CN103980810A - 潮湿表面用防水无溶剂单组份聚氨酯清漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种潮湿表面用防水无溶剂单组份聚氨酯清漆及其制备方法，其特征在于：所述的聚氨酯清漆是以聚醚多元醇、MDI、TDI或HDI经聚合反应形成的含固量为100%的单组份聚氨酯清漆，其组成及其质量百分比为：MDI/HDI/TDI 40～50%，抗氧剂1010 0.2～0.5%，抗氧剂168 0.2～0.5%，聚醚N220 20～28%，聚醚N330 20～28%，流平剂TEGO450 0.1～0.3%，消泡剂TEGO900 0.2～0.5%。本发明产品具有硬度高、耐磨、耐热、耐水性好等特点，在潮湿地面上即可施工，固化充分，丰满度好，施工效率高，涂装成本低，施工方便，应用范围广。

Description

潮湿表面用防水无溶剂单组份聚氨酯清漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯清漆的制备方法，特别是公开一种可用于潮湿表面的防水无溶剂单组份聚氨酯清漆及其制备方法，属于化工技术领域。

背景技术

目前，我国用于防水的材料主要有三类：刚性防水材料，防水卷材（沥青类防水卷材，高聚物改性沥青类防水卷材，合成高分子类防水卷材）和防水涂料。其中防水涂料主要有环氧胶乳防水涂料、阳离子乳化氯丁沥青防水涂料、聚氨酯防水涂料。环氧乳胶防水涂料与沥青混凝土的粘结处容易出现鼓包和滑落，阳离子乳化沥青防水涂料的耐高温性不好，对混凝土桥面的附着力也不是很稳定。

聚氨酯清漆具有优异的耐水性、耐磨性、优良的耐化学品性和耐油污性、良好的延伸性和抗冲击性、出色的可低温施工及优良的低温柔性，由于性能突出，聚氨酯清漆非常适合用作防水涂料。目前聚氨酯地坪清漆主要分为两类，一类为 A/B双组份涂料，施工时将 A、B 组分按比例混合，涂装后固化成膜，形成或弹性或刚性的涂膜；另一类是单组份聚氨酯涂料，使用时无需化学计量，免除了双组份聚氨酯涂料现场配称的麻烦，操作简单，施工方便；也不须加入交联剂，利用空气或基材表面的水分即可固化；力学性能方面，由于单组份聚氨酯固化生产大量的脲键，其机械耐磨性优于双组份聚氨酯涂料。

聚氨酯清漆由于分子结构独特具有优良的耐化学性、低温固化和覆涂性等性能优势在防水、防腐领域得到了广泛的应用。更为重要的是，与其他类型涂料相比，它很容易达到低VOC 排放标准，并且实际应用成本低。而单组份聚氨酯清漆是其中的佼佼者，在工程应用中拥有以下性能优势：单组份，方便施工；低温固化，甚至可用于冰点以下温度（最低达-5℃）；耐化学性极强，可用于重防腐环境；无露点限制，能在潮湿表面施工；涂层表干快，涂覆时间短，生产效率高。其优点是：硬度高，耐磨、耐热、耐水性好，丰满度好，施工效率高，涂装成本低，应用范围广。

聚氨酯防水涂料的耐高温性能优良，耐老化性能好，且本身具有良好的防水性能，近年来受到了广泛的关注。不过，现有的聚氨酯防水涂料的拉伸强度一般在 3MPa 左右，在《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》中对聚氨酯防水涂料的拉伸要求要达到≥6MPa，且随着 2007 年我国将聚氨酯防水涂料作为推荐防水材料后，甲苯二异氰酸酯（TDI）的价格不断上涨，且TDI的饱和蒸汽压大，污染环境和危害人体健康。

芳香族异氰酸酯作为聚氨酯的原料时，其涂膜的耐腐蚀性能良好，涂膜的硬度高，且相对于脂肪族异氰酸酯，芳香族异氰酸酯价格低廉。

甲苯二异氰酸酯（TDI）是典型的芳香族异氰酸酯，其是目前工业生产量最大的一种异氰酸酯单体，我过目前聚氨酯涂料中用量最大的异氰酸酯，但是由于近些年随着我国TDI的需求量增大，导致它的价格飞涨。此外，TDI具有刺激性气味，且易挥发，毒性较大，对环境和人体健康都有较大影响。

二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）主要有三种异构体，分别是 2,2’-MDI，2,4’-MDI，4,4’-MDI，其中后者是主要结构。MDI的分子量较大，且饱和蒸汽压比TDI低，因此，它在使用时不易挥发，对环境的污染小，毒性也比TDI小，不会对人体造成伤害，并且它是除了TDI以外可以在我国大规模工业化生产的一种异氰酸酯，且价格也较低。  

聚氨酯涂料以脂肪族异氰酸酯为原料时，其涂膜具有良好的保色性能，在户外的耐久性较好，此外其具有耐候性好，紫外线照射下不泛黄等优点。六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，HDI是一种脂肪族二异氰酸酯。HDI的挥发性大，饱和蒸汽压高，对环境和人体的危害比较大，会产生强烈的催泪效果。但是它也是不会发生黄变的异氰酸酯，其可用在外墙，耐候性比较好。另外，HDI经常会自身发生反应而变质。目前在使用的过程中都不会用它的单体，为改性后的它的缩二脲和它的三聚体。

聚醚型多元醇在价格上低廉，具有很好的竞争能力，并且它与异氰酸酯反应制得的 PU 中带有的醚基，结构较易旋转，在低温柔顺性能方面要优于聚酯型的PU。此外，聚醚型PU比聚酯型的PU耐水解性要好，这是由于聚酯型的PU不存在酯基，酯基相对易水解的。聚醚型的二醇经常被用于聚氨酯的合成反应、原料反应的中间体中。常用的二醇有聚四氢呋喃，聚丙二醇，聚环氧丙烷的二醇类。而且以上所列举的醇类也会进行均聚、共聚。

专利：CN200610026334.1，公开了一种单组份聚氨酯防腐涂料及其制备方法，但是该发明利用二异氰酸酯预聚体和不饱和聚胺酰胺和低分子量酸性聚脂，以及防锈颜料、助剂和溶剂制备。专利：CN201010528695.2，公开了一种单组份聚氨酯防水涂料及其制备方法，由聚醚多元醇、氯化石蜡、颜料、填料、二异氰酸酯、固化剂、二甲苯、催化剂制备。专利：CN201010596964.9，公开了单组分聚脲型聚氨酯涂料及其制备方法，该发明用酚类封端剂封端的异氰酸酯基预聚物、封端的聚醚胺以及氧化钙。上述专利含有溶剂或者需要对异氰酸酯基、聚醚胺等封端，工艺复杂。

发明内容

本发明的目的是针对目前产品性能不佳，在于克服现有技术中存在的不足，提供一种潮湿表面用防水无溶剂单组份聚氨酯清漆及其制备方法。

本发明是这样实现的：一种潮湿表面用防水无溶剂单组份聚氨酯清漆，其特征在于：所述的聚氨酯清漆是以聚醚多元醇、MDI、TDI或HDI经聚合反应形成的含固量为100%的单组份聚氨酯清漆，其组成及其质量百分比为：

MDI/HDI/TDI               40～50 %，

抗氧剂1010           0.2～0.5 %，

抗氧剂168                0.2～0.5 %，

聚醚N220                 20～28 %，

聚醚N330                 20～28 %，

流平剂TEGO 450      0.1～0.3 %，

消泡剂TEGO 900     0.2～0.5%；

所述的聚醚多元醇为聚醚二醇类、聚醚三醇类，且其相对分子质量为2000～5000；

所述的多异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯：甲苯二异氰酸酯 TDI、二苯基甲烷二异氰酸酯 MDI；脂肪族二异氰酸酯六亚甲基二异氰酸酯 HDI；

所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂；

所述的流平剂为有机硅流平剂。

一种上述潮湿表面用防水无溶剂单组份聚氨酯清漆的制备方法，其特征在于：所述制备方法的具体步骤为：

按配比准确称量N220、N330加入到脱水釜中，开动搅拌器并升温加热，使液温达50～60℃，启动真空泵，使其釜内真空度缓慢升至0.098～0.1MPa，控制釜温为115±5℃对其进行真空脱水处理2h，然后降温至40℃以下，出料，制得无水聚醚多元醇；

按配比准确称量MDI加入反应釜中，继续加入抗氧剂1010和抗氧剂168，升温至60℃，低速搅拌，然后将上述所得聚醚多元醇滴加入反应釜中，搅拌保温1h，继续升温至70℃，保温1h，然后加入流平剂TEGO 450，消泡剂TEGO 900降温到40℃，制成产品出料，所获得的产品粘度为1000～5000cp·s。

聚氨酯清漆的固化机理为单组分聚氨酯涂料是由含羟基化合物与过量的多异氰酸酯反应生成的预聚物及溶剂、颜料、除水剂、助剂组成。由于单组份聚氨酯涂料含有活泼性端基-NCO，其暴露在空气中，用含-NCO基团的树脂吸收空气中的水汽(-OH)来进行反应，生成脲键而固化成膜，其固化机理是(-OH)和(-NCO)固化交联发生化学反应而成膜。其反应机理可分为两个阶段：首先水与-NCO反应生成不稳定的氨基甲酸，随即分解为胺和二氧化碳；二氧化碳从涂膜中挥发，而胺继续与剩余的-NCO反应生成脲。

本发明的有益效果是：本发明产品具有硬度高，耐磨、耐热、耐水性好，在潮湿地面可以固化更加充分，丰满度好，施工效率高，涂装成本低，施工方便，应用范围广等优点。清漆中的活性基团与空气水分子反应固化，形成坚韧、富有弹性的防水涂膜。其涂层具有优异的力学性能和化学性能，同时具有优良的防水性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

准确称量25g N220、25g N330加入到脱水釜中，开动搅拌器并升温加热，使液温达50～60℃，启动真空泵，使其釜内真空度缓慢升至0.098～0.1MPa，控制釜温为（115±5）℃对其进行真空脱水处理2h，然后降温至40℃以下，出料，得到无水聚醚多元醇。

准确称量50g MDI加入反应釜中，继续加入0.2g 抗氧剂1010,0.2g 抗氧剂168，升温至60℃，低速搅拌。然后上述所得聚醚多元醇滴加入反应釜中，搅拌保温1h，继续升温至70℃，保温1h，然后加入流平剂0.1g TEGO 450，消泡剂0.2g TEGO 900降温到40℃出料。产品粘度为1000～5000cp·s。

实施例2：

准确称量22g N220、28g N330加入到脱水釜中，开动搅拌器并升温加热，使液温达50～60℃，启动真空泵，使其釜内真空度缓慢升至0.098～0.1MPa，控制釜温为（115±5）℃对其进行真空脱水处理2h，然后降温至40℃以下，出料，得到无水聚醚多元醇。

准确称量50g MDI加入反应釜中，继续加入0.2g 抗氧剂1010,0.2g 抗氧剂168，升温至60℃，低速搅拌。然后上述所得聚醚多元醇滴加入反应釜中，搅拌保温1h，继续升温至70℃，保温1h，然后加入流平剂0.1g TEGO 450，消泡剂0.2g TEGO 900降温到40℃出料。产品粘度为1000～5000cp·s。

实施例3：

准确称量25g N220、25g N330加入到脱水釜中，开动搅拌器并升温加热，使液温达50～60℃，启动真空泵，使其釜内真空度缓慢升至0.098-0.1MPa，控制釜温为（115±5）℃对其进行真空脱水处理2h，然后降温至40℃以下，出料，得到无水聚醚多元醇。

准确称量50g TDI加入反应釜中，继续加入0.2g 抗氧剂1010,0.2g 抗氧剂168，升温至60℃，低速搅拌。然后上述所得聚醚多元醇滴加入反应釜中，搅拌保温1h，继续升温至90℃，保温1h，然后加入流平剂0.1g TEGO 450，消泡剂0.2g TEGO 900降温到40℃出料。产品粘度为1000～5000cp·s。

实施例4：

准确称量25g N220、25g N330加入到脱水釜中，开动搅拌器并升温加热，使液温达50～60℃，启动真空泵，使其釜内真空度缓慢升至0.098-0.1MPa，控制釜温为（115±5）℃对其进行真空脱水处理2h，然后降温至40℃以下，出料，得到无水聚醚多元醇。

准确称量50g TDI加入反应釜中，继续加入0.2g 抗氧剂1010,0.2g 抗氧剂168，升温至60℃，低速搅拌。然后上述所得聚醚多元醇滴加入反应釜中，搅拌保温1h，继续升温至90℃，保温1h，然后加入流平剂0.1g TEGO 450，消泡剂0.2g TEGO 900降温到40℃出料。产品粘度为1000～5000cp·s。

实施例5：

准确称量24g N220、26g N330加入到脱水釜中，开动搅拌器并升温加热，使液温达50～60℃，启动真空泵，使其釜内真空度缓慢升至0.098-0.1MPa，控制釜温为（115±5）℃对其进行真空脱水处理2h，然后降温至40℃以下，出料，得到无水聚醚多元醇。

准确称量50g HDI加入反应釜中，继续加入0.2g 抗氧剂1010,0.2g 抗氧剂168，升温至60℃，低速搅拌。然后上述所得聚醚多元醇滴加入反应釜中，搅拌保温1h，补加二月桂酸丁基锡0.2g升温到90℃，保温1h，然后加入流平剂0.1g TEGO 450，消泡剂0.2g TEGO 900降温到40℃出料。产品粘度为1000～5000cp·s。

实施例6：

准确称量25g N220、25g N330加入到脱水釜中，开动搅拌器并升温加热，使液温达50～60℃，启动真空泵，使其釜内真空度缓慢升至0.098-0.1MPa，控制釜温为（115±5）℃对其进行真空脱水处理2h，然后降温至40℃以下，出料，得到无水聚醚多元醇。

准确称量50g HDI加入反应釜中，继续加入0.2g 抗氧剂1010,0.2g 抗氧剂168，升温至60℃，低速搅拌。然后上述所得聚醚多元醇滴加入反应釜中，搅拌保温1h，补加二月桂酸丁基锡0.2g升温到90℃，保温1h，然后加入流平剂0.1g TEGO 450，消泡剂0.2g TEGO 900降温到40℃出料。产品粘度为1000～5000cp·s。

表1：

上表1为各实施例制备的潮湿表面防水无溶剂单组份聚氨酯清漆的主要技术指标。

Claims (2)

1.一种潮湿表面用防水无溶剂单组份聚氨酯清漆，其特征在于：所述的聚氨酯清漆是以聚醚多元醇、MDI、TDI或HDI经聚合反应形成的含固量为100%的单组份聚氨酯清漆，其组成及其质量百分比为：

MDI/HDI/TDI           40～50 %，

抗氧剂1010           0.2～0.5 %，

抗氧剂168            0.2～0.5 %，

聚醚N220             20～28 %，

聚醚N330             20～28 %，

流平剂TEGO 450       0.1～0.3 %，

消泡剂TEGO 900       0.2～0.5%；

所述的聚醚多元醇为聚醚二醇类、聚醚三醇类，且其相对分子质量为2000～5000；

所述的多异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯：甲苯二异氰酸酯 TDI、二苯基甲烷二异氰酸酯 MDI；脂肪族二异氰酸酯六亚甲基二异氰酸酯 HDI；

所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；

所述的消泡剂为有机硅消泡剂；

所述的流平剂为有机硅流平剂。

2.一种权利要求 1 所述潮湿表面用防水无溶剂单组份聚氨酯清漆的制备方法，其特征在于：所述制备方法的具体步骤为： 

按配比准确称量 N220、N330加入到脱水釜中，开动搅拌器并升温加热，使液温达50～60℃，启动真空泵，使其釜内真空度缓慢升至0.098～0.1MPa，控制釜温为115±5℃对其进行真空脱水处理2h，然后降温至40℃以下，出料，制得无水聚醚多元醇；

按配比准确称量MDI加入反应釜中，继续加入抗氧剂1010和抗氧剂168，升温至60℃，低速搅拌，然后将上述所得聚醚多元醇滴加入反应釜中，搅拌保温1h，继续升温至70℃，保温1h，然后加入流平剂TEGO 450，消泡剂TEGO 900降温到40℃，制成产品出料，所获得的产品粘度为1000～5000cp·s。