都在20℃和10s^-1下)的二甲氧基-甲基-硅烷封端的聚氧化丙烯，10kg邻苯二甲酸二异癸酯，1kg碳黑，0.5kg二氧化钛和0.33kg双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯投入易抽空的混合器中，并且在大气压力下简单地将这些组分搅拌在一起。然后添加35kg 90质量％<15μm的白垩粉，并剪切混合物直到均匀。

将该批次混合物冷却到低于50℃，导入空气，并且在大气压力下混入1.5kg乙烯基三甲氧基硅烷。然后添加0.6kg氨基三乙氧基硅烷，和最后添加0.6kg二乙酰丙酮二丁基锡，并搅拌混合物直到匀和，再在50mbar下简单脱气。得到的涂料组合物的粘度为60Pa·s。

出于测试目的，将该材料以1.5mm厚度涂敷到玻璃纤维垫上。表1中记录的特性值是在25℃和60％相对湿度下干燥5天后得到的。

表1：

 

特性值	实施例1	实施例2
			结皮(skinning)(分钟)(20℃，60％相对湿度)粘合强度(MPa)耐热性(℃)(根据DIN 52123)裂纹桥接(mm)防水性(20℃)水蒸气扩散系数肖氏A硬度水不渗透性(在0.4N/mm2下)	150.7707+400035+	151.1805+350045+

Claims (9)

1.基于MS聚合物的单组分、无水涂料组合物，其特征在于它由以下物质组成：总计20质量％至50质量％的不同粘度的硅烷封端的聚氧化烯的混合物、30质量％至70质量％的白垩粉、0.5质量％至5质量％的干燥剂、0.1质量％至5质量％的固化催化剂、0.2质量％至5质量％的增粘剂和，如果需要的话总计0质量％至20质量％的颜料、增塑剂、填料、光稳定剂和热稳定剂。

2.根据权利要求1的单组分、无水涂料组合物，其特征在于其包括粘度为0.1至1.0Pa·s、5至10Pa·s、10至15Pa·s和/或15至25Pa·s(在20℃和10s^-1的剪切速率下测量)的甲氧基-烷基-硅烷封端的聚氧化丙烯产品作为硅烷封端的聚氧化烯。

3.根据权利要求1或2的单组分、无水涂料组合物，其特征在于其包括两种甲氧基-烷基-硅烷封端的聚氧化丙烯产品作为硅烷封端的聚氧化烯，所述甲氧基-烷基-硅烷封端的聚氧化丙烯产品具有5至10Pa·s和/或10至15Pa·s的粘度(在20℃和10s^-1的剪切速率下测量)，质量比为10：1至1：5。

4.根据权利要求1-3的单组分、无水涂料组合物，其特征在于其包括20质量％至70质量％的用硬脂酸盐疏水化的白垩粉。

5.根据权利要求1-4的单组分、无水涂料组合物，其特征在于其包括作为干燥剂的0.5质量％至5质量％的乙烯基三甲氧基硅烷。

6.根据权利要求1-5的单组分、无水涂料组合物，其特征在于其包括作为固化催化剂的0.1质量％至5质量％的二乙酰丙酮二丁基锡。

7.根据权利要求1-6的单组分、无水涂料组合物，其特征在于其包括作为增粘剂的0.2质量％至5质量％的氨基硅烷，如氨丙基-三甲氧基硅烷或氨乙基-氨丙基-三甲氧基硅烷。

8.制备根据权利要求1-7的基于MS聚合物的用于密封构建的结构的单组分、无水涂料组合物的方法，其特征在于将液态的硅烷封端的聚氧化烯与增塑剂、稳定剂和颜料一起引入到真空混合器中，然后真空脱气下混入白垩粉；然后相继地分别加入干燥剂、增粘剂和固化催化剂，之后将所述混合物再次脱气。

9.在利要求1-7的任一项中定义的单组分、无水涂料组合物用于密封构建的结构或平屋顶的用途。