CN104974654B - 一种单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法，主要特征为：于反应釜中加入按一定质量混合的聚醚二醇和多官能度聚醚多元醇的混合多元醇，经脱水后加入异氰酸酯，50‑80℃反应1‑4h，降至室温，加入预先干燥过的增塑剂、消泡剂、抗氧化剂及紫外线吸收剂，混合均匀后制得聚氨酯防水涂料。其优点在于：1)所用原料廉价易得，合成方法简捷高效，成本低，易于操作过程的放大以及实现工业化生产；2)该聚氨酯树脂以水为固化剂，施工时加入50％～80％的水搅拌均匀固化后即可形成致密的聚氨酯弹性体涂膜，环保无毒，具有高度安全性。由于引入了多官能度活性基团，遇水固化后可形成致密的交联网络结构，具有优良的力学性能（薄膜拉伸强度大于4MPa，断裂伸长率大于1000%），可作为一种优异的防水材料，应用前景广阔。

Description

一种单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑行业领域用环保型防水涂料的制备方法，尤其涉及一种具有高拉伸强度、高断裂伸长率的单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法。

背景技术

建筑中混凝土的大量使用在提高建筑质量的同时，但其不防水（渗水、漏水）的缺陷需要对其表层进行防水处理，特别是在建筑物的顶部、地下室及卫生间等能长期积水的地方，建筑防水尤为重要。目前常用的防水涂料为聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、改性乳化沥青防水涂料等。其中聚氨酯防水涂料由于其涂膜具有弹性且延伸性好、抗拉强度高、粘结性好、体积收缩小、涂膜防水层无接缝，对基层裂缝伸缩性的变形有较强的适应性，施工维修方便(聚氨酯防水涂料固化前为无定形粘稠状液态物质)，在任何结构复杂的基层表面均易于施工、易于调节组分比例等特点，可用于建筑物不同部位的防水堵漏，在防水领域内占据重要地位。

最近几年内，聚氨酯防水保护涂料得到了大力发展，已开发了多种聚氨酯防水涂料，其中单组份聚氨酯防水涂料因其施工方便，省去了施工前的配料工序，不会发生计量差错等优点大受追捧，这方面的专利包括：这方面的专利报道较多,如：CN201110007526.9、CN201110033097.2、CN201110333955.5、CN201210537883.0、CN201310041967.X、CN201410038016.1、CN201410210676.3、CN201410459714.9、CN201410294925.1等。虽然目前单组份聚氨酯防水涂料已取得不错的进展，但仍存在机械性能不佳，特别是断裂伸长率较低，不能满足目前一些建筑工程的施工相关要求；成本高，难于大规模推广应用。

为克服上述问题，本发明开发了一种基于双官能度和多官能度聚醚多元醇的单组份聚氨酯防水涂料，通过对聚氨酯树脂分子结构的精心设计，控制交联密度及交联网络结构，合成了具有高断裂伸长率的单组份水固化聚氨酯防水涂料。该聚氨酯树脂以水为固化剂，施工时加入50％～80％的水搅拌均匀固化后即可形成致密的聚氨酯弹性体涂膜，具有高度安全性。由于其合成工艺简单，成本低，可望在实际生产中得到大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高断裂伸长率的单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法，以解决现有聚氨酯防水涂料机械性能不佳、成本高等问题。

为实现上述目的，本发明开发了一种基于双官能度和多官能度聚醚多元醇的单组份水固化聚氨酯防水涂料，其制备方法为：

于反应釜中加入按一定质量混合的聚醚二醇和多官能度聚醚多元醇的混合多元醇，经脱水后加入异氰酸酯，50-80℃反应1- 4h，降至室温，加入预先干燥过的增塑剂、消泡剂、抗氧化剂及紫外线吸收剂，混合均匀后制得聚氨酯防水涂料；其中，所用多官能度聚醚多元醇为聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚或聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚，聚醚二醇为环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物，聚醚二醇和多官能度聚醚多元醇的质量比为1:2~1:6，异氰酸酯的加入量以保证混合多元醇中羟基完全反应为基准，优选异氰酸酯基团与羟基的摩尔比为2:1-4:1，增塑剂的加入量为混合多元醇用量的 3-8wt%，消泡剂的加入量为混合多元醇用量的0.5-1wt%，抗氧化剂的加入量为混合多元醇用量的0.1-1wt%，紫外线吸收剂的加入量为混合多元醇用量的 0.1-1wt%。

所述聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚的分子量为2000-10000，氧化乙烯的含量为10-30wt%，其分子结构中聚氧乙烯和聚氧丙烯为嵌段分布或无规分布。

所述聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚的分子量为2000-10000，氧化乙烯的含量为10-30 wt%，其分子结构中聚氧乙烯和聚氧丙烯为嵌段分布或无规分布。

所述聚醚二醇为末端为羟基的环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物（ABA型或BAB型）或无规共聚物，分子量为2000-10000，环氧乙烷的含量为10-30 wt%。

所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、奈二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种混合物。

所述增塑剂为邻苯二甲酸二癸酯、邻苯二甲酸二壬酯、癸二酸二异丙酯、癸二酸二辛酯中的一种或几种混合物。

所述消泡剂为有机硅消泡剂。

所述抗氧化剂为四（β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸）季戊四醇、双[β(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸]三甘醇酯、三（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）异氰尿酸酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或几种混合物。

所述紫外线吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮或2-( 2’-羟基-3’,5’-二［1,1-二甲基苯基］) –苯并三唑。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

本发明工艺简单，成本低。所用多元醇原料为环氧乙烷和环氧丙烷的线性、三臂或四臂共聚物，廉价易得，成本低；多元醇经脱水后，采用一步法即可合成目标产品，不需要加入扩链剂、中和剂等，简捷高效，工艺简单，易于操作过程的放大以及实现工业化生产。

本发明所合成的聚氨酯防水涂料力学性能优良。采用聚醚二醇和聚醚多元醇为原料，聚醚多元醇由于其官能度大于2，后期反应成膜时可实现化学交联，提高交联密度，同时引入聚醚二醇，有效调节交联点的疏密度，在保证具有较高拉伸强度的同时，赋予材料具有优异的断裂伸长率。

本发明中合成工艺绿色环保，无“三废”排放。由于引入了可化学交联的成分，反应中不需要加入扩链剂即可保证成膜后的力学性能。由于扩链剂的引入会提高反应体系的粘度，一般需要加入稀释剂才能保证反应的正常进行，而本发明无需加入扩链剂，可实现无溶剂反应，绿色环保。

本发明所合成的聚氨酯防水涂料以水为固化剂，施工时加入50％～80％的水搅拌均匀固化后即可形成致密的聚氨酯弹性体涂膜，环保无毒，具有高度安全性。与水混合后，体系粘度小，凝胶时间较慢，可有效渗入混凝土内部，防水性能优良，同时可降低传统防水涂料因表面刮擦（破坏表层防水膜）而导致的漏水现象。由于引入了多官能度活性基团，遇水固化后可形成致密的交联网络结构，具有优良的力学性能（薄膜拉伸强度大于4MPa，断裂伸长率大于1000%），可作为一种优异的防水材料，应用前景广阔。

具体实施方式

通过下述实施例将有助于理解本发明，但不限制本发明的内容。

以下实施例中PE代表聚醚二醇，即末端为羟基的环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物，A代表聚氧乙烯，B代表聚氧丙烯；EO代表环氧乙烷，PO代表环氧丙烷。

实施例1：

于反应瓶中加入20g PE（Mn=2000，EO和PO无规分布，EO wt%=30%），10g聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚（Mn=10000, EO wt%=10%，聚氧乙烯和聚氧丙烯为嵌段分布），120℃真空脱水2h，降温至50℃，加入甲苯二异氰酸酯4.0g，50℃反应2h，降至室温，加入邻苯二酚甲酸二癸酯0.9g，有机硅系消泡剂0.15g，四（β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸）季戊四醇0.03g，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.03g。搅拌10min，出料，密封保存。

实施例2：

于反应瓶中加入20g PE（Mn=10000，BAB型嵌段分布，EO wt%=10%），3.33g聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚（Mn=2000, EO wt%=30%，聚氧乙烯和聚氧丙烯为嵌段分布），120℃真空脱水2h，降温至50℃，加入甲苯二异氰酸酯3.13g，80℃反应4h，降至室温，加入邻苯二酚甲酸二癸酯1.86g，有机硅系消泡剂0.23g，四（β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸）季戊四醇0.23g，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.23g。搅拌10min，出料，密封保存。

实施例3：

于反应瓶中加入20g PE（Mn=6000，，EO wt%=20%），5g聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚（Mn=6000, PEO wt%=20%，聚氧乙烯和聚氧丙烯为无规分布），120℃真空脱水2h，降温至60℃，加入甲苯二异氰酸酯2.4g，60℃反应3h，降至室温，加入邻苯二酚甲酸二壬酯1.5g，有机硅系消泡剂0.17g，四（β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸）季戊四醇0.17g，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.17g。搅拌10min，出料，密封保存。

实施例4：

于反应瓶中加入20g PE（Mn=2000，ABA型嵌段分布，EO wt%=30%），10g聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚（Mn=10000, EO wt%=10%，聚氧乙烯和聚氧丙烯为嵌段分布），120℃真空脱水2h，降温至60℃，加入六亚甲基二异氰酸酯4.1g，50℃反应3h，降至室温，加入癸二酸二异丙酯0.9g，有机硅系消泡剂0.03g，四（β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸）季戊四醇0.03g，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.03g。搅拌10min，出料，密封保存。

实施例5：

于反应瓶中加入20g PE（Mn=10000，BAB型嵌段分布，EO wt%=10%），3.33g聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚（Mn=2000, EO wt%=30%，聚氧乙烯和聚氧丙烯为嵌段分布），120℃真空脱水2h，降温至60℃，加入六亚甲基二异氰酸酯3.58g，80℃反应4h，降至室温，加入邻苯二酚甲酸二癸酯1.86g，有机硅系消泡剂0.23g，三（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）异氰尿酸酯0.23g，-( 2’-羟基-3’,5’-二［1,1-二甲基苯基］) –苯并三唑0.23g。搅拌10min，出料，密封保存。

实施例6：

于反应瓶中加入20g PE（Mn=6000，ABA型嵌段分布，EO wt%=20%），5g聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚（Mn=6000, PEO wt%=20%，聚氧乙烯和聚氧丙烯为无规分布），120℃真空脱水2h，120℃真空脱水2h，降温至60℃，加入甲苯二异氰酸酯2.61g，60℃反应3h，降至室温，加入邻苯二酚甲酸二壬酯1.5g，有机硅系消泡剂0.17g，四（β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸）季戊四醇0.17g，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.17g。搅拌10min，出料，密封保存。

上述实施例所制目标产品经成膜后，膜的机械性能见下表。

样品	拉伸强度	断裂伸长率
			实施例1	5.9MPa	850%
实施例2	3.5MPa	1250%
			实施例3	4.8 MPa	1170%
实施例4	6. 8 MPa	680%
			实施例5	3.9 MPa	1380%
实施例6	5.1 MPa	1160%

Claims (5)

1.一种单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法，其特征在于制备步骤为：于反应釜中加入按一定质量混合的聚醚二醇和多官能度聚醚多元醇的混合多元醇，经脱水后加入异氰酸酯，50-80℃反应1- 4h，降至室温，加入预先干燥过的增塑剂、消泡剂、抗氧化剂及紫外线吸收剂，混合均匀后制得聚氨酯防水涂料；其中，所用多官能度聚醚多元醇为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚，聚醚二醇为环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物，聚醚二醇和多官能度聚醚多元醇的质量比为2:1~6:1，异氰酸酯的加入量以保证混合多元醇中羟基完全反应为基准，异氰酸酯基团与羟基的摩尔比为2:1-4:1，增塑剂的加入量为混合多元醇用量的 3-8wt%，消泡剂的加入量为混合多元醇用量的 0.5-1wt%，抗氧化剂的加入量为混合多元醇用量的0.1-1wt%，紫外线吸收剂的加入量为混合多元醇用量的 0.1-1wt%；

所述聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚的分子量为2000-10000，氧化乙烯的含量为10-30wt%，其分子结构中聚氧乙烯和聚氧丙烯为嵌段分布或无规分布；

聚醚二醇为末端为羟基的环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物或无规共聚物，分子量为2000-10000，环氧乙烷的含量为10-30 wt%；

所述异氰酸酯为萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种混合物。

2.根据权利要求1所述的一种单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法，其特征在于所述增塑剂为邻苯二甲酸二癸酯、邻苯二甲酸二壬酯、癸二酸二异丙酯、癸二酸二辛酯中的一种或几种混合物。

3.根据权利要求1所述的一种单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法，其特征在于所述消泡剂为有机硅消泡剂。

4.根据权利要求1所述的一种单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法，其特征在于所述抗氧化剂为四（β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸）季戊四醇、双[β(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸]三甘醇酯、三（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）异氰尿酸酯、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或几种混合物。

5.根据权利要求1所述的一种单组份无溶剂聚氨酯防水涂料的制备方法，其特征在于所述紫外线吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮或2-( 2’-羟基-3’,5’-二［1,1-二甲基苯基］) –苯并三唑。