CN102775900A - 一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料，主要由甲乙两组分组成，按质量份计，其中甲组分由聚醚多元醇60～85份、异氰酸酯10～25份、增塑剂2～10份组成；乙组分由石油沥青40～70份、相容剂5～20份、增塑剂6～25份、稳定剂0.5～4份、水1～12份、填料25～55份、氢氧化钙8～20份、催化剂0.1～2份等组成。使用时，将甲组分和乙组分混合均匀，直接涂抹在建筑防水基面上，经固化形成具有高强度、高弹性和良好低温柔性的防水涂膜。本发明生产工艺简单、成本低；不含煤焦油和任何有机溶剂，符合环境保护的要求；适用于屋面、地下室、桥梁、隧道、涵洞等建筑工程的防水、防渗和防潮，特别适用于潮湿基面的防水工程。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯防水涂料，具体涉及一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料及其制备方法，属于建筑防水材料领域。该聚氨酯防水涂料适用于地下室、桥梁、隧道、涵洞等建筑的防水、防渗和防潮，特别适用于潮湿基面的防水工程。
背景技术
建筑防水材料是建筑防水工程的基础，其质量的好坏直接影响建筑防水工程的质量和建筑物的使用寿命。建筑防水材料品种多样、性能各异，主要有防水卷材、防水涂料、防水密封材料三大系列。一方面，防水卷材主要通过胶黏剂粘接或热熔粘结拼接施工，施工过程中如接缝不严极易造成渗漏；另一方面防水卷材适用于平整基面的施工，对形状复杂的基面铺贴时较困难；防水密封材料主要针对建筑物裂缝或接缝起密封作用，不适于建筑物表面的防水工程。而建筑防水涂料主要通过涂膜在基层表面形成具有一定厚度坚韧的防水膜，适合任何构造复杂的建筑基面的防水、防渗，具有整体防水效果优异、强度高、耐腐蚀等优点，受到国内外防水界的青睐。
聚氨酯防水涂料由于具有优异的力学性能、低温柔性和粘结性能，在国外建筑防水工程的应用中占有重要的地位。我国自20世纪70年代后期开始研制和使用聚氨酯防水涂料，为了降低成本，在聚氨酯防水涂料中掺入煤焦油等液体填料，煤焦油中含有大量的脂肪族和芳香族化合物，具有易挥发的有毒物质和刺激性气味，而且致使涂料的耐老化性能差；与此同时，为了调节黏度、改善施工性能，在聚氨酯防水涂料的生产与使用时加入甲苯、二甲苯、石油溶剂油等有机溶剂。另外，聚氨酯防水涂料常用的固化剂主要为3,3’-二氯-4,4’一二氨基二苯基甲烷(MOCA)，MOCA常温下为固体，需高温生产加工，且属于可疑致癌物。
为了减少环境污染，科技工作人员积极探索非挥发性的化合物来代替煤焦油制备聚氨酯防水涂料。如专利“高铁专用阻燃聚氨酯防水涂料及其制备方法”(公开号：CN 101619193A) 、“一种高性能聚氨酯防水涂料及其制备方法”（公开号：CN 101475772A）、“高性能环保型聚氨酯防水涂料及其制备工艺”(公开号：CN 101230235A)等利用古马隆、石油树脂、减四油等制备聚氨酯复合防水涂料。石油沥青作为一种传统的防水材料，不仅具有优异的防水防腐特性，而且价廉、无味、无污染，符合环境保护的要求，但石油沥青的极性远比煤焦油低，与聚氨酯的相容性很差，加入适当的相容剂或助溶剂是制备石油沥青聚氨酯防水涂料的关键，如专利“双组份环保型纳米改性沥青聚氨酯防水涂料”(公开号：CN 1151216C)、专利“环保型水性沥青聚氨酯防水涂料”（公开号：CN 1155671C）等将石油沥青进行乳化或加入相容剂等改性材料制备沥青聚氨酯复合防水涂料。与此同时，利用水作固化剂取代MOCA是一种较好的选择，如专利“高性能聚氨酯防水涂料及生产工艺” (公开号：CN 1952030A )、专利“水固化环保型聚氨酯防水涂料及其制备工艺” (公开号：CN 101230233A) 等以石油树脂或古马隆为软化剂、水为固化剂制备具有优异性能的聚氨酯防水涂料。
发明内容
本发明公开了一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料及其制备方法。本发明的第一个目的在于以水为固化剂，用以代替MOCA，成本低廉、避免使用具有可疑致癌性物质MOCA；本发明的第二个目的在于以石油沥青为液体软化剂，用以代替煤焦油、古马隆、石油树脂等，避免了焦油的刺激性气味、污染少，而且充分利用石油沥青本身良好的耐水性和防水性能，延长产品的使用寿命、降低成本；本发明的第三个目的在于该沥青聚氨酯复合防水涂料不添加二甲苯等任何有机溶剂，减少有机溶剂的污染。该沥青聚氨酯复合防水涂料不仅环境友好、成本低，而且不需高温加工生产，其生产工艺更简单。
本发明所涉及的一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料主要由甲组分和乙组分组成，其中：
所述的甲组分是由聚醚多元醇与异氰酸酯经缩聚反应得到的聚氨酯预聚体和增塑剂组成，具体由以下质量份的组分组成：
聚醚多元醇 60～85 份
异氰酸酯 10～25 份
增塑剂 2～10 份
所述的乙组分是由石油沥青、相容剂、增塑剂、稳定剂、水、填料和催化剂等复合而成的固化体系，具体由以下质量份的组分组成：
石油沥青 40～70 份
相容剂 5～20 份
增塑剂 6～25 份
稳定剂 0.5～4 份
水 1～12 份
填料 25～55 份
氢氧化钙 8～20 份
催化剂 0.1～2 份
所述的水主要用作该沥青聚氨酯复合防水涂料的固化剂，其质量份组成为1～12 份，优选2～8份；
所述的石油沥青主要作液体软化剂；
所述的聚醚多元醇为聚醚二元醇或聚醚三元醇，或者其中两种或多种的混合物，其羟值为20～200 mg KOH/g，优选30～150 mg KOH/g；
所述的异氰酸酯主要为甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯；
所述相容剂是高沸点酯类化合物，如脂肪酸甘油酯（脂肪酸甘油酯34型或脂肪酸甘油酯36型等）、三辛酸甘油酯或十六酸季戊四醇酯中一种或几种的混合物。
所述的增塑剂主要为邻苯二甲酸及其酯，如邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等一种或几种的混合物；
所述的稳定剂是分子中含有亲水和亲油基团的表面活性剂，能改善油水相容性，防止水和油性液体分层，本发明选用亲水亲油平衡值（HLB值）为3～10的表面活性剂，如单硬脂酸甘油酯、司盘-20、司盘-80、丙二醇单月桂酸酯、聚氧乙烯油醇醚中一种或几种的混合物。
所述的填料主要为无机填料，如滑石粉、钛白粉、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、高岭土、膨润土、石灰粉、云母粉或粉煤灰等一种或几种的混合物，其细度要求300目以上，优选500～900 目；
所述的氢氧化钙为沥青聚氨酯复合防水涂料水固化时产生的二氧化碳的吸收剂；
所述的催化剂主要为有机金属或叔胺类化合物，如辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、三乙胺、三乙醇胺中的一种或几种的混合物；
为了达到上述的发明目的，本发明还提供了一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料的制备工艺。本发明所涉及的一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料的制备包括以下步骤：
（1）甲组分的制备方法
将聚醚多元醇计量加入到反应釜中，搅拌并加热至105～130 ℃，在真空压力为-0.06～0.09 MPa下减压脱水1～4 h，通氮气保护后将其冷却至50±5 ℃；再加入异氰酸酯，保温搅拌反应20～40 min；然后升温至65～80 ℃，恒温搅拌反应1.5～5 h；最后降温至室温后加入增塑剂搅拌均匀，包装出料，即得甲组分。
（2）乙组分的制备方法
将石油沥青加热至60～120 ℃，计量加入反应釜，依次加入相容剂、增塑剂，搅拌混合均匀后降温至30~60 ℃；再加入稳定剂和水，高速搅拌1～3 h，使水充分分散均匀；然后依次加入填料、氢氧化钙和催化剂，搅拌1～5 h使其充分分散均匀；最后将所得的混合料经三辊研磨机研磨2～3遍，包装出料，即得乙组分。
本发明所涉及的一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料及其制备方法，针对甲组分，在加料和反应过程中为了使反应物混合均匀，反应更充分，最好保持搅拌，搅拌速率在300～2000 rpm范围内搅拌均匀即可达到此目标；针对乙组分，为了使石油沥青与各种助剂充分分散均匀，除了高速搅拌分散外，最后须用三辊研磨机研磨。
使用时将所得的甲组分和乙组分按质量比2：1～1：2.5混合均匀，分2~3次涂抹于需要防水施工的基面上，经固化反应后，形成1.5 ± 0.2 mm的防水涂膜。该沥青聚氨酯复合防水涂膜具有高强度和高弹性，符合GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料》中双组分聚氨酯防水涂料的Ⅱ级标准。所得的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料物理力学性能指标如下表所示：
| 序 号 | 项 目 | 性能指标（Ⅱ） | 实际结果 |
| 1 | 拉伸强/MPa ≥ | 2.45 | 2.5~5.0 |
| 2 | 断裂伸长率/% ≥ | 450 | 450~740 |
| 3 | 撕裂强度/(N/mm) ≥ | 14 | 15~36 |
| 4 | 低温弯折性/℃ ≤ | -35 | -35~-60 |
| 5 | 不透水性 0.3 MPa 30 min | 不透水 | 不透水 |
与现有技术相比，本发明所涉及的一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料及其制备方法，具有以下优点：
（1）本发明所涉及的一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料以水为固化剂，价廉、环保；
（2）本发明所涉及的一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料以石油沥青代替焦油或古马隆等，不含任何有机溶剂，是一种环境友好的聚氨酯防水涂料；
（3）本发明所涉及的一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料的制备加工工艺简单，乙组分不需高温、高真空减压脱水以及高温加工生产，设备要求简单，简化生产工艺、降低生产成本；
（4）本发明所涉及的一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料施工时，其甲乙两组分可按质量比2：1～1：2.5混合施工，其比例可根据实际性能要求进行任意调整；
（5）本发明所得的沥青聚氨酯复合防水涂料适用于潮湿基面的施工；
因此，与同类产品的综合性能比较，本发明所述的一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料不仅具有优异的力学性能和良好的低温柔性，而且成本低、无环境污染、施工比例灵活方便等特点，具有一定的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不仅限于这些例子。
实施例中所用的聚醚多元醇、异氰酸酯、石油沥青、相容剂、增塑剂、稳定剂、填料、氢氧化钙和催化剂等均由市场购得。本发明实施例中所述的组成均为质量份。
实施例1
（1）甲组分的制备方法
将聚醚二元醇DL-2000 48份、聚醚三元醇MN-3050 26份和聚醚三元醇EP-330N 8份加入到反应釜中，搅拌并加热至105 ℃，在真空压力为-0.09 MPa下减压脱水2 h，通氮气保护后将其冷却至55 ℃；再加入甲苯二异氰酸酯17.5份，保温搅拌反应30 min；然后升温至75 ℃，恒温搅拌反应2 h；最后降温至室温后加入邻苯二甲酸二丁酯4份搅拌均匀，包装出料，即得甲组分；
（2）乙组分的制备方法
将石油沥青55份加热至80 ℃，计量加入反应釜，依次加入三辛酸甘油酯10份、邻苯二甲酸二丁酯18份，搅拌混合均匀后降温至40 ℃左右；再加入司盘-80 2.6份和水11份，高速搅拌2 h，使水充分分散均匀；然后依次加入滑石粉30份、膨润土17份、氢氧化钙19份和二月桂酸二丁基锡1.8份，搅拌4 h使其充分分散均匀；最后将所得的混合料经三辊研磨机研磨3遍，包装出料，即得乙组分。
实施例2
（1）甲组分的制备方法
将聚醚二元醇DL-2000 36份、聚醚二元醇DL-1000 8份和聚醚三元醇MN-3050 28份加入到反应釜中，搅拌并加热至110±5 ℃，在真空压力为-0.07 MPa下减压脱水3 h，通氮气保护后将其冷却至50 ℃；再加入甲苯二异氰酸酯21份，保温搅拌反应30 min；然后升温至75 ℃，恒温搅拌反应3 h；最后降温至室温后加入邻苯二甲酸二辛酯5.5份搅拌均匀，包装出料，即得甲组分；
（2）乙组分的制备方法
将石油沥青50份加热至80 ℃，计量加入反应釜，依次加入十六酸季戊四醇酯19份、邻苯二甲酸二辛酯20份，搅拌混合均匀后降温至40 ℃左右；再加入单硬脂酸甘油酯0.9份和水2.5份，高速搅拌3 h，使水充分分散均匀；然后依次加入滑石粉28份、粉煤灰24份、氢氧化钙10份和三乙烯二胺0.4份，搅拌3 h使其充分分散均匀；最后将所得的混合料经三辊研磨机研磨3遍，包装出料，即得乙组分。
实施例3
（1）甲组分的制备方法
将聚醚二元醇DL-2000 47份和聚醚三元醇EP-330N 31份加入到反应釜中，搅拌并加热至110±5 ℃，在真空压力为-0.08 MPa下减压脱水2 h，通氮气保护后将其冷却至50 ℃；再加入二苯基甲烷二异氰酸酯22份，保温搅拌反应30 min；然后升温至70 ℃，恒温搅拌反应3.5 h；最后降温至室温后加入邻苯二甲酸二丁酯5份搅拌均匀，包装出料，即得甲组分；
（2）乙组分的制备方法
将石油沥青65份加热至80 ℃，计量加入反应釜，依次加入三辛酸甘油酯17份、邻苯二甲酸二丁酯15份，搅拌混合均匀后降温至50 ℃；再加入聚氧乙烯油醇醚2.5份和水10份，高速搅拌2 h，使水充分分散均匀；然后依次加入滑石粉24份、高岭土12份、云母粉7份、氢氧化钙19份和辛酸亚锡1.9份，搅拌4 h使其充分分散均匀；最后将所得的混合料经三辊研磨机研磨3遍，包装出料，即得乙组分。
实施例4
（1）甲组分的制备方法
将聚醚二元醇DL-2000 38份、聚醚二元醇DL-1000 8份和聚醚三元醇MN-3050 19份加入到反应釜中，搅拌并加热至110±5 ℃，在真空压力为-0.08 MPa下减压脱水2 h，通氮气保护后将其冷却至50 ℃；再加入二苯基甲烷二异氰酸酯24份，保温搅拌反应30 min；然后升温至80 ℃，恒温搅拌反应2 h；最后降温至室温后加入邻苯二甲酸二辛酯8份搅拌均匀，包装出料，即得甲组分；
（2）乙组分的制备方法
将石油沥青45份加热至100 ℃，计量加入反应釜，依次加入脂肪酸甘油酯（36型） 13份、邻苯二甲酸二辛酯22份，搅拌混合均匀后降温至40 ℃左右；再加入单硬脂酸甘油酯1.2份和水3份，高速搅拌3 h，使水充分分散均匀；然后依次加入滑石粉36份、钛白粉10份、粉煤灰6份、氢氧化钙10份和二月桂酸二丁基锡0.6份，搅拌3.5 h使其充分分散均匀；最后将所得的混合料经三辊研磨机研磨3遍，包装出料，即得乙组分。
实施例5
（1）甲组分的制备方法
将聚醚二元醇DL-2000 48份和聚醚三元醇MN-3050 24份加入到反应釜中，搅拌并加热至105 ℃，在真空压力为-0.08 MPa下减压脱水3 h，通氮气保护后将其冷却至55 ℃；再加入二苯基甲烷二异氰酸酯23份，保温搅拌反应20 min；然后升温至75 ℃，恒温搅拌反应3.5 h；最后降温至室温后加入邻苯二甲酸二丁酯6.5份搅拌均匀，包装出料，即得甲组分；
（2）乙组分的制备方法
将石油沥青58份加热至100 ℃，计量加入反应釜，依次加入脂肪酸甘油酯（34型） 13份、邻苯二甲酸二辛酯26份，搅拌混合均匀后降温至50 ℃；再加入丙二醇单月桂酸酯2.1份和水6.5份，高速搅拌2 h，使水充分分散均匀；然后依次加入滑石粉36份、轻质碳酸钙11份、膨润土7份、氢氧化钙16份和三乙胺1.3份，搅拌3 h使其充分分散均匀；最后将所得的混合料经三辊研磨机研磨3遍，包装出料，即得乙组分。
将实施例1~5所得的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料甲组分和乙组分分别按质量比2：1、1：2.5、1：1、1：2、1：1.5混合均匀，分2~3次涂抹于玻璃板上，形成1.5 ± 0.2 mm的防水涂膜。经168 h固化反应后，按GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料》标准进行物理力学性能测试，所得的结果如下表所示：
Claims (10)
1.一种水固化沥青聚氨酯复合防水涂料，由甲组分和乙组分组成，其中：
所述的甲组分是由聚醚多元醇与异氰酸酯经缩聚反应得到的聚氨酯预聚体和增塑剂组成，具体由以下质量份的组分组成：
聚醚多元醇 60～85 份
异氰酸酯 10～25 份
增塑剂 2～10 份
所述的乙组分是由石油沥青、相容剂、增塑剂、稳定剂、水、填料、氢氧化钙和催化剂等复合而成的固化体系，具体由以下质量份的组分组成：
石油沥青 40～70 份
相容剂 5～20 份
增塑剂 6～25 份
稳定剂 0.5～4 份
水 1～12 份
填料 25～55 份
氢氧化钙 8～20 份
催化剂 0.1～2 份。
2.根据权利要求1所述的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料，其特征在于，所述的聚醚多元醇为聚醚二元醇和/或聚醚三元醇，其羟值为20～200 mg KOH/g。
3.根据权利要求1或2所述的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料，其特征在于，所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯；所述的相容剂为脂肪酸甘油酯、三辛酸甘油酯或十六酸季戊四醇酯中一种或几种的混合物；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。
4.根据权利要求1或2所述的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料，其特征在于，所述的稳定剂选用一种或多种亲水亲油平衡值HLB为3～10的表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料，其特征在于，所述的表面活性剂为单硬脂酸甘油酯、司盘-20、司盘-80、丙二醇单月桂酸酯或聚氧乙烯油醇醚。
6.根据权利要求1或2所述的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料，其特征在于，所述的填料为滑石粉、钛白粉、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、高岭土、膨润土、石灰粉、云母粉或粉煤灰中一种或几种的混合物，填料的细度在300目以上。
7.根据权利要求1或2所述的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料，其特征在于，所述的催化剂为有机金属或叔胺类化合物。
8.根据权利要求7所述的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料，其特征在于，所述的催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、三乙胺、三乙醇胺中的一种或几种的混合物。
9.权利要求1所述的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）甲组分的制备
将聚醚多元醇计量加入到反应釜中，搅拌并加热至105～130 ℃，在真空压力为-0.06～0.09 MPa下减压脱水1～4 h，通氮气保护后将其冷却至50±5 ℃；再加入异氰酸酯，保温搅拌反应20～40 min；然后升温至65～80 ℃，恒温搅拌反应1.5～5 h；最后降温至室温后加入增塑剂搅拌均匀，包装出料，即得甲组分；
（2）乙组分的制备
将石油沥青加热至60～120 ℃，计量加入反应釜，依次加入相容剂、增塑剂，搅拌混合均匀后降温至30~60 ℃；再加入稳定剂和水，高速搅拌1～3 h，使水充分分散均匀；然后依次加入填料、氢氧化钙和催化剂，搅拌1～5 h使其充分分散均匀；最后将所得的混合料经三辊研磨机研磨2～3遍，包装出料，即得乙组分。
10.权利要求1所述的水固化沥青聚氨酯复合防水涂料的应用，其特征在于，将甲组分和乙组分在质量比2：1～1：2.5范围内混合施工，得到具有不同物理力学性能的防水涂膜。
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