CN104974656A - 潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料及其制备 - Google Patents
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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单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料及其制备方法。该涂料包括以下重量份的组分：聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体100份、填料5～30份、消泡剂0.1～0.5份、流平剂0.1～0.5份、紫外线吸收剂0.1～0.5份、抗氧剂0.1～0.5份。本发明通过化学反应实现了聚丙烯酸酯对聚氨酯的分子水平的化学改性，改性后聚丙烯酸酯涂料的优点弥补了聚氨酯涂料的缺点，使其具有了耐候性好、耐水性好、抗化学腐蚀、抗粉化等一些聚丙烯酸酯涂料的特点，获得较好的综合性能，并且产品粘结强度好、柔韧有弹性，是一种单组份聚氨酯，可以采用潮湿固化的方式，廉价且环保。
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单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料及其制备方法。
背景技术
防水涂料由于固化后能形成具有延伸性、弹塑性、抗裂性的致密涂膜，因此具有防水、防渗、防潮以及保护作用，在隧道、地铁、地下停车场、防空洞、房屋、水处理等重大民用与军事工程中应用十分广泛并且需求增长强劲。
聚氨酯类和聚丙烯酸酯类是防水涂料中非常重要的两类。20世纪60年代美国、日本、德国等发达国家首先研制成了液态橡胶型聚氨酯防水涂料；80年代我国研制出焦油型聚氨酯防水涂料；90年代研制出石油沥青型、聚醚型聚氨酯防水涂料；21世纪又研制出水固化聚氨酯防水涂料，直到现在其迅速发展并广泛应用。聚氨酯防水涂料分为单双组份两种。其中，双组分聚氨酯防水涂料由A、B两组分构成，使用时两组分须严格按规定比例称量、混合，施工不方便，其中含有大量的有机溶剂，并且常用胺类固化剂如亚甲基双邻氯苯胺(MOCA)作B组分扩链剂，这些物质都对健康和环境有不利影响。存在的不足：两组分比例不准确，其性能达不到设计指标，双组分搅拌不均匀达不到指标要求，双组分增塑剂容易析油，遇湿气容易发泡，性能严重恶化。单组分聚氨酯防水涂料省去了施工前的配料工序，不会发生计量差错，使用操作方便；使用时，涂料中含有的异氰酸根(-NCO)端基的预聚物，利用空气中的水分即可固化。这些可以克服双组份聚氨酯防水涂料的上述不足。聚氨酯软硬段可调节范围广，其涂料固化后涂膜具有良好的耐磨性、耐腐蚀性以及硬度大、弹性高等优点。但是在使用上也有许多局限性，主要表现在：1、耐候性差，使用一段时间之后就会粉化。2、耐水性差，净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。这些都会使得涂刷时间过长就产生漏水，甚至造成事故，就必须再次施工，耗费大量资源。而聚丙烯酸酯涂料正好具有耐候性好，耐碱性强，耐水性好，抗粉化等优点，可以补充聚氨酯防水涂料的不足。
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单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料。本发明的涂料利用聚丙烯酸酯对聚氨酯实现分子水平的化学改性，从而使聚丙烯酸酯类防水涂料的优点弥补聚氨酯类防水涂料的不足，获得较好的综合性能，同时可利用空气中的水固化，环保且廉价。
本发明另一目的在于提供一种上述潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备方法。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，包括以下重量份的组分：聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体100份、填料5～30份、消泡剂0.1～0.5份、流平剂0.1～0.5份、紫外线吸收剂0.1～0.5份、抗氧剂0.1～0.5份。
所述的聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体具有如下结构：
其分子量为1000～35000；其中，R1表示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；R6为1～18个C的烷基；k为5～200的整数；h为1～10的整数。
上述聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体由包含以下步骤的的方法制备得到：
(1)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；
(2)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，除去溶剂，得到聚丙烯酸酯；
(3)将步骤(1)制得的聚氨酯预聚体100重量份和步骤(2)制得的聚丙烯酸酯23～56重量份混合，加热反应，得到聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体。
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(甲基)丙烯酸酯优选为(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(甲基)丙烯酸羟基酯优选为丙烯酸羟乙酯、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。
所述的溶剂用于提供溶液环境，为本领域常用溶剂即可，可为丁酮、2-戊酮和3-戊酮等中的至少一种。
步骤(1)中所述的加热反应优选指加热到70～95℃，反应4～8小时。
步骤(2)中所述的加热反应优选指加热到60～80℃，反应4～7小时。
步骤(3)中所述的加热反应优选指加热到70～95℃，反应4～6小时。
本发明的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料中：
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GeneralElectric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。
本发明的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料通过将上述组分按比例混合均匀得到。本发明涂料兼容聚丙烯酸酯防水涂料长处与聚氨酯防水涂料长处的优点，可应用于厕浴间、厨房、水池、地铁等领域的防水。
本发明的机理及优异效果：
本发明通过化学反应实现了聚丙烯酸酯对聚氨酯的分子水平的化学改性，改性后聚丙烯酸酯涂料的优点弥补了聚氨酯涂料的缺点，使其具有了耐候性好、耐水性好、抗化学腐蚀、抗粉化等一些聚丙烯酸酯涂料的特点，并且产品粘结强度好、柔韧有弹性，是一种单组份聚氨酯，可以采用潮湿固化的方式，廉价且环保。
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：潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备
(1)除水的聚醚二元醇N220100重量份、甲苯二异氰酸酯9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。
(2)将甲基丙烯酸酯丁酯96重量份、甲基丙烯酸羟乙酯4重量份、丁酮200重量份、偶氮二异丁腈2重量份加入到反应器中，升温到60℃，反应4小时，除掉丁酮，制得聚丙烯酸酯。
(3)将上述制得的聚氨酯预聚体100重量份和聚丙烯酸酯32.5重量份加入到反应器中，升温到70℃，反应4小时，制得聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体。
(4)潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备：
在100重量份的上述制得的聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体中加入白炭黑1重量份、硅微粉1重量份、硅灰石1重量份、钛白粉1重量份、轻质碳酸钙1重量份、消泡剂201甲基硅油0.1重量份；流平剂DriFilm1030.1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，混合搅匀即可制得潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料。
实施例2：潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备
(1)将除水的聚醚二元醇N22098重量份、聚醚二元醇L442重量份、异佛尔酮二异氰酸酯18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。
(2)将丙烯酸酯甲酯80重量份、甲基丙烯酸羟丙酯20重量份、2-戊酮200重量份、偶氮二异庚腈4重量份加入到反应器中，升温到80℃，反应7小时，除掉2-戊酮，制得聚丙烯酸酯。
(3)将上述制得的聚氨酯预聚体100重量份和聚丙烯酸酯28重量份加入到反应器中，升温到95℃，反应6小时，制得聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体。
(4)潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备：
在100重量份的上述制得的聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体中加入白炭黑1.5重量份、硅微粉1重量份、硅灰石1.5重量份、钛白粉1重量份、轻质碳酸钙1重量份、消泡剂perenolEI 0.3重量份、流平剂CAB381-0.10.2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Zalba0.1重量份，混合搅匀即可制得潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料。
实施例3：潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备
(1)将除水的聚醚二元醇N21096重量份、聚醚二元醇L444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95℃，反应8小时，制得聚氨酯预聚体。
(2)将甲基丙烯酸酯异辛酯90重量份、甲基丙烯酸羟乙酯10重量份、3-戊酮200重量份、偶氮二异庚腈4重量份加入到反应器中，升温到80℃，反应7小时，除掉3-戊酮，制得聚丙烯酸酯。
(3)将上述制得的聚氨酯预聚体100重量份和聚丙烯酸酯56重量份加入到反应器中，升温到95℃，反应6小时，制得聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体。
(4)潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备：
在100重量份的上述制得的聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体中加入白炭黑1重量份、硅微粉2重量份、硅灰石1重量份、钛白粉1重量份、轻质碳酸钙2重量份、消泡剂201甲基硅油0.2重量份、流平剂CAB381-0.10.2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)0.1重量份，混合搅匀即可制得潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料。
实施例4：潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备
(1)将除水的聚醚二元醇N22099重量份、聚醚二元醇L441重量份、二苯基甲烷二异氰酸酯15重量份加入反应容器中，加热到75℃，反应5小时，制得聚氨酯预聚体。
(2)将甲基丙烯酸酯甲酯70重量份、丙烯酸酯异辛酯22重量份、丙烯酸羟乙酯8重量份、丁酮200重量份、偶氮二异丁腈4重量份加入到反应器中，升温到68℃，反应5小时，除掉丁酮，制得聚丙烯酸酯。
(3)将上述制得的聚氨酯预聚体100重量份和聚丙烯酸酯51重量份加入到反应器中，升温到75℃，反应5小时，制得聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体。
(4)潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备：
在100重量份的上述制得的聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体中加入白炭黑3重量份、硅微粉2重量份、钛白粉3重量份、轻质碳酸钙2重量份、消泡剂201甲基硅油0.2重量份、流平剂CAB381-0.10.3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)0.2重量份，混合搅匀即可制得潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料。
实施例5：潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备
(1)将除水的聚醚二元醇N22050重量份、聚醚二元醇N21045重量份、聚醚二元醇L445重量份、二环己基甲烷二异氰酸酯13重量份加入反应容器中，加热到79℃，反应6小时，制得聚氨酯预聚体。
(2)将甲基丙烯酸酯甲酯50重量份、丙烯酸酯异丁酯38重量份、丙烯酸羟丙酯12重量份、丁酮200重量份、偶氮二异庚腈4重量份加入到反应器中，升温到68℃，反应6小时，除掉丁酮，制得聚丙烯酸酯。
(3)将上述制得的聚氨酯预聚体100重量份和聚丙烯酸酯23重量份加入到反应器中，升温到79℃，反应6小时，制得聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体。
(4)潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备：
在100重量份的上述制得的聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体中加入白炭黑1重量份、硅微粉3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BYK-1410.1重量份、流平剂CAB381-200.2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Zalba 0.2重量份，混合搅匀即可制得潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料。
实施例6：潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备
(1)将除水的聚醚二元醇N220100重量份、甲苯二异氰酸酯11重量份加入反应容器中，加热到77℃，反应6小时，制得聚氨酯预聚体。
(2)将甲基丙烯酸乙酯94重量份、丙烯酸羟乙酯6重量份、丁酮200重量份、偶氮二异庚腈3重量份加入到反应器中，升温到69℃，反应5小时，除掉丁酮，制得聚丙烯酸酯。
(3)将上述制得的聚氨酯预聚体100重量份和聚丙烯酸酯26重量份加入到反应器中，升温到80℃，反应6小时，制得聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体。
(4)潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料的制备：
在100重量份的上述制得的聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体中加入白炭黑3重量份、硅灰石2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BYK-1410.1重量份、流平剂CAB381-200.1重量份、紫外线吸收剂2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑0.1重量份、抗氧剂Zalba 0.2重量份，混合搅匀即可制得潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料。
实施例7：性能测试
对实施例1～6制备得到的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯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潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料固化后性能指标
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 (10)
1.一种潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，其特征在于包括以下重量份的组分：聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体100份、填料5～30份、消泡剂0.1～0.5份、流平剂0.1～0.5份、紫外线吸收剂0.1～0.5份、抗氧剂0.1～0.5份；
所述的聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体具有如下结构：
其分子量为1000～35000；其中，R1表示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；R6为1～18个C的烷基；k为5～200的整数；h为1～10的整数。
2.根据权利要求1所述的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述的聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体由包含以下步骤的的方法制备得到：
(1)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；
(2)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，除去溶剂，得到聚丙烯酸酯；
(3)将步骤(1)制得的聚氨酯预聚体100重量份和步骤(2)制得的聚丙烯酸酯23～56重量份混合，加热反应，得到聚丙烯酸酯无规共聚物改性聚氨酯预聚体。
3.根据权利要求2所述的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，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。
4.根据权利要求2所述的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，其特征在于：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、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。
5.根据权利要求2所述的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，其特征在于：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。
6.根据权利要求2所述的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，其特征在于：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-羟基丁酯中的的至少一种。
7.根据权利要求2所述的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，其特征在于：步骤(1)中所述的加热反应指加热到70～95℃，反应4～8小时；步骤(2)中所述的加热反应指加热到60～80℃，反应4～7小时；步骤(3)中所述的加热反应指加热到70～95℃，反应4～6小时。
8.根据权利要求2所述的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种；所述的溶剂为丁酮、2-戊酮和3-戊酮中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯防水涂料，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。
10.一种根据权利要求1～9任一项所述的潮湿固化单组份聚丙烯酸酯改性聚氨酯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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