CN105255333B - 一种喷涂聚脲弹性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涂料，特别涉及一种喷涂聚脲弹性涂料。一种喷涂聚脲弹性涂料，由A组分和B组分组成，A组分原料按质量百分比配比如下：多异氰酸酯55％～65％，聚醚多元醇35％～45％；B组分原料按质量百分比配比如下：端氨基聚醚45％～55％，胺类扩链剂34‑45％，多官能度噁唑烷5～10％，消泡剂0.5～1％，分散剂0.5～1％。本发明通过在脱水的端氨基聚醚、端羟基聚醚和氨类扩链剂添加多官能度噁唑烷，多官能度噁唑烷会优先与在包装、运输、使用过程中少量的湿气优先反应生成含有氨基与羟基的开环化合物，再与聚脲固化剂的异氰酸酯基反应而固化，整个固化过程无二氧化碳气体生成，很好的解决了漆膜起泡的弊病。

Description

一种喷涂聚脲弹性涂料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种涂料，特别涉及一种喷涂聚脲弹性涂料及其制备方法。

背景技术：

聚脲涂料是一种不含金属催化剂的新型环保材料。A、B组分是由高温高压设备喷涂。固化速度快，工艺简单，立面喷涂不流挂并具有优异的力学性能和防水性能。

由于聚脲固化速度非常快，必须使用专用喷涂设备，现有的技术大量使用了固体粉料起吸水、补强作用，在施工现场经常出现堵枪现象，影响施工效率。施工现场清洗喷枪使用大量的有机溶剂，污染环境的同时对操作人员的健康也很大影响。根据实验证明，由于使用了固体粉料也影响漆膜的致密性，反而影响漆膜的性能。随着聚脲技术深入发展，客户对一种稳定聚脲涂料的需求非常迫切。专利CN 200610033254.9、CN 200910009490.0、CN201110449745.2、CN 201410071927.4授权的聚脲涂料都含有固体粉料，很大程度上影响施工性能和聚脲涂层的力学性能。

现有聚脲涂料存在的问题有：

1)经过脱水的端氨基聚醚，端羟基聚醚、氨类扩链剂添加分子筛粉体。分子筛容易沉底，严重时硬沉，在实际操作时容易堵枪，造成施工效率低下，容易出现漆膜弊病；

2)未经过脱水的端氨基聚醚，端羟基聚醚含水率都比较高，添加的吸水材料极容易吸水而硬沉，施工过程容易出现堵枪，造成施工效率低下。而且含水量过高容易和固化剂的异氰酸酯反应放出二氧化碳而产生气泡导致漆膜弊病。

喷涂聚脲弹性涂料在喷涂过程中出现堵枪严重影响着施工进度和施工性能。

发明内容：

本发明提出了一种喷涂聚脲弹性涂料，通过加入多官能度噁唑烷解决了涂料在喷涂过程中堵枪的问题，从而解决现有技术中存在的问题。

本发明的第一个目的是提供一种喷涂聚脲弹性涂料，由A组分和B组分组成，所述A组分原料按质量百分比配比如下：多异氰酸酯55％～65％，聚醚多元醇35％～45％；所述B组分原料按质量百分比配比如下：端氨基聚醚45％～55％，胺类扩链剂34-45％，多官能度噁唑烷5～10％，消泡剂0.5～1％，分散剂0.5～1％。

通过在经过脱水的端氨基聚醚、端羟基聚醚和氨类扩链剂添加多官能度噁唑烷，更能保证体系的储藏稳定性，多官能度噁唑烷会优先与在包装、运输、使用过程中少量的湿气优先反应生成含有氨基与羟基的开环化合物，再与聚脲固化剂的异氰酸酯基反应而固化，整个固化过程无二氧化碳气体生成，很好的解决了漆膜起泡的弊病。

所述多官能度噁唑烷选自丙二酸二-2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷酯，1,1,5,5-戊烷端四甲酸四-2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷酯，2-异丙基-3-羟乙基-1,3-噁唑烷中的至少一种。多官能度噁唑烷会优先与在包装、运输、使用过程中少量的湿气优先反应生成含有氨基与羟基的开环化合物，再与聚脲固化剂的异氰酸酯基反应而固化，整个固化过程无二氧化碳气体生成，很好的解决了漆膜起泡的弊病。

所述多异氰酸酯选自4,4’-MDI(4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯)、2,4’-MDI(2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯)，PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)，IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)，HMDI(二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯)中的至少一种。多异氰酸酯在本发明中的作用是反应性单体，根据NCO％含量，可计算出多异氰酸酯的添加量。在制备聚脲弹性涂料过程中，可提供硬段浓度及交联点。

所述聚醚多元醇选自数均分子量为500-5000的下列物质中的至少一种：聚氧化丙烯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、聚丁二烯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇。聚醚多元醇是一种反应性软段树脂，与异氰酸酯反应形成一种半预聚物。选择所述几种聚醚多元醇是因为分子量可调节软段的浓度，分子量不同，制出的产品弹性不同，从而根据不同的指标制作出不同弹性的产品。

所述端氨基聚醚选自数均分子量为400～5000的下列物质中的至少一种：聚醚二元胺、聚醚三元胺。端氨基聚醚是一种反应性软段树脂，与异氰酸酯反应，生生成脲键的聚合物，是喷涂聚脲最重要的树脂之一。

所述胺类扩链剂选自二乙基甲苯二胺、4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷中的至少一种。胺类扩链剂在本发明中起到分子间扩链作用，增加交联点，调节漆膜的软硬程度。选用的扩链剂反应速度非常快有利于喷涂快速固化。

所述消泡剂选自EfkaSI2723、EfkaPB2001、EfkaPB2720中的至少一种，消泡剂在本发明中的作用是抑制泡沫产生或消除已产生的泡沫。EfkaSI2723、EfkaPB2001和EfkaPB2720购自巴斯夫公司，其中EfkaSI2723为无溶剂体系含硅消泡剂，EfkaPB2001和EfkaPB2720为溶剂型不含硅消泡剂。

所述分散剂选自Efka4585、Efka5205、Efka1101中的至少一种，分散剂在本发明中的作用是提高和改善固体或液体物料的分散性能。Efka4585、Efka5205、Efka1101购自巴斯夫公司，其中Efka4585为可控自由基聚合的丙烯酸嵌段共聚物，Efka5205为不饱和聚酰胺和酸酯盐，Efka1101为改性溶剂型聚丙烯酸酯。

本发明的第二个目的是提供一种喷涂聚脲弹性涂料的制备方法，包括A组分和B组分的制备方法，包括如下步骤：

(1)A组分的制备方法：将所述聚醚多元醇升温90-110℃脱水1-2小时，加入所述多异氰酸酯进行反应3-5小时，降温，过滤包装；

(2)B组分的制备方法：将所述端氨基聚醚和所述胺类扩链剂升温90-100℃脱水1-2小时，降温至60℃，加入所述多官能度噁唑烷、消泡剂和分散剂，充分分散，过滤包装。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下列举实施例对本发明进一步详细说明。以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

除特别说明，本发明采用的原料和设备为本技术领域常规市购，本发明采用的方法为本技术领域常规使用的方法。

实施例1

一种喷涂聚脲弹性涂料，由A组分和B组分组成，A组分原料按质量百分比配比如下：多异氰酸酯55％～65％，聚醚多元醇35％～45％；B组分原料按质量百分比配比如下：端氨基聚醚45％～55％，胺类扩链剂34-45％，多官能度噁唑烷液状除水剂5～10％，消泡剂0.5-1％，分散剂0.5-1％。

所述多异氰酸酯选自4,4’-MDI(4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯)、2,4’-MDI(2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯)，PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)，IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)，HMDI(二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯)中的至少一种。

聚醚多元醇为数均分子量为500-5000的下列物质中的至少一种：聚氧化丙烯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、聚丁二烯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇。

多官能度噁唑烷为丙二酸二-2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷酯，1,1,5,5-戊烷端四甲酸四-2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷酯，2-异丙基-3-羟乙基-1,3-噁唑烷中的至少一种。

端氨基聚醚是数均分子量为400～5000的下列物质中的至少一种：聚醚二元胺、聚醚三元胺。

胺类扩链剂为下列物质中的至少一种：二乙基甲苯二胺、4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷。

消泡剂为下列物质中的至少一种：EfkaSI2723、EfkaPB2001、EfkaPB2720。

分散剂为下列物质中的至少一种：Efka4585、Efka5205、Efka1101。

一种喷涂聚脲弹性涂料的制备方法，包括A组分和B组分的制备方法，包括如下步骤：

(1)A组分的制备方法：将聚醚多元醇升温90-110℃脱水1-2小时，加入多异氰酸酯进行反应3-5小时，降温，过滤包装；

(2)B组分的制备方法：将端氨基聚醚和胺类扩链剂升温90-100℃脱水1-2小时，降温至60℃，加入多官能度噁唑烷、消泡剂和分散剂，充分分散，过滤包装。

待喷涂施工时，按照A、B组分体积比1:1进行混合，喷涂即可。

实施例2

与实施例1相同，不同之处在于：

多异氰酸酯在本实施例中优选4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，其质量百分比为55％；聚醚多元醇在本实施例中优选聚氧化丙烯多元醇330N，其质量百分比为45％；多官能度噁唑烷在本实施例中优选2-异丙基-3-羟乙基-1,3-噁唑烷，其质量百分比为10％；端氨基聚醚在本实施例中优选聚醚胺JeffamineD1000和聚醚胺JeffamineT5000的混合物，聚醚胺JeffamineD1000的质量百分比为30％，聚醚胺JeffamineT5000的质量百分比为25％；胺类扩链剂在本实施例中优选二乙基甲苯二胺，其质量百分比为34％；消泡剂为EfkaSI2723，其质量百分比为0.5％；分散剂为Efka4585，其质量百分比为0.5％。

实施例2中制出的涂料由于A组分和B组分都是均匀的液体状态，所以在高温高压的喷涂状态下非常顺畅，不存在因为材料引起堵枪现象。由于聚醚胺含水率比较高，加入的多官能团噁唑烷可以在生产、包装、运输、施工中途高温高湿天气等等，起到消除湿气的作用。使漆膜在固化过程中几乎无气泡产生，大大增加了漆膜的力学性能。如果多官能团噁唑烷添加量在10％以上，除水效果没有明显变化，漆膜力学性能也基本无变化。

实施例3

与实施例1相同，不同之处在于：

多异氰酸酯在本实施例中优选4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和2，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，其中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的质量百分比为35％，2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的质量百分比为30％；聚醚多元醇在本实施例中优选聚碳酸酯多元醇1000D，其质量百分比为35％；多官能度噁唑烷在本实施例中优选丙二酸二-2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷酯，其质量百分比为8％；端氨基聚醚在本实施例中优选聚醚胺JeffamineD2000，其质量百分比为45％；胺类扩链剂在本实施例中优选4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷，其质量百分比为45％；消泡剂为EfkaPB2001，其质量百分比为1％；分散剂为Efka5205，其质量百分比为1％。

实施例3中，A组分和B组分都是均匀的液体状态，所以不存在因为材料引起堵枪现象。由于聚醚胺含水率比较高，加入的多官能团噁唑烷可以在生产、包装、运输、施工中途高温高湿天气等等，起到消除湿气的作用。根据实验经验，如果多官能团噁唑烷添加量在5％以下，除水效果大大减弱，特别是在高湿天气，漆膜力学性能影响也比较大。

实施例4

与实施例1相同，不同之处在于：

多异氰酸酯在本实施例中优选PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)，其质量百分比为60％；聚醚多元醇在本实施例中优选聚丙烯酸酯多元醇2000D其质量百分比为40％；多官能度噁唑烷在本实施例中优选1,1,5,5-戊烷端四甲酸四-2，2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷酯，其质量百分比为5％；端氨基聚醚在本实施例中优选聚醚胺JeffamineD2000，其质量百分比为50％；胺类扩链剂在本实施例中优选4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷，其质量百分比为43.5％；消泡剂为EfkaPB2720，其质量百分比为0.7％；分散剂为Efka1101，其质量百分比为0.8％。

实施例4中，A组分和B组分都是均匀的液体状态，所以不存在因为材料引起堵枪现象。根据实验数据表明，如果多官能团噁唑烷添加量在5％以下，除水效果大大减弱，特别是在高湿天气漆膜容易起泡、缩孔等弊病。

实施例5

与实施例1相同，不同之处在于：

多异氰酸酯在本实施例中优选IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)和HMDI(二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯)的混合物，其中IPDI的质量百分比为28％，HMDI的质量百分比为30％；聚醚多元醇在本实施例中优选聚丁二烯多元醇400D和聚四氢呋喃醚多元醇3000D的混合物，其中聚丁二烯多元醇400D的质量百分比为12％，聚四氢呋喃醚多元醇3000D的质量百分比为30％；多官能度噁唑烷在本实施例中优选1,1,5,5-戊烷端四甲酸四-2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷酯，其质量百分比为7％；端氨基聚醚在本实施例中优选聚醚胺JeffamineD2000和聚醚胺JeffamineT400的混合物，其中聚醚胺JeffamineD2000的质量百分比为38％，聚醚胺JeffamineT400的质量百分比为10％；胺类扩链剂在本实施例中优选4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷，其质量百分比为24％；二乙基甲苯二胺，其质量百分比为20％；消泡剂为EfkaPB2720，其质量百分比为1％；分散剂为Efka1101，其质量百分比为1％。

对比例1

与实施例1相同，不同之处在于：

多异氰酸酯在本实施例中优选4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，其质量百分比为55％；聚醚多元醇在本实施例中优选聚氧化丙烯多元醇2000D，其质量百分比为45％；多官能度噁唑烷在本实施例中优选2-异丙基-3-羟乙基-1,3-噁唑烷，其质量百分比为0％；端氨基聚醚在本实施例中优选聚醚胺JeffamineD1000和聚醚胺JeffamineT5000的混合物，聚醚胺JeffamineD1000的质量百分比为30％，聚醚胺JeffamineT5000的质量百分比为30％；胺类扩链剂在本实施例中优选二乙基甲苯二胺，其质量百分比为39％；消泡剂为EfkaSI2723，其质量百分比为0.5％；分散剂为Efka4585，其质量百分比为0.5％。

对比试验1在正常连续施工过程中不会引起堵枪现象，但是材料在桶盖敞开放置超过24小时之后将影响漆膜的力学性能，严重时会产生气泡。在高温高湿的环境下桶盖敞开放置超过24小时之后喷涂漆膜表观出现大量气泡。根据实验数据还表明添加的2-异丙基-3-羟乙基-1,3-噁唑烷的质量百分比为1-4％时，漆膜表面都会出现不同程度的气泡，当添加至4％时，表面气泡减少，漆膜性能影响也较小。

对比例2

与实施例1相同，不同之处在于：

多异氰酸酯在本实施例中优选4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，其质量百分比为35％；2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，其质量百分比为30％；聚醚多元醇在本实施例中优选聚碳酸酯多元醇1000D其质量百分比为35％；添加分子筛吸水剂3％；端氨基聚醚在本实施例中优选聚醚胺JeffamineD2000，其质量百分比为50％；胺类扩链剂在本实施例中优选4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷，其质量百分比为45％；消泡剂为EfkaPB2001，其质量百分比为1％；分散剂为Efka5205，其质量百分比为1％。

配方中加入分子筛粉虽然有良好的吸水作用，正常情况下都能较好的除去体系中的水气跟外界水气的影响。但是容易吸湿气而沉底甚至硬沉而造成施工堵枪，并且粉料在快速固化体系中影响漆膜的致密性而影响漆膜力学性能。

对比例3

与实施例1相同，不同之处在于：

使用了单官能度噁唑烷3-丁基-2-(1-乙基戊基)恶唑烷。

多异氰酸酯在本实施例中优选4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，其中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的质量百分比为35％，2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的质量百分比为30％；聚醚多元醇在本实施例中优选聚碳酸酯多元醇1000D，其质量百分比为35％；单官能度噁唑烷3-丁基-2-(1-乙基戊基)恶唑烷其质量百分比为10％；端氨基聚醚在本实施例中优选聚醚胺JeffamineD2000，其质量百分比为55％，胺类扩链剂在本实施例中优选4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷，其质量百分比为34％；消泡剂为EfkaPB2001，其质量百分比为0.5％；分散剂为Efka5205，其质量百分比为0.5％。

配方中加入单官能度噁唑烷由于开环反应中有小分子丙酮的挥发，需要消耗一定时间，容易出现体系中异氰酸酯与湿气发生固化反应，当添加量超过10％时，生产的小分子丙酮容易引起漆膜气泡。而多官能度噁唑烷含有多个噁唑烷结构单元可以在生产、包装、运输、施工中途高温高湿天气等等，起到消除湿气的作用，与聚醚相容性好能充分均匀地溶解在体系中，即使吸水也不会产生沉淀而导致堵枪。

对比例4

与实施例1相同，不同之处在于：

添加质量百分比为11％的多官能度噁唑烷。

多异氰酸酯在本实施例中优选4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，其质量百分比为35％；2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，其质量百分比为30％；聚醚多元醇在本实施例中优选聚碳酸酯多元醇1000D其质量百分比为35％；2-异丙基-3-羟乙基-1,3-噁唑烷其质量百分比为11％；端氨基聚醚在本实施例中优选聚醚胺JeffamineD2000，其质量百分比为43％；胺类扩链剂在本实施例中优选4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷，其质量百分比为45％；消泡剂为EfkaPB2001，其质量百分比为0.5％；分散剂为Efka5205，其质量百分比为0.5％。

配方中加入2-异丙基-3-羟乙基-1,3-噁唑烷有良好的吸水作用，除去体系中的水气跟外界水气的影响。并且是施工过程中消除了堵枪风险，但实验数据表明，力学性能跟添加5-10％几乎无区别，当添加增加到15％反而影响力学性能。

根据GB/T23446-2009《喷涂聚脲防水涂料》，实施例2～5性能对比如表1。

表1

根据表1的实验数据表明，实施例2、实施例3、实施例4和实施例5都能符合GB/T23446-2009《喷涂聚脲防水涂料》的技术指标，当多官能团噁唑烷添加量在8％时漆膜的力学性能最理想，当添加量在10％时，存储稳定性最好，特别在高温高湿环境更为明显。

根据GB/T23446-2009《喷涂聚脲防水涂料》，对比例1～4性能对比如表2。

表2

根据表2的实验数据表明，对比例1中不添加除水剂，漆膜有气泡严重的影响了拉伸强度，对比例2中虽然各项性能都符合国标，但是在实际运用过程中由于分子筛吸湿气之后沉淀，甚至硬沉导致堵枪，影响施工进度。对比例3中使用了单官能度的噁唑烷除水剂，由于反应过程中释放出少量的小分子物质，影响了漆膜拉伸强度跟致密性，当添加量过多时漆膜会起泡。

对比例4配方中加入质量百分比为11％的多官能度噁唑烷，其具有良好的吸水作用，可除去体系中的水气跟外界水气的影响，并且使施工过程中消除了堵枪风险，实验数据表明，加入质量百分比为11％的多官能度噁唑烷的聚脲弹性涂料的力学性能跟添加质量百分比为5-10％的多官能度噁唑烷的力学性能几乎无区别，当多官能度噁唑烷添加量增加到15％时反而会影响聚脲弹性涂料的力学性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种喷涂聚脲弹性涂料，由A组分和B组分组成，其特征在于：所述A组分原料按质量百分比配比如下：

多异氰酸酯 55％～65％，

聚醚多元醇 35％～45％；

所述B组分原料按质量百分比配比如下：

所述消泡剂选自EfkaSI2723、EfkaPB2001、EfkaPB2720中的至少一种；所述分散剂选自Efka4585、Efka5205、Efka1101中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于：所述多官能度噁唑烷选自丙二酸二-2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷酯，1,1,5,5-戊烷端四甲酸四-2,2-二甲基-N-羟乙基-1,3-噁唑烷酯，2-异丙基-3-羟乙基-1,3-噁唑烷中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于：所述多异氰酸酯选自4,4’-MDI、2,4’-MDI，PAPI，IPDI，HMDI中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于：所述聚醚多元醇选自数均分子量为400-5000的下列物质中的至少一种：聚氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇。

5.根据权利要求1所述的一种喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于：所述端氨基聚醚选自数均分子量为400～5000的下列物质中的至少一种：聚醚二元胺、聚醚三元胺。

6.根据权利要求1所述的一种喷涂聚脲弹性涂料，其特征在于：所述胺类扩链剂选自二乙基甲苯二胺、4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷中的至少一种。

7.一种权利要求1～6中任一项所述的喷涂聚脲弹性涂料的制备方法，包括A组分和B组分的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)A组分的制备方法：将所述聚醚多元醇升温90-110℃脱水1-2小时，加入所述多异氰酸酯进行反应3-5小时，降温，过滤包装；

(2)B组分的制备方法：将所述端氨基聚醚和所述胺类扩链剂升温90-100℃脱水1-2小时，降温至60℃，加入所述多官能度噁唑烷、消泡剂和分散剂，充分分散，过滤包装。