CN106752845A - 一种聚氨酯建筑涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚氨酯建筑涂料，它主要成分是水固型聚氨酯和水性丙烯酸树脂，它克服了单一的聚氨酯或单一的聚丙烯酸树脂的一些不足，如稳定性、白增稠性和膜的保光性差，固含量高，应用范围不广等，在性质上具有互补作用。此复合涂料兼备了二者的优点，具有耐磨、耐腐蚀和光亮，柔软有弹性，耐水性和机械力学性能好，耐候性佳等特性，而且还有高光泽度、高弹性和优异的耐候性。与传统的其它聚氨酯涂料相比，施工方便且无毒无污染，更环保等优点。

Description

一种聚氨酯建筑涂料

技术领域

本发明涉及一种建筑涂料，尤其是一种聚氨酯建筑涂料。

背景技术

由于世界工业日益发达以及人类对大自然的破坏，节能降耗工作已引起了世界各国的关注和重视，我国的建筑能耗占人类能源消耗的30％以上，提高建筑物保温隔热性能、提高建筑物使用功能、节能降耗是目前建筑选材设计又一重要考虑因素。在建筑涂料领域国内外的发展目标也是向着高效、节省能源和资源、无害化、无污染方向发展。近年开发出的建筑热反射隔热涂料不仅具有装饰性，而且具有热反射隔热效果，应用在建筑屋面和内外墙面对光和热具有很好的阻断及反射作用，在炎热的夏季可抵抗大阳光和环境热对建筑物的烘烤，使室内温度显著降低，在冬季减少热穿墙损耗，达到冬暖夏凉的效果，对建筑节能具有一定贡献。

建材工业除了传统的钢铁、水泥外，还包括20世纪末兴起的新的建材工业)化学建材。聚氨酯(PU)就是其中的一种。聚氨酯作为一种高分子材料，具有可发泡性、弹性、耐磨性、粘结性、耐低温性、耐溶剂性以及耐生物老化性等，因此以其优异的物理机械性能在建筑领域发挥着重要作用，特别是在建筑防水行业、建筑胶粘剂和建筑保温行业这三个方面体现得更加突出。

在聚氨酯建筑涂料方面检索到的相关专利有：

1、中国专利，名称：聚氨酯涂料；申请（专利）号：201010141800.7，此发明提供了一种聚氨酯涂料，包含80%-90%的聚氨基甲酸酪、3%-6%的高联剂、1%-2%的阻燃剂、2%-6%的催化剂、1%-3%的发泡剂、2%-4%的泡沫稳定剂，所述的聚氨基甲酸酪为含羟基的聚醚树脂与异氰酸醋反应生成，所述发泡剂为异氰酸醋与水反应生成的二氧化碳。成分简单，成本比较低，制作工艺简单，并且产品质量好。

2、中国专利，名称：一种可用于建筑的阻燃型水性聚氨酯涂料；申请（专利）号：201510669827.6，此发明公开了一种可用于建筑的阻燃型水性聚氨酯涂料，制备方法为：在三氟甲磺酸二丁酯催化剂存在下，将1，4-双苯与六亚甲基二异氰酸酯按重量比2:1混合，与80-110℃下反应2-4h，再加入对硫磷与反应体系，反应温度80-110℃，反应时间40-60min，得到聚氨酯预聚体；向聚氨酯预聚体中间加入扩链剂和丁酮，于65-85℃条件下搅拌反应3-5h，加入三乙胺进行中和反应10-40min，加水进行乳化，形成一种水性聚氨酯；将铝盐分散液、L-焦谷氨酸、螺环磷酰四氢吡咯酯和N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷加入到水性聚氨酯中，在pH为7的条件下剪切搅拌40-80min，得到阻燃型水性聚氨酯涂料。所得聚氨酯涂料的阻燃性、力学性能均大幅度提高。

3、中国专利，名称：一种水性聚氨酯防水材料；申请（专利）号：201310104511；此发明涉及一种防水涂料，具体涉及一种水性聚氨酯防水涂料，属于涂料技术领域。一种水性聚氨酯防水涂料，由以下原料按其重量百分比配制而成：水性聚氨酯树脂50-60%，自交联丙烯酸弹性乳液25-30%，消泡剂2-3%，分散剂2-3%，苯甲醇1-2%，流平剂0.2-0.3%去离子水余量；所属消泡剂为Nopco；所述分散剂为六偏磷酸纳；所述流平剂为RM-2020。该产品强度高、延伸率达、弹性好，防水效果佳。

聚氨酯具有较好的拉伸强度和抗冲击强度、优异的柔韧性和良好的耐磨损性能，但是单一的聚氨酯涂料的固含量低、自增稠性差，乳胶膜的光泽差，耐水性不足。因此制备高固含量、低成本、无污染的涂料很有必要。

发明内容

本发明的目的是针对上面的不足而本研发一种不但具有附着力强、耐化学性强、耐酸碱性、耐水性、耐溶剂性好、耐温变性、耐候性好、耐沾污性好、涂膜使用寿命长，而且具有：环保、安全、无污染、无毒害的聚氨酯建筑涂料。

本发明一种聚氨酯建筑涂料是这样实现的：

一种聚氨酯建筑涂料，它的主要原料和质量分数为：

水固型聚氨酯 40-50份

水性丙烯酸树脂 15-25份

水 5-8份

硅烷粘接促进剂 3-7份

钛白粉 6-10份

空心玻璃微珠 5-9份

此外还包括助剂8-12份和填充料12-16份。

所述水固化聚氨酯是由甲苯二异氰酸酯、聚醚多元醇为主要原料合成聚氨酯预聚体，再引入含酮羟基的双羟基化合物与预聚体进行交联，合成稳定高交联度的水固型聚氨酯。单组分湿固化聚氨酯涂料是一种含有-NCO 端基的预聚体，适于在潮湿环境中施工。它可与湿气反应，进一步交联固化形成高弹性、坚固耐用的无接缝防水涂膜。涂膜中含有大量的脲键以及氨基甲酸酯键，由于氢键等的作用，涂膜具有优良的附着力、耐磨、耐油、耐酸碱、耐冲击性能，并且电绝缘性好，但须控制含水量，不易过多或过少，否则都将引起交联度和拉伸强度的变化。

所述的水性丙烯酸树脂以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和丙烯酸羟乙酯为只要原料，用偶氮二异丁腈引发，制备树脂预聚体，再以三乙胺中和盐化实现树脂的水溶性，合成具有较好耐水性丙烯酸树脂水分散体，其具有许多优异的性能，如紫外光照射下不易分解变黄，保色性、耐候性、耐老化性能好，耐酸碱腐蚀，原料种类较多并且软硬度可调等。

所述硅烷粘接促进剂为天冬氨酸。通过在聚氨酯中引入硅烷，用于交联可增强模量及拉伸强度而减小伸长率，使密封胶粘接性、耐热、耐湿性和机械性能提高，且提高了树脂和填料间的浸润性、耐溶剂性和耐候性，解决固化速度慢，高湿热环境下可产生气泡和裂纹，降低粘接强度、贮存不稳定的问题。

所述的钛白粉为金红石型二氧化钛，对介质的稳定性可起到保护作用，并能增强漆膜的机械强度和附着力，防止裂纹，防止紫外线和水分透过，延长漆膜寿命，具有较优的反射和隔热性能。

所述的空心微珠为陶瓷空心微珠或玻璃微珠，主要成分二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁、硅酸钠等。粒度为10-20微米、壁厚为1-2微米的空心球体，为内部充斥CO2气体的封闭微型球体。填充于涂料中具有优良的隔热和保温效果，并且具有质轻、低导热、无毒、不燃、化学稳定性好、高分散等优点。

所述助剂为：扩链剂1-3份，流平剂1-2份，分散剂1-3份，增稠剂1-3份，杀菌防霉剂0.5-1份，消泡剂0.5-1.5份，防沉剂1-2份。

所述的扩链剂为乙二胺，它们具有能与反应体系进行化学反应的特定基团，能使聚氨酯迅速扩链和交联，促进分子链延伸、扩展；所述的流平剂为醋酸丁酸纤维素，它具有优良抗湿，耐紫外光、耐寒、柔韧、透明、电绝缘等性能，并能与树脂和高沸点增塑剂有较好的相容性，还能做可剥涂料、绝缘漆、耐候高档漆和人造纤维；所述分散剂为所述的分散剂是带颜料亲和基团的丙烯酸酯共聚体，例如分散剂BYK-116（商品名），该分散剂可达到高光泽并提高着色力，使透明度和遮盖力增加，还可降低粘度，改善流平；所述的增稠剂为羟乙基纤维素，其是一种白色或淡黄色，无味、无毒的纤维状或粉末状固体，具有增稠、悬浮、粘合、乳化、分散、保持水分及保护胶体等性能；所述的杀菌防霉剂是双硫代氨基甲酸酯或五氯苯酚，杀菌防霉剂通过阻碍菌体呼吸，或干扰病原菌的生物合成、破坏细胞壁的合成、阻碍类酯的合成等达到杀菌防霉的目的；所述消泡剂是破泡聚合物与聚硅氧烷的混合物，可在较低浓度下保持很好的消抑泡效果，抑泡性能突出，在中高温强碱条件下性能优良，在水中易分散且和起泡介质的相容性好；所述防沉剂是改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液，通过与涂料体系有选择地不相容，在合适的搅拌速度下，产生细小、针状结晶，通过结晶间的键合力，形成三维网状结构，从而为体系提供了较强的触变性，也就提供了优越的防沉、防流挂性能。

所述填充料为超细滑石粉和云母粉，二者的质量分数比为1:1。超细滑石粉，作为填充料不仅可以起到骨架作用，还可以提高漆膜硬度、增加张力强度、降低变形、伸张率；同时片状结构的滑石粉能阻止小分子溶剂向涂膜内部渗透，有效改善与提高热塑性丙烯酸建筑外墙涂料的耐溶剂性；云母粉呈薄片状结构，在涂膜中平行去向排列，能够增大涂膜的封闭性能，提高涂料的耐老化性和耐腐蚀性。

本涂料的制备方法包括以下步骤：

（1）在混合器中依次加入配方量的水、钛白粉、空心玻璃微珠、助剂、填充料，搅拌均匀；

（2）将步骤（1）所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为40微米以内，再将溶液放回混合器；

（3）向混合器中投入硅烷粘接促进剂、水固化聚氨酯和水性丙烯酸树脂，与步骤（2）中的溶液混合，搅拌均匀。

所述涂料主要用于建筑内墙和建筑外墙的涂刷。

传统的物理共混方法是通过机械搅拌，将稳定的PU乳液和PA乳液混合均匀，得到共混型PUA复合乳液。PU乳液通常采用聚醚二元醇和多异氰酸酯进行预聚，然后扩链，引入羧基，再用碱中和后用水强力分散乳化，得到阴离子自乳化PU乳液；PA乳液是采用传统的乳液聚合方法，制备混合丙烯酸酯的共聚乳液。这种复合乳液在一定程度上兼具PU和PA乳液的性能，PU和PA两者能有较好的相容性，但并不完全相容，还存在一定的相分离，这主要是由于聚氨酯氨酯键的极性氢原子与丙烯酸链段中酯基上的氧原子形成氢键作用不太强。

化学共混法同样可以是先制备PU乳液和PA乳液，然后在任一乳液中加入交联剂，通过机械搅拌，使稳定的PU乳液和PA乳液混合均匀并发生交联，最后固化成膜。化学共混法通过化学键的作用力将PU和PA连在一起，所以可获得综合性能较物理共混优异的乳液及涂膜。寻找好的交联剂和交联方式，改善其相容性，将会提高共混乳液的成膜性能。

硅烷连接促进剂属于硅烷偶联剂的一种，是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物。在它的分子中，同时具有能与无机材料与有机材料(如合成树脂)结合的反应基团。本发明就是通过硅烷连接促进剂的这种特性将这两种性能差异很大的材料偶联起来，以提高复合材料的性能和增加粘接强度，从而获得性能优异的、可靠的新型复合材料。

本发明的优点有：

1.本发明克服了单一的聚氨酯或单一的聚丙烯酸树脂的一些不足，如稳定性、白增稠性和膜的保光性差，固含量高，应用范围不广等。聚氨酯与聚丙烯酸树脂在性质上具有互补作用。此复合涂料兼备了二者的优点，具有耐磨、耐腐蚀和光亮，柔软有弹性，耐水性和机械力学性能好，耐候性佳等特性。

2.本方法硅烷粘接促进剂实现了聚氨酯及丙烯酸酯的共聚，该种方法制得的乳液涂膜不但具有优异的物理机械性能、耐水性，而且还有高光泽度、高弹性和优异的耐候性。

3.水固化聚氨酯涂料与传统的其它聚氨酯涂料相比，具有以水为固化剂，施工方便且无毒无污染，更环保；水较其它固化剂而言，成本更低；能在较宽的温度范围内固化等优点。

具体实施例

实施例1

在混合器中依次加入5份水、10份钛白粉、7份空心玻璃微珠、9份助剂（包括扩链剂1份、流平剂2份、分散剂3份、增稠剂1份、杀菌防霉剂0.5份、消泡剂0.5份、防尘剂1份）、12份填充料（超细滑石粉：云母粉=1:1），搅拌均匀，将所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为40微米以内，再将溶液放回混合器，向其中投入3份硅烷粘接促进剂、50份水固化聚氨酯和15份水性丙烯酸树脂，混合后搅拌均匀。

实施例2

在混合器中依次加入8份水、6份钛白粉、9份空心玻璃微珠、13份助剂（包括扩链剂3份、流平剂2份、分散剂1份、增稠剂3份、杀菌防霉剂0.5份、消泡剂1.5份、防尘剂2份）、16份填充料（超细滑石粉：云母粉=1:1），搅拌均匀，将所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为40微米以内，再将溶液放回混合器，向其中投入7份硅烷粘接促进剂、45份水固化聚氨酯和25份水性丙烯酸树脂，混合后搅拌均匀。

实施例3

在混合器中依次加入6份水、7份钛白粉、5份空心玻璃微珠、8份助剂（包括扩链剂1份、流平剂1份、分散剂2份、增稠剂1份、杀菌防霉剂1份、消泡剂1份、防尘剂1份）、14份填充料（超细滑石粉：云母粉=1:1），搅拌均匀，将所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为40微米以内，再将溶液放回混合器，向其中投入5份硅烷粘接促进剂、40份水固化聚氨酯和20份水性丙烯酸树脂，混合后搅拌均匀。

根据GB/T1723-93、GB/T 1724-89、GB/T 1731-93、GB/T 1732-93、GB/T1733-93、GB/T 1734-93标准评定，结果列于下表。

Claims (8)

1.一种聚氨酯建筑涂料，其特征在于：它的主要原料和质量分数为：

水固型聚氨酯 40-50份；

水性丙烯酸树脂 15-25份；

水 20-30份；

硅烷粘接促进剂 3-7份；

钛白粉 6-10份；

空心玻璃微珠 5-9份。

2.根据权利要求1所述聚氨酯建筑涂料，其特征在于：还包括助剂8-12份和填充料12-16份。

3.根据权利要求1所述聚氨酯建筑涂料，其特征在于：所述硅烷粘接促进剂为天冬氨酸。

4.根据权利要求1所述聚氨酯建筑涂料，其特征在于：所述钛白粉为金红石型二氧化钛。

5.根据权利要求2所述聚氨酯建筑涂料，其特征在于：所述助剂为：扩链剂1-3份，流平剂1-2份，分散剂1-3份，增稠剂1-3份，杀菌防霉剂0.5-1份，消泡剂0.5-1.5份，防沉剂1-2份。

6.根据权利要求2所述聚氨酯建筑涂料，其特征在于：所述填充料为超细滑石粉和云母，二者的质量分数比为1:1。

7.根据权利要求1所述聚氨酯建筑涂料，其特征在于：制备方法包括以下步骤：

（1）在混合器中依次加入配方量的水、钛白粉、空心玻璃微珠、助剂、填充料，搅拌均匀；

（2）将步骤（1）所得溶液通过磨砂机研磨至粒度为40微米以内，再将溶液放回混合器；

（3）向混合器中投入硅烷粘接促进剂、水固型聚氨酯和水性丙烯酸树脂，与步骤（2）中的溶液混合，搅拌均匀。

8.根据权利要求1所述聚氨酯建筑涂料，其特征在于：所述涂料在制备建筑内墙和建筑外墙涂料方面的应用。