CN104974655B - 潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料及其制备方法 - Google Patents
潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于防水涂料技术领域，公开了一种潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料及其制备方法。该涂料包含以下重量份的组分：聚氨酯预聚体100份；含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯12～25份；填料5～25份；消泡剂0.1～0.5份；流平剂0.1～0.4份；紫外线吸收剂0.1～0.4份；抗氧剂0.1～0.5份。本发明将二异氰酸酯经过化学反应接到聚丙烯酸酯上，再和聚氨酯预聚体复合，采用潮湿固化，利用水将两者键接在一起，实现有效结合。得到的涂料既具有聚丙烯酸酯防水涂料耐候、抗粉化的优点，又具有聚氨酯防水涂料柔韧、附着力大的优点，同时其力学性能好、固含量高，是一种符合发展趋势的环保型产品，特别适用于特殊领域的防水。
Description
技术领域
本发明属于防水涂料技术领域，特别涉及一种潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料及其制备方法。
背景技术
防水涂料是一类施工后形成致密涂膜的防护材料，在建筑防水领域应用越来越多。在防水涂料中，聚丙烯酸酯防水涂料耐候抗碱、耐水抗粉化，但是也有一些缺点表现在：1、附着力差，涂膜时间长久会脱落，潮湿基面不能涂膜；2、柔韧性不好，涂膜刚硬不耐冲击；3、耐溶剂性差，经溶剂浸泡易造成涂膜损伤。聚氨酯防水涂料具有耐磨性好、柔韧耐油、附着力大的优点，其不足之处是：1、耐候性差，使用一段时间之后就会粉化；2、耐水性差，被水浸泡长时间后会产生起泡现象，致使防水效果变差；3、耐碱性差，碱性环境下涂刷致使涂膜变硬变脆，弹性大为减小。两者的不足之处严重影响了它们的施工质量，都有待改进。现在人们不仅重视防水涂料的性能，而且越来越重视其环保程度。国家和地方行业主管部门对含有挥发性有毒害致癌有机溶剂或含有的煤焦油的防水涂料采取了强制淘汰措施，并禁止使用焦油型聚氨酯防水涂料。而聚氨酯防水涂料中普遍使用的交联剂是摩卡，该物质昂贵且有毒及有致癌倾向，亦有燃烧和爆炸危险。现有研究采用潮湿固化的方式使成本降低，且环保，但是这种方式还没能做到与聚丙烯酸酯的结合。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料。该涂料有效结合了聚氨酯和聚丙烯酸酯的优点，既具有聚丙烯酸酯防水涂料耐候、抗粉化的优点，又具有聚氨酯防水涂料柔韧、附着力大的优点，同时其力学性能好，固含量高，是一种符合发展趋势的环保型产品，可用在特殊领域的防水。
本发明另一目的在于提供一种上述潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料的制备方法。该方法将二异氰酸酯经过化学反应接到聚丙烯酸酯上，再和聚氨酯预聚体复合，采用潮湿固化，利用水将两者键接在一起，实现有效结合。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料，包含以下重量份的组分：聚氨酯预聚体100份；含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯12～25份；填料5～25份；消泡剂0.1～0.5份；流平剂0.1～0.4份；紫外线吸收剂0.1～0.4份；抗氧剂0.1～0.5份。
所述的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯具有如下结构：
其为以上两个单元的无规共聚结构，其分子量为700～30000；其中，R1为H或CH3；R2为2～4个C的烷基；R3为-(CH2)6-、中的至少一种；R4为-CH2CH2O-、-CH2CH(CH3)O-中的至少一种；R5为H或CH3。
所述的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯由包含以下步骤的方法制备得到：将(甲基)丙烯酸酯80～96重量份、(甲基)丙烯酸羟基酯4～20重量份、溶剂100～200重量份、引发剂2～6重量份混合，加热反应，再加入二异氰酸酯5～26重量份，除去溶剂，得到含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯。
所述的加热反应优选为加热至60～80℃反应4～7小时。
所述的(甲基)丙烯酸羟基酯可为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯和丙烯酸-4-羟基丁酯中的至少一种。
所述的(甲基)丙烯酸酯可为(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸十八酯、(甲基)丙烯酸月桂酯和(甲基)丙烯酸苄酯中的至少一种。
所述的溶剂用于提供溶液反应环境，为本领域常用溶剂即可，可为丁酮、2-戊酮和3-戊酮中的至少一种。
所述的引发剂可为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈等本领域常用自由基反应引发剂中的至少一种。
所述的二异氰酸酯可为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、4-甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。
所述的聚氨酯预聚体具有如下结构：
OCN-R2-[NH-COO-(R3)k-CO-NH-R2]h-NCO
R2为-(CH2)6-、 中的至少一种；
R3为-CH2CH2O-、-CH2CH(CH3)O-中的至少一种；k为5～200的整数；h为1～10的整数。
所述的聚氨酯预聚体由包括以下步骤的方法制备得到：将聚醚二元醇100重量份、二异氰酸酯9～18重量份混合，加热反应，得到聚氨酯预聚体。
所述的聚醚二元醇优选为聚醚N210、聚醚N220和聚醚L44中的至少一种。
所述的二异氰酸酯优选为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、4-甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。
所述的加热反应优选为加热至70～95℃反应4～8小时。
本发明的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料中：
所述的填料可为白炭黑、硅微粉、硅灰石、钛白粉和轻质碳酸钙等本领域常用填料中的至少一种。
所述的消泡剂优选为BYK公司的BYK-141、汉高公司的perenolEI和国产的201甲基硅油等中的至少一种。
所述的流平剂可为硅醇酸树脂类或醋酸丁酸纤维类，优选为General Electric公司的DriFilm103、Eastman公司的CAB381-0.1、CAB552-0.2、CAB551-0.01、CAB381-20等中的至少一种。
所述的紫外线吸收剂可为二苯甲酮类化合物或杂环类化合物，优选为2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮和2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑等中的至少一种。
所述的抗氧剂可为苯酚类或受阻酚类，优选为DuPont公司的的Zalba、Cganamid公司的2,2’-亚甲基二(4-甲基-6-叔丁基酚)中的至少一种。
本发明的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料通过将上述组分按比例混合均匀得到。
本发明将二异氰酸酯经过化学反应接到聚丙烯酸酯上，再和聚氨酯预聚体复合，采用潮湿固化，利用水将两者键接在一起，实现有效结合。本发明的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料既具有聚丙烯酸酯防水涂料耐候、抗粉化的优点，又具有聚氨酯防水涂料柔韧、附着力大的优点，同时其力学性能好、固含量高，是一种符合发展趋势的环保型产品，特别适用于特殊领域的防水。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料不用摩卡等固化剂，避免了其致癌作用，绿色环保。
(2)本发明的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料通过潮湿固化，利用水将聚丙烯酸酯和聚氨酯键连成一个分子，实现有效结合。
(3)本发明的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料既具有聚丙烯酸酯防水涂料耐候、抗粉化的优点，又具有聚氨酯防水涂料柔韧、附着力大的优点，同时其力学性能好、固含量高，是一种符合发展趋势的环保型产品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下列实施例中使用的试剂均可从市场购买得到。
实施例1
聚氨酯预聚体的合成方法步骤如下：将除水的聚醚二元醇N220 95重量份、除水的聚醚二元醇L44 5重量份、甲苯二异氰酸酯18重量份加入反应容器中，加热到70℃，反应4小时，制得聚氨酯预聚体。
含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯的合成方法步骤如下：将甲基丙烯酸甲酯80重量份、甲基丙烯酸羟乙酯20重量份、丁酮200重量份、偶氮二异庚腈2重量份加入到反应器中，升温到60℃，反应4小时，再加入甲苯二异氰酸酯26重量份，最后除去丁酮，制得含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯。
在100重量份的上述制得的氨酯预聚体中加入上述制得的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯25重量份、白炭黑3重量份、硅微粉4重量份、硅灰石5重量份、钛白粉3重量份、轻质碳酸钙5重量份、消泡剂201甲基硅油0.5重量份；流平剂DriFilm103 0.4重量份、紫外线吸收剂2,4-二羟基二苯甲酮0.1重量份、抗氧剂Zalba 0.1重量份，搅拌混合均匀即得到潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料。
实施例2
聚氨酯预聚体的合成方法步骤如下：将除水的聚醚二元醇N220 100重量份、萘二异氰酸酯9重量份加入反应容器中，加热到95℃，反应8小时，制得聚氨酯预聚体。
含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯的合成方法步骤如下：将甲基丙烯酸丁酯50重量份、甲基丙烯酸异辛酯46重量份、甲基丙烯酸羟乙酯4重量份、3-戊酮200重量份、偶氮二异丁腈2重量份加入到反应器中，升温到80℃，反应7小时，再加入异佛尔酮二异氰酸酯5重量份，最后除去3-戊酮，制得含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯。
在100重量份的上述制得的聚氨酯预聚体中加入上述制得的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯12重量份、白炭黑4重量份、硅微粉4重量份、硅灰石4重量份、钛白粉4重量份、轻质碳酸钙2重量份、消泡剂perenolEI 0.2重量份、流平剂CAB381-0.1 0.4重量份、紫外线吸收剂2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮0.1重量份、抗氧剂Zalba 0.2重量份，搅拌混合均匀即得到潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料。
实施例3
聚氨酯预聚体的合成方法步骤如下：将除水的聚醚二元醇N220 90重量份、除水的聚醚二元醇N210 6重量份、除水的聚醚二元醇L44 4重量份、苯二亚甲基二异氰酸酯13重量份加入反应容器中，加热到85℃，反应7小时，制得聚氨酯预聚体。
含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯的合成方法步骤如下：将丙烯酸甲酯60重量份、甲基丙烯酸异辛酯34重量份、甲基丙烯酸羟丙酯重量6份、2-戊酮200重量份、偶氮二异庚腈2重量份加入到反应器中，升温到68℃，反应5小时，再加入苯二亚甲基二异氰酸酯8重量份，最后除去2-戊酮，制得含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯。
在100重量份的上述制得的聚氨酯预聚体中加入上述制得的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯15重量份、白炭黑4重量份、硅微粉5重量份、硅灰石4重量份、钛白粉3重量份、轻质碳酸钙3重量份、消泡剂perenolEI 0.1重量份、消泡剂201甲基硅油0.1重量份、流平剂CAB381-0.1 0.3重量份、紫外线吸收剂2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮0.1重量份、抗氧剂2,2’-亚甲基二-(4-甲基-6-叔丁基酚)0.3重量份，搅拌混合均匀即得到潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料。
实施例4
聚氨酯预聚体的合成方法步骤如下：将除水的聚醚二元醇N220 80重量份、除水的聚醚二元醇N210 17重量份、除水的聚醚二元醇L44 3重量份、1,6-己二异氰酸酯11重量份加入反应容器中，加热到89℃，反应6小时，制得聚氨酯预聚体。
含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯的合成方法步骤如下：将甲基丙烯酸乙酯50重量份、甲基丙烯酸异丁酯42重量份、丙烯酸羟乙酯重量8份、2-戊酮200重量份、偶氮二异丁腈2重量份加入到反应器中，升温到80℃，反应6小时，再加入1,6-己二异氰酸酯9重量份，最后除去2-戊酮，制得含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯。
在100重量份的上述制得的聚氨酯预聚体中加入上述制得的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯18重量份、白炭黑2重量份、硅微粉4重量份、硅灰石4重量份、钛白粉3重量份、轻质碳酸钙4重量份、消泡剂BYK-141 0.1重量份、消泡剂201甲基硅油0.1重量份、流平剂CAB551-0.2 0.2重量份、紫外线吸收剂2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮0.1重量份、抗氧剂2,2’-亚甲基二-(4-甲基-6-叔丁基酚)0.2重量份，搅拌混合均匀即得到潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料。
实施例5
聚氨酯预聚体的合成方法步骤如下：将除水的聚醚二元醇N220 95重量份、除水的聚醚二元醇N210 5重量份、萘二异氰酸酯15重量份加入反应容器中，加热到78℃，反应6小时，制得聚氨酯预聚体。
含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯的合成方法步骤如下：将甲基丙烯酸乙酯45重量份、丙烯酸异辛酯45重量份、丙烯酸羟丙酯重量10份、丁酮200重量份、偶氮二异庚腈2重量份加入到反应器中，升温到68℃，反应5小时，再加入萘二异氰酸酯9重量份，最后除去丁酮，制得含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯。
在100重量份的上述制得的聚氨酯预聚体中加入上述制得的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯20重量份、白炭黑3重量份、硅微粉3重量份、硅灰石4重量份、钛白粉4重量份、轻质碳酸钙4重量份、消泡剂BYK-141 0.1重量份、消泡剂perenolEI 0.1重量份、流平剂CAB551-0.2 0.2重量份、紫外线吸收剂2,4-二羟基二苯甲酮0.2重量份、抗氧剂2,2’-亚甲基二-(4-甲基-6-叔丁基酚)0.2重量份，搅拌混合均匀即得到潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料。
实施例6
聚氨酯预聚体的合成方法步骤如下：将除水的聚醚二元醇N220 100重量份、4-甲基环己基二异氰酸酯17重量份加入反应容器中，加热到91℃，反应7小时，制得聚氨酯预聚体。
含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯的合成方法步骤如下：将丙烯酸甲酯40重量份、甲基丙烯酸苄酯48重量份、甲基丙烯酸羟丙酯重量12份、丁酮100重量份、偶氮二异丁腈4重量份加入到反应器中，升温到73℃，反应5小时，再加入甲苯二异氰酸酯9重量份，最后除去丁酮，制得含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯。
在100重量份的上述制得的聚氨酯预聚体中加入上述制得的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯23重量份、白炭黑3重量份、硅微粉4重量份、硅灰石4重量份、轻质碳酸钙4重量份、消泡剂BYK-141 0.1重量份、消泡剂201甲基硅油0.1重量份、流平剂CAB551-0.2 0.3重量份、紫外线吸收剂2,4-二羟基二苯甲酮0.2重量份、抗氧剂Zalba 0.2重量份，搅拌混合均匀即得到潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料。
实施例7：性能测试
对实施例1～6制备得到的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料的性能进行测试，测试标准：(1)拉伸强度：GB/T19250-2003中的6.5，拉伸速度为(500±50)mm/min；(2)断裂伸长率：GB/T19250-2003中的6.5，拉伸速度为(500±50)mm/min；(3)表干时间：GB/T19250-2003中的6.10；(4)实干时间：GB/T19250-2003中的6.11；(5)潮湿基面粘结强度：GB/T19250-2003中的6.13.1，6.13.2；(6)固含量：GB/T19250-2003中的6.9；(7)不透水性：GB/T19250-2003中的6.8。结果见表1。
表1潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料涂膜固化后性能指标
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料，其特征在于由以下重量份的组分组成：聚氨酯预聚体100份；含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯12～25份；填料5～25份；消泡剂0.1～0.5份；流平剂0.1～0.4份；紫外线吸收剂0.1～0.4份；抗氧剂0.1～0.5份；
所述的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯具有如下结构：
其为以上两个单元的无规共聚结构，其分子量为700～30000；其中，R1为H或CH3；R2为2～4个C的亚烷基；R3为-(CH2)6-、中的至少一种；R4为H或CH3；R5为甲基、乙基、丙基、异辛基、异丁基、十八烷基、月桂基或
所述的聚氨酯预聚体具有如下结构：
OCN-R2-[NH-COO-(R3)k-CO-NH-R2]h-NCO
R2为-(CH2)6-、 中的至少一种；
R3为-CH2CH2O-、-CH2CH(CH3)O-中的至少一种；k为5～200的整数；h为1～10的整数。
2.根据权利要求1所述的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料，其特征在于：所述的含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯由包含以下步骤的方法制备得到：将(甲基)丙烯酸酯80～96重量份、(甲基)丙烯酸羟基酯4～20重量份、溶剂100～200重量份、引发剂2～6重量份混合，加热反应，再加入二异氰酸酯5～26重量份，除去溶剂，得到含异氰酸酯基的聚丙烯酸酯。
3.根据权利要求2所述的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料，其特征在于：所述的加热反应为加热至60～80℃反应4～7小时；所述的(甲基)丙烯酸羟基酯为丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯和丙烯酸-4-羟基丁酯中的至少一种；所述的(甲基)丙烯酸酯为(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸十八酯、(甲基)丙烯酸月桂酯和(甲基)丙烯酸苄酯中的至少一种；所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料，其特征在于：所述的聚氨酯预聚体由包括以下步骤的方法制备得到：将聚醚二元醇100重量份、二异氰酸酯9～18重量份混合，加热反应，得到聚氨酯预聚体。
5.根据权利要求4所述的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料，其特征在于：所述的聚醚二元醇为聚醚N210、聚醚N220和聚醚L44中的至少一种；所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料，其特征在于：所述的加热反应为加热至70～95℃反应4～8小时。
7.根据权利要求1所述的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料，其特征在于：所述的流平剂为硅醇酸树脂类或醋酸丁酸纤维类；所述的紫外线吸收剂为二苯甲酮类化合物或杂环类化合物；所述的抗氧剂为苯酚类或受阻酚类。
8.根据权利要求1所述的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料，其特征在于：所述的填料为白炭黑、硅微粉、硅灰石、钛白粉和轻质碳酸钙中的至少一种；所述的消泡剂为BYK公司的BYK-141、汉高公司的perenolEI和国产的201甲基硅油中的至少一种；所述的流平剂为General Electric公司的DriFilm103、Eastman公司的CAB381-0.1、CAB552-0.2、CAB551-0.01、CAB381-20中的至少一种；所述的紫外线吸收剂为2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮和2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑中的至少一种；所述的抗氧剂为DuPont公司的Zalba、Cganamid公司的2,2’-亚甲基二(4-甲基-6-叔丁基酚)中的至少一种。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的潮湿固化聚丙烯酸酯/聚氨酯复合防水涂料的制备方法，其特征在于通过将所述组分按比例混合均匀得到。
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