CN106752850A - 可迅速固化、防水、耐高低温、低voc聚氨酯涂料 - Google Patents

可迅速固化、防水、耐高低温、低voc聚氨酯涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚氨酯涂料，具体涉及一种具有防水、加固、保温性能的聚氨酯涂料，其制备原料包含：聚醚多元醇80‑100份；填料15‑30份；匀泡剂0.1‑0.6份；流平剂0.4‑1份；色浆5‑10份；催化剂0.01‑0.03份；固化剂78‑110份。

Description

可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯涂料，具体涉及一种具有防水、加固、保温性能的聚氨酯涂料。
技术背景
聚氨酯(聚脲)是由异氰酸酯组份与氨基化合物组份反应生成的一种弹性体物质。传统的聚氨酯防水涂料使用芳香族异氰酸酯化合物(如MDI、TDI等)作为反应原料，耐候性差，长期暴露在室外会发生黄变和粉化现象，不仅影响涂层的力学性能和使用寿命，而且影响装饰效果，因而难以满足室外直接暴露使用的要求。由于性能不足，传统的聚氨酯防水涂料在日常生活中的应用尤其受限。
现有技术中，已有多种方法试图改进聚氨酯涂料的耐候性能和力学性能。例如，CN1350018A披露了一种基于IPDI、HDI的新型聚氨酯涂料，然而，这种聚氨酯涂料是固体粉末涂料，且固化温度为150-220℃，不适合于常温固化操作，此外，该涂料不具备防水特性。
针对上述问题，本发明提供一种具有防水、加固、保温性能的聚氨酯涂料，以满足实际生活中的使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，按重量份计，其制备原料包含：
作为本发明的一种实施方式，所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，按重量份计，其制备原料包含：
作为本发明的一种实施方式，所述聚醚多元醇由起始剂、环氧化物和催化材料制备得到。
作为本发明的一种实施方式，所述聚醚多元醇选自聚醚多元醇YH-330、聚醚多元醇FR-600、聚醚多元醇Fyrol-6、聚醚多元醇IXOLB251、聚醚多元醇IXOLM125、聚醚多元醇P430、聚醚多元醇ExolitOP-560、聚醚多元醇ExolitOP-550、聚醚多元醇SaytexRB-79、聚醚多元醇PHT4Diol、聚醚多元醇DL-2000D、聚醚多元醇N-330、聚醚多元醇YNW-220、聚醚多元醇YNW-210H、聚醚多元醇YNW-215H、聚醚多元醇YEP-330N、聚醚多元醇MN-3050、聚醚多元醇GEP-560S、聚醚多元醇GEP-330N、聚醚多元醇GEP-628、聚醚多元醇GE-220、聚醚多元醇TEP-330N、聚醚多元醇TEP-551C、聚醚多元醇MN-799、聚醚多元醇GY-420中的一种或几种。
作为本发明的一种实施方式，所述催化剂选自胺化合物或有机金属化合物。
作为本发明的一种实施方式，所述填料选自氢氧化铝、微米氢氧化镁、硼酸锌、碳酸钙、氧化钛、蒙脱土、含氟锂蒙脱土、合成氟化云母、钠钾硅酸铝、钾硅酸铝、铝硅纤维、铝纤维、埃洛石纳米管、碳纳米管、纳米羟基磷灰石中的任意一种或几种的组合。
作为本发明的一种实施方式，所述流平剂选自Byketol-OK、Byketol-Special、Byketol-WS、CDS35-1、CDS55-1、BLP-403、BLP-404、BLP-402、PLA-1、BYK-380、BYK-381、BYK-322、BYK-323、BYK-077、BYK-085、BYK-300、BYK-301、BYK-335、BYK-302、BYK-331、BYK-306、BYK-330、BYK-341、BYK-344、BYK-307、BYK-333、BYK-315、BYK-320、BYK-325、BYK-310、BYK-370、BYK-373、BYK-375、BYK-371、BYK-346、BYK-345、BYK-348中的至少一种。
作为本发明的一种实施方式，所述固化剂为含有异氰酸酯基团的固化剂。
本发明的第二方面提供一种制备上述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料的制备方法，所述制备步骤为：首先将填料、匀泡剂、流平剂加入到水中搅拌均匀；其次加入色浆搅拌均匀；再加入聚醚多元醇和催化剂，搅拌均匀，调节水分含量<1000ppm；使用时，在搅拌下加入固化剂，搅拌均匀，获得可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料。
本发明的第三方面提供上述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料在建筑领域中的应用，其特征在于，所述涂料适用于工业与民用建筑、场馆地下工程；屋面、建筑外墙、厨房、卫生间、楼板、阳台；贮水池、市政工程；地铁、隧道、桥梁、通道、洞库、人防；游泳池、人造喷泉、景观水池；旧建筑外墙的防水、加固治理。
具体实施方式
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本公开内容。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1-5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1-4”、“1-3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3和5”等，即表示将“-”的前后记载的数值分别作为最小值和最大值而含有的范围。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方案、实施例或示例以及不同实施方案、实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个优选地实施方案”、“一些优选地实施方案”、“作为优选地方案”、“示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本发明中，所述聚氨酯与聚脲通用，同时具有别称：TXP-723。
本发明提供一种可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，按重量份计，其制备原料包含：
本发明提供一种可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，按重量份计，其制备原料包含：
聚醚多元醇
聚醚多元醇，简称聚醚，是由起始剂(含活性氢基团的化合物)与环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或者四氢呋喃等在催化剂存在下经加聚反应制得，其主链上含有醚键-R-O-R-，并且端基为羟基的一类化合物。聚醚多元醇可以是环氧化合物的均聚物，例如四氢呋喃的均聚物；也可以是几种环氧化合物的共聚物，例如四氢呋喃和环氧丙烷的共聚物。
聚醚的合成是均聚或者共聚单体在催化剂体系的作用下经阳离子开环聚合而成，其中除本身的均聚或者共聚单体以外，起影响性作用的是起始剂和催化剂。
常用催化剂为路易斯酸和杂多酸及其负载型，例如可以是叔氧鎓盐、碳正离子、强质子酸、路易斯酸、稀土催化剂、碘、分子筛类、复合氧化物或固体超强酸中的一种或多种。
在聚醚生产中，起始剂是一类含活泼氢原子的化合物，他们和自由基聚合中的引发剂不同，聚醚的起始剂是聚醚链段的开端，环氧化合物在起始剂上进行链增长。
作为聚醚多元醇合成的起始剂，按照活性基团性质区分，用于聚醚多元醇合成的起始剂主要分为含有羟基化合物和含有胺基的化合物。
起始剂主要有多元醇类和多元胺类，多元醇类主要有三官能度的丙三醇和三羟甲基丙烷，四官能度的主要是季戊四醇，五官能度的主要有木糖醇，六官能度的主要有二季戊四醇和山梨醇等，此外还有环状结构的多羟基化合物等，如淀粉和环糊精等。胺类起始剂主要有乙二胺、丁二胺，一个胺基具有两个活性中心，可生成两个支化结构的聚合物，因此用二胺类作为起始剂合成的共聚醚官能度理论值为4。合成星形共聚醚的起始剂可以是分子量较小的小分子起始剂，也可以是分子量较大的大分子起始剂。小分子起始剂反应活性高，聚合反应速率较快，但有部分小分子起始剂由于活性基团紧凑，导致聚合单体在起始剂上发生聚合时，其较大的空间位阻效应致使其部分活性基团发生聚合反应，造成聚合效果不理想。用大分子起始剂由于本身相对分子质量较大，端基活性较弱，聚合速率不及小分子起始剂，但得到的聚醚多元醇链段结构明确。
作为本发明的一种实施方式，所述起始剂选自不含有芳香环的起始剂，同时优选为含有2个以上官能团的起始剂。
作为本发明的一种优选方式，所述起始剂为季戊四醇和式(1)～式(4)物质中的一种的混合物。
式(1)：CAS号：1186467-50-4。
式(2)：CAS号：1186467-37-7。
式(3)：CAS号：1186467-07-1。
式(4)：CAS号：859506-65-3。
作为本发明的一种实施方式，式(1)～式(4)中优选式(1)，且季戊四醇和式(1)重量比为1：0.2。
本发明中，所述环氧化合物不做具体限定，可以是四氢呋喃、环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷中的一种均聚或者是几种的共聚。
作为本发明的一种实施方式，所述聚醚多元醇的制备方式可以采用本领域技术人员已知的制备方法，所述聚醚多元醇的制备主要采用阳离子聚合的原理制备得到。本发明中，优选起始剂为季戊四醇和式(1)重量比为1：0.2的混合物，共聚单体为四氢呋喃和环氧丙烷，三氟化硼乙醚络合物为催化剂。具体制备过程如下：
将单体四氢呋喃、季戊四醇和式(1)混合，在催化剂三氟化硼乙醚络合物下，冰盐浴冷却至-5℃，在搅拌下缓慢加入环氧丙烷，进行聚合；将聚合后的聚醚多元醇进行精制处理。
精制：
在阳离子开环聚合制备四氢呋喃-环醚共聚醚多元醇的过程中，由于反应复杂，副反应繁多，往往伴随着一定量环状齐聚物的生成。环状齐聚物是低分子量的冠醚，因此其结构中含无端羟基，从而会使共聚醚的平均官能度偏低，并影响到聚氨酯制品的性能，如用该聚醚多元醇制备的聚氨酯，当温度升高，低相对分子质量的齐聚物慢慢地挥发，并使其溶解有机溶剂的能力不断提高，结果当该聚氨酯产品暴露于高温或者接触有机溶剂时，会引起质量的减少以及产品尺寸的变化。粗制的共聚醚中常含有7％～15％或更多的环状齐聚物副产物。环状齐聚物副产物是一系列的小分子冠醚，它们的存在将严重损害聚氨酯产品的性能。粗聚醚中也含有少量的催化剂，少量催化剂的存在也会影响聚氨酯产品的性能。要制备高质量，窄分布的聚醚多元醇，一方面可以通过控制聚合反应条件，提高反应的转化率。另一方面可以通过后处理除掉低相对分子质量齐聚物，常用的方法有溶剂萃取、蒸馏、膜分离、超临界萃取、降解等。
本发明中，主要采用溶剂萃取的方法进行粗聚醚的精制。
羟值的测定
羟值是表征聚醚多元醇性质的重要参数，不同羟值的聚醚多元醇可以得到性质迥然不同的制品。其定义为：与每克试样中羟基含量相当的氢氧化钾毫克数单位为mg KOH/g。目前，测定羟值的方法有化学分析法、仪器分析法、化学分析与仪器分析相结合的方法。以化学分析法测定羟值是基于羟基官能团进行的各种化学反应。归纳起来有以下几种方法：乙酸酐酰化法、邻苯二甲酸酐酰化法、甲酰化法、溴化法、高碘酸氧化法、偶联法、活性氢法等。本发明中，主要采用酰化法测定聚醚羟基的方法。
酰化法测定聚醚羟值的方法包括乙酸酐酰化法、邻苯二甲酸酐酰化法。这两种方法的测定原理是利用样品中的羟基与酸酐进行定量酰化(也称酯化)反应生成酯和酸，用碱标准溶液滴定由过量的酸酐水解生成的酸。
(1)乙酸酐酰化法
乙酸酐酰化法反应较快，但试剂较易挥发，而且受低碳醛的干扰。其测定原理为：在吡啶存在下，聚醚中的羟基与乙酸酐定量地发生酯化反应，用标准碱溶液滴定未反应的乙酸酐经水解后生成的乙酸。根据空白实验及样品实验所消耗标准碱溶液的量，可计算出聚醚的羟值。吡啶对乙酸酐来说是不活泼的溶剂，但吡啶作为质子清除剂及亲核催化剂，可中和反应生成的乙酸，加速反应的进行，并使乙酰化反应趋于完全。吡啶催化的乙酰化反应是通过形成乙酰吡啶离子中间物再与醇羟基反应。
(2)邻苯二甲酸酐酰化法
邻苯二甲酸酐酰化法测定原理与乙酸酐-乙酰化法相似，在一定条件下，苯酐很容易和聚醚中的羟基起定量反应，未参加反应的苯酐经水解后，用标准NaOH或KOH溶液滴定。邻苯二甲酸酐酰化法不受醛类和酚类化合物的干扰，试剂不易挥发，但酰化反应速度较慢。
本发明中具体测试羟基的步骤为：
(1)酰化试剂的配制
量取200mL石油醚于500mL烧杯中，加入8.0g乙酸酐，0.4g对甲苯磺酸，摇匀，待对甲苯磺酸溶解后，置于阴暗处24小时。取上层液装入棕色试剂瓶中备用。
(2)羟值测定
称取约0.5g样品(精确至0.0001g)于250mL碘量瓶中，精确移入10.0mL乙酰化试剂，放入磁力搅拌子，摇匀后，盖上塞子，用水密封后，将碘量瓶置于温度保持恒定的水浴中，使锥形瓶底部浸入水面下约1cm处，搅拌并加热0.5小时，待酰化结束后，取出碘量瓶，冷却至室温，用50mL蒸馏水冲洗锥形瓶内壁，封口，室温下搅拌15分钟。待未反应的乙酸酐完全水解后，加入2～3滴酚酞指示剂，用氢氧化钠标准溶液[c(NaOH)＝0.5mol/L]滴定至微红色，持续30秒不变色为终点。同时做空白试验。
按下式计算羟值：
式中，I(OH)—羟基，mg KOH/g试样；
V1—滴定试样时耗用氢氧化钠标准溶液的体积，mL
V0—滴定空白时耗用氢氧化钠标准溶液的体积，mL
C—氢氧化钠标准溶液的浓度，mol/L
ms—样品质量，g
经过多次平均测试，可知本发明中，所述聚醚多元醇的羟值为350-800mg·g-1。
作为本发明的另外一种实施方式，本发明中的聚醚多元醇是分子内的主骨架中具有至少一个或一个以上的醚键的羟基化合物，主骨架中的重复单元可以是饱和烃或不饱和烃的任一个，举例有例如，1，4-丁二醇单元、2-甲基-1，4-丁二醇单元、3-甲基-1，4-丁二醇单元、1，3-丙二醇单元、1，2-丙二醇单元、2-甲基-1，3-丙二醇单元、2，2-二甲基-1，3-丙二醇单元、3-甲基-1，5-戊二醇单元、1，2-乙二醇单元、1，6-己二醇单元、1，7-庚二醇单元、1，8-辛二醇单元、1，9-壬二醇单元、1，10-癸二醇单元、1，4-环己烷二甲醇单元等。
作为本发明的一种实施方式，所述聚醚多元醇选自聚醚多元醇YH-330、聚醚多元醇FR-600、聚醚多元醇Fyrol-6、聚醚多元醇IXOLB251、聚醚多元醇IXOLM125、聚醚多元醇P430、聚醚多元醇ExolitOP-560、聚醚多元醇ExolitOP-550、聚醚多元醇SaytexRB-79、聚醚多元醇PHT4Diol、聚醚多元醇DL-2000D、聚醚多元醇N-330、聚醚多元醇YNW-220、聚醚多元醇YNW-210H、聚醚多元醇YNW-215H、聚醚多元醇YEP-330N、聚醚多元醇MN-3050、聚醚多元醇GEP-560S、聚醚多元醇GEP-330N、聚醚多元醇GEP-628、聚醚多元醇GE-220、聚醚多元醇TEP-330N、聚醚多元醇TEP-551C、聚醚多元醇MN-799、聚醚多元醇GY-420中的一种或几种。
作为本发明的一种实施方式，所述聚醚多元醇可以选自现有的多元醇，例如丙三醇、三羟甲基丙烷、4,4',4'-三羟基三苯甲烷、2,4,6-三羟基嘧啶、1,3,5-三羟基苯、1,2,4-三羟基苯、N-羟乙基-3,6-二羟基咔唑、环戊三醇、2’,2,3-三羟基二苯基醚、1,6,7-三羟基氧杂蒽酮、3,3',5-三羟基联苯、3,3',6-三羟基联苯和2,3,4-三羟基二苯基甲烷中的一种或多种组合。
填料
本发明所述填料是可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料重要组成部分。
本发明提供的涂料组合物中，所述填料包括氢氧化铝、微米氢氧化镁、硼酸锌、碳酸钙、氧化钛、蒙脱土、含氟锂蒙脱土、合成氟化云母、钠钾硅酸铝、钾硅酸铝、铝硅纤维、铝纤维、埃洛石纳米管、碳纳米管、纳米羟基磷灰石中的任意一种或几种的组合。
碳酸钙填料颜色是白色，在涂料中相对胶乳，溶剂价格都便宜，而且颗粒细，能在涂料中均匀分散，所以是大量使用的体质颜料。随着环保意识的提高，建筑上涂料已大量使用水性涂料，碳酸钙由于亲水，价格便宜，应用广泛。碳酸钙的填入可以增强本发明涂料组合物对基层表面的沉积性和渗透性。在厚漆中，碳酸钙可以使涂料增稠、加厚，起一种填充和补平作用。本发明对提供的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料中添加的碳酸钙不作限定，可以是粒径为1000目的碳酸钙。
作为本发明优选地实施方案，所述填料包括碳酸钙、氢氧化铝、微米氢氧化镁、硼酸锌、埃洛石纳米管和纳米羟基磷灰石。
作为本发明优选地实施方案，在本发明提供的涂料组合物中，添加1000目碳酸钙。
作为本发明优选地实施方案，所述埃洛石纳米管(HNTs)是γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPS)改性埃洛石纳米管。具体可通过如下制备方法获得：将埃洛石纳米管去粗、提纯过200目筛后，与三甲氧基硅烷按照质量比1：2-3分散在甲苯中，在不断搅拌下于100℃反应10小时，收集产物洗涤、过滤，在50℃下真空干燥至恒重，获得三甲氧基硅烷改性埃洛石纳米管。
作为本发明优选地实施方式，所述纳米羟基磷灰石是磷灰石中含氢氧根的纯正端元(endmember)，羟基磷灰石的晶系为六方晶系，羟基磷灰石晶体为六方晶系，属L6PC对称型和P63/m空间群，其结构为六角柱体，比重为3.08，摩氏硬度为5。纯的羟基磷灰石粉末是白色，但天然的羟基磷灰石会夹杂着棕色、黄色或绿色。
本发明所述的羟基磷灰石购买自南京埃普瑞纳米材料有限公司。羟基磷灰石性状白色结晶性粉末，不溶于水和有机溶剂。
纳米羟基磷灰石预处理：将纳米羟基磷灰石中加入稀盐酸，室温条件下搅拌30min后，加入稀碳酸氢钠，中和溶液中的盐酸，至溶液呈中性。
改性纳米羟基磷灰石
将预处理后的纳米羟基磷灰石和SOC12混合，然后加入DMF作为催化剂，悬浮液先在破碎机中破碎，然后将混合溶液置于油浴中回流反应，过滤，烘干后将所得的酰氯化羟基磷灰石与十二胺溶液在DMF溶剂中混合，置于油浴锅中反应，最后经过滤和干燥后得到对十二胺改性后的羟基磷灰石。
匀泡剂
本发明中，所述匀泡剂可以是硅氧烷系匀泡剂、含氟化合物系匀泡剂、氧化烯烃---聚硅氧烷的相嵌共聚物、改性有机硅表面活性剂、SiC型聚氨酯匀泡剂中的一类。
作为本发明的一种实施方式，所述匀泡剂可以是匀泡剂BD-3086或匀泡剂BD-3088。
流平剂
流平剂，是一种常用的涂料助剂，它能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。能有效降低涂饰液表面张力，提高其流平性和均匀性的一类物质。可改善涂饰液的渗透性，能减少刷涂时产生斑点和斑痕的可能性，增加覆盖性，使成膜均匀、自然。主要是表面活性剂，有机溶剂等。流平剂种类很多，不同涂料所用的流平剂种类也不尽相同。在本发明提供的涂料组合物中，优选聚丙烯酸、羧甲基纤维素等。作为本发明优选地实施方案，本发明提供的涂料组合物中，添加BYK333、BYK323、OMG-LA2、RM2020为流平剂。所述流平剂选自Byketol-OK、Byketol-Special、Byketol-WS、CDS 35-1、CDS 55-1、BLP-403、BLP-404、BLP-402、PLA-1、BYK-380、BYK-381、BYK-322、BYK-323、BYK-077、BYK-085、BYK-300、BYK-301、BYK-335、BYK-302、BYK-331、BYK-306、BYK-330、BYK-341、BYK-344、BYK-307、BYK-333、BYK-315、BYK-320、BYK-325、BYK-310、BYK-370、BYK-373、BYK-375、BYK-371、BYK-346、BYK-345、BYK-348中的至少一种。
色浆
色浆是按照配方量将水、色粉、润湿分散剂和消泡剂等助剂投入容器，置高速搅拌机下高速搅拌10-15分钟，然后上磨砂机，待细度5微米以下，即得备用色浆。
其中润湿分散剂为聚亚烷基二醇类润湿分散剂，消泡剂为聚亚烷基二醇类消泡剂。
所谓的分散剂、表面活性剂、树脂分散剂等可用作分散染料用的化合物，例如，阴离子型的和非离子型的都可用作分散剂或表面活性剂。阴离子型的实施例包括脂肪酸盐、烷基硫酸盐、烷基苯基磺酸盐、烷基萘磺酸盐、二烷基磺基丁二酸盐、磷酸烷基酯的盐、萘磺酸-福尔马林缩合物、聚氧亚乙基烷基硫酸盐和其取代的衍生物。非离子型的实施例包括聚氧亚乙基烷基醚、聚氧亚乙基苯基醚、聚氧亚乙基脂肪酸酯，脱水山梨醇酯，聚氧亚乙基脱水山梨醇脂肪酸酯，聚氧亚乙基烷基胺，甘油脂肪酸酯，氧亚乙基-氧亚丙基嵌段共聚物以及其取代的衍生物。
用于本发明的色浆包含一水性介质。作为色浆成分之一的水的含量优选为占每种色浆总重量的10％-93％，更为优选的为25％-87％，最为优选的为30％-82％。
水性介质优选含至少一种同水混合的有机溶剂。有机溶剂的实施例包括酮和酮醇，如丙酮和双丙酮醇；醚类，如四氢呋喃和二噁烷；氧化乙烯或氧化丙烯的加成聚合物，如二甘醇、三甘醇、四甘醇、二丙二醇、三丙二醇、聚乙二醇和聚丙二醇；亚烷基部分为2-6个碳原子的亚烷基二醇，如乙二醇、丙二醇、三亚甲基二醇、亚丁基二醇和亚己基二醇；硫代二甘醇；甘油和1，2，6-己三醇；多元醇的低级烷基醚，如乙二醇单甲基(或单乙基)醚，二甘醇单甲基(或单乙基)醚和三甘醇单甲基(或单乙基)醚；多元醇的低级二烷基醚，如三甘醇二甲基(或二乙基)醚和四甘醇二甲基(或二乙基)醚；环丁砜；N-甲基-2-吡咯烷酮；1，3-二甲基-2-咪唑酮等。
上述有机溶剂可以单独或混合使用(如果与水结合的话)。但是，水性介质的最优选的组合物是：至少含一种多元醇。其中，硫代二甘醇或二甘醇的单一溶剂，或二甘醇和硫代二甘醇的混合溶剂体系是特别优选的。有机溶剂的含量一般为色浆总重量的5-60％，优选为5-50％。
催化剂
作为催化剂可例举如胺化合物或有机金属化合物等。
从防止污染的观点来考虑，较好为分子量小于等于500且在分子内具有羟基的叔胺催化剂。如分子量大于500则由于分子内的羟基与有机聚异氰酸酯的反应性降低，因此不适宜。
作为分子量小于等于500且在分子内具有羟基的叔胺催化剂，具体有在N，N-二甲基氨基乙氧基乙氧基乙醇、N，N-二甲基氨基-6-己醇、N，N-二甲基氨基乙氧基乙醇、N，N-二甲基氨基乙氧基乙醇中加成2摩尔的环氧乙烷而得的化合物、5-(N，N-二甲基)氨基-3-甲基-1-戊醇等，但不限定于此。
另外，可使用其它的叔胺催化剂，三亚乙基二胺、二(2-二甲基氨基乙基)醚、N，N，N’，N’-四甲基六亚甲基二胺等。
胺系催化剂的催化剂使用量相对于100质量份的多元醇(A)(使用多元醇(A)以外的高分子量多元醇时，为多元醇(A)和其它高分子量多元醇的合计)较好为0.01～0.03重量份。该使用量超过该范围或小于该范围，由于异氰酸酯基和活性氢的反应固化不充分，因而不适宜。
也可使用有机金属化合物作为催化剂。作为有机金属化合物有有机锡化合物、有机铋化合物、有机铅化合物、有机锌化合物等。例如，二正丁基氧化锡、二正丁基二月桂酸锡、二正丁基二乙酸锡、二正辛基氧化锡、二正辛基二月桂酸锡、单丁基三氯化锡、二正丁基二烷基硫醇锡、二正辛基二烷基硫醇锡等。这些有机金属化合物的使用量相对于100质量份多元醇(A)(使用多元醇(A)以外的高分子量多元醇时，为多元醇(A)和其它高分子量多元醇的合计)较好为未满0.5质量份，特好为0.01-0.03质量份。
固化剂
本发明中所述固化剂为含有异氰酸酯基团的固化剂，例如可以是二异氰酸酯、多异氰酸酯。
本发明中，所述二异氰酸酯选自1,4-环己烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、亚甲基二异氰酸酯、甲基-2,4-二异氰酸酯、间苯二甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、3,3-二甲基-4,4’-联苯二异氰酸酯、二亚甲基苯二异氰酸酯、二甲苯烷二异氰酸酯、L-赖氨酸二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、邻苯二甲基二异氰酸酯、1,5-奈二异氰酸和甲苯-2,4-二异氰酸酯中的一种或多种组合；所述多元醇选自三羟基异黄酮、丙三醇、三羟甲基丙烷、4,4',4'-三羟基三苯甲烷、2,4,6-三羟基嘧啶、1,3,5-三羟基苯、1,2,4-三羟基苯、N-羟乙基-3,6-二羟基咔唑、环戊三醇、2’,2,3-三羟基二苯基醚、1,6,7-三羟基氧杂蒽酮、3,3',5-三羟基联苯、3,3',6-三羟基联苯、2,3,4-三羟基二苯基甲烷和2,2',4-三羟基二苯甲酮中的一种或多种组合。
本发明中所述多异氰酸酯选自三苯基甲烷三异氰酸酯、二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯、二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种，优选为三苯基甲烷三异氰酸酯或二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯。
本发明中所使用的固化剂举例有例如，2，4-或2，6-亚苄基二异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯、4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、2，4′-MDI、对亚苯基二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、联甲苯胺二异氰酸酯等的芳香族二异氰酸酯、α，α，α′，α′-四甲基苯二甲基二异氰酸酯等的具有芳香环的脂肪族二异氰酸酯、亚甲基二异氰酸酯、亚丙基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、2，2，4-或2，4，4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、1，6-六亚甲基二异氰酸酯等的脂肪族二异氰酸酯、1，4-环己烷二异氰酸酯、甲基环己烷二异氰酸酯(氢化TDI)、1-异氰酸酯-3-异氰酸酯甲基-3，5，5-三甲基环己烷(IPDI)、4，4′双环己基甲烷二异氰酸酯、异亚丙基双环己基-4，4′-二异氰酸酯等的脂环族二异氰酸酯等。它们可以单独使用，也可以2种或2种以上并用。
作为本发明的一种实施方式，所述固化剂选自多异氰酸酯，其为三苯基甲烷三异氰酸酯或二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯。
扩链剂
本发明中，所述扩链剂选自低分子量多元醇或胺类物质。
所述低分子量多元醇选自乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、2，3-丁二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、新戊二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2-甲基-2-丙基-1，3-丙二醇、2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、2-甲基-2，4-戊二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇、2-乙基-1，3-己二醇、2，5-二甲基-2，5-己二醇、2-丁基-2-己基-1，3-丙二醇、1，8-辛二醇、2-甲基-1，8-辛二醇、1，9-壬二醇等的脂肪族二醇、双羟基甲基环己烷等的脂环族二醇、苯二甲醇、双羟基乙氧基苯等的具有芳香环的二醇等。
所述胺类物质选自2，4-或2，6-甲苯二胺、苯二甲基二胺、4，4′-二苯基甲烷二胺等的芳香族二胺、乙二胺、1，2-丙二胺、1，6-己二胺、2，2-二甲基-1，3-丙二胺、2-甲基-1，5-戊二胺、1，3-二氨基戊烷、2，2，4-或2，4，4-三甲基己二胺、2-丁基-2-乙基-1，5-戊二胺、1，8-辛二胺、1，9-壬二胺、1，10-癸二胺等的脂肪族二胺、1-氨基-3-氨基甲基-3，5，5-三甲基环己烷(IPDA)、4，4′-双环己基甲烷二胺(氢化MDA)、异亚丙基环己基-4，4′-二胺、1，4-二氨基环己烷、1，3-双氨基甲基环己烷等的脂环族二胺等。这些扩链剂可以单独使用，也可以2种或2个以上并用。其中，本发明中优选乙二胺、丙二胺、1，3-二氨基戊烷、2-甲基-1，5-戊二胺，其中，更优选乙二胺、丙二胺。
作为本发明的一种优选方式，所述扩链剂为乙二胺和式(5)物质按照重量比1：1的比例共混，所述式(5)物质的结构式如下：
式(5)：CAS号为：1380062-19-0。
本发明中，所述聚醚多元醇和固化剂在催化剂的作用下会发生反应，然后生成超支化形状的聚氨酯。
可以根据需要使用具有1个活性氢基的链终止剂。这些链终止剂举例有具有羟基的乙醇、丙醇、丁醇、己醇等的脂肪族单醇、具有氨基的二乙胺、二丁胺、正丁胺、单乙醇胺、二乙醇胺等的脂肪族单胺。它们可以单独使用，也可以2种或2种以上并用。
本发明的第二方面提供一种制备上述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料的制备方法，所述制备步骤为：首先将填料、匀泡剂、流平剂加入到水中搅拌均匀；其次加入色浆搅拌均匀；再加入聚醚多元醇和催化剂，搅拌均匀，调节水分含量<1000ppm；使用时，在搅拌下加入固化剂，搅拌均匀，获得可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料。
本发明的第三方面提供上述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料在建筑领域中的应用，其特征在于，所述涂料适用于工业与民用建筑、场馆地下工程；屋面、建筑外墙、厨房、卫生间、楼板、阳台；贮水池、市政工程；地铁、隧道、桥梁、通道、洞库、人防；游泳池、人造喷泉、景观水池；旧建筑外墙的防水、加固治理。
有益效果：本公开的发明人发现当选择聚醚多元醇的起始剂为季戊四醇和式(1)～式(4)中的某一物质的混合物，所述固化剂为二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯，扩链剂为乙二胺和式(5)物质按照1：1的比例共混，填料选自埃洛石纳米管或纳米羟基磷灰石时，所述制备得到的聚氨酯涂料具有很强的防水性能、力学性能和加固性能。特别是在水压在5公斤下，室外温度在-15℃下，仍然具有很强的力学性能和加固性能，同时具有很强的耐候性。
机理解释：本公开的发明人认为可能的原因是因为起始剂、固化剂和聚醚多元醇之间形成了超支化聚氨酯结构，同时，特殊填料的选择可以与超支化结构的聚氨酯形成协同作用，在具备较强的粘附性情况下，依然具有很强的性能。
实施方式1：一种可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，按重量份计，其制备原料包含：
实施方式2：如实施方式1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，按重量份计，其制备原料包含：
实施方式3：如实施方式1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，所述聚醚多元醇由起始剂、环氧化物和催化材料制备得到。
实施方式4：如实施方式1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，所述聚醚多元醇选自聚醚多元醇YH-330、聚醚多元醇FR-600、聚醚多元醇Fyrol-6、聚醚多元醇IXOLB251、聚醚多元醇IXOLM125、聚醚多元醇P430、聚醚多元醇ExolitOP-560、聚醚多元醇ExolitOP-550、聚醚多元醇SaytexRB-79、聚醚多元醇PHT4Diol、聚醚多元醇DL-2000D、聚醚多元醇N-330、聚醚多元醇YNW-220、聚醚多元醇YNW-210H、聚醚多元醇YNW-215H、聚醚多元醇YEP-330N、聚醚多元醇MN-3050、聚醚多元醇GEP-560S、聚醚多元醇GEP-330N、聚醚多元醇GEP-628、聚醚多元醇GE-220、聚醚多元醇TEP-330N、聚醚多元醇TEP-551C、聚醚多元醇MN-799、聚醚多元醇GY-420中的一种或几种。
实施方式5：如实施方式1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，所述催化剂选自胺化合物或有机金属化合物。
实施方式6：如实施方式1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，所述填料选自氢氧化铝、微米氢氧化镁、硼酸锌、碳酸钙、氧化钛、蒙脱土、含氟锂蒙脱土、合成氟化云母、钠钾硅酸铝、钾硅酸铝、铝硅纤维、铝纤维、埃洛石纳米管、碳纳米管、纳米羟基磷灰石中的任意一种或几种的组合。
实施方式7：如实施方式1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，所述流平剂选自Byketol-OK、Byketol-Special、Byketol-WS、CDS35-1、CDS55-1、BLP-403、BLP-404、BLP-402、PLA-1、BYK-380、BYK-381、BYK-322、BYK-323、BYK-077、BYK-085、BYK-300、BYK-301、BYK-335、BYK-302、BYK-331、BYK-306、BYK-330、BYK-341、BYK-344、BYK-307、BYK-333、BYK-315、BYK-320、BYK-325、BYK-310、BYK-370、BYK-373、BYK-375、BYK-371、BYK-346、BYK-345、BYK-348中的至少一种。
实施方式8：如实施方式1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，所述固化剂为含有异氰酸酯基团的固化剂。
实施方式9：一种制备实施方式1-8中任意一项所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，所述制备步骤为：首先将填料、匀泡剂、流平剂加入到水中搅拌均匀；其次加入色浆搅拌均匀；再加入聚醚多元醇和催化剂，搅拌均匀，调节水分含量<1000ppm；使用时，在搅拌下加入固化剂，搅拌均匀，获得可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料。
实施方式10：实施方式1-8中任意一项所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料在建筑领域中的应用，其特征在于，所述涂料适用于工业与民用建筑、场馆地下工程；屋面、建筑外墙、厨房、卫生间、楼板、阳台；贮水池、市政工程；地铁、隧道、桥梁、通道、洞库、人防；游泳池、人造喷泉、景观水池；旧建筑外墙的防水、加固治理。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的，且以下物料所用份数均为重量份。
实施例1：本实施例提供一种可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，其制备原料包含：
所述聚醚多元醇由起始剂、环氧化物和催化材料制备得到。
所述起始剂为季戊四醇和按照重量比为1：0.2的混合物，所述环氧化物为四氢呋喃，所述催化材料为三氟化硼乙醚络合物，具体制备方法如下：将四氢呋喃、季戊四醇和式(1)按比例混合，在催化剂三氟化硼乙醚络合物下，冰盐浴冷却至-5℃，在搅拌下缓慢加入环氧丙烷，进行聚合反应2.5小时；将聚合后的聚醚多元醇进行精制处理；上述聚醚多元醇的羟值为540mg·g-1。
填料为改性纳米羟基磷灰石：将纳米羟基磷灰石中加入稀盐酸，室温条件下搅拌30min后，加入稀碳酸氢钠，中和溶液中的盐酸，至溶液呈中性；将预处理后的1重量份纳米羟基磷灰石和5重量份SOC12混合，然后加入0.1重量份的DMF作为催化剂，悬浮液先在破碎机中破碎，然后将混合溶液置于油浴中回流反应，过滤，烘干后将所得的酰氯化羟基磷灰石与0.5重量份的十二胺溶液在5重量份DMF溶剂中混合，置于油浴锅70℃中反应，最后经过滤和干燥后得到对十二胺改性后的羟基磷灰石。
匀泡剂：匀泡剂BD-3086。
流平剂：有机硅3018。
色浆：购买自上海喜颜化工科技有限公司，牌号：SPRING。
催化剂：二月桂酸二丁基锡。
固化剂：二甲基三苯基甲烷四异氰酸酯。
还包括扩链剂：乙二胺和按照重量比1：1的比例共混，所述扩链剂为2重量份。
还包括链终止剂：二丁胺，所述链终止剂为0.2重量份。
所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料的制备方法，所述制备步骤为：首先将填料、匀泡剂、流平剂加入到水中搅拌均匀；其次加入色浆搅拌均匀；再加入聚醚多元醇、扩链剂和催化剂，搅拌均匀，调节水分含量<1000ppm；使用时，在搅拌下加入固化剂，搅拌均匀一段时间后，加入链终止剂，获得可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料。
实施例2：与实施例1的区别在于，所述起始剂为季戊四醇。
实施例3：与实施例1的区别在于，所述起始剂为
实施例4：与实施例1的区别在于，所述起始剂为季戊四醇和按照重量比为1：1的混合物。
实施例5：与实施例1的区别在于，所述填料为三甲氧基硅烷改性埃洛石纳米管。
实施例6：与实施例1的区别在于，所述填料为1000目的碳酸钙。
实施例7：与实施例1的区别在于，所述扩链剂为乙二胺。
实施例8：与实施例1的区别在于，所述扩链剂为
实施例9：与实施例1的区别在于，所述扩链剂为乙二胺和按照重量比1：0.5的比例共混。
实施例10：与实施例1的区别在于，所述聚氨酯涂料的制备原料无扩链剂。
实施例11：与实施例1的区别在于，所述聚氨酯涂料的制备原料无终止剂。
实施例12：与实施例1的区别在于，所述聚醚多元醇为聚醚多元醇MN-700。
实施例13：与实施例1的区别在于，所述填料为未经过改性的纳米羟基磷灰石。
实施例14：与实施例1的区别在于，所述起始剂为季戊四醇和按照重量比为1：0.2的混合物。
表1测试结果：
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明的特征的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。而且在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，其特征在于，按重量份计，其制备原料包含：
2.权利要求1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，其特征在于，按重量份计，其制备原料包含：
3.权利要求1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，其特征在于，所述聚醚多元醇由起始剂、环氧化物和催化材料制备得到。
4.权利要求1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，其特征在于，所述聚醚多元醇选自聚醚多元醇YH-330、聚醚多元醇FR-600、聚醚多元醇Fyrol-6、聚醚多元醇IXOLB251、聚醚多元醇IXOLM125、聚醚多元醇P430、聚醚多元醇ExolitOP-560、聚醚多元醇ExolitOP-550、聚醚多元醇SaytexRB-79、聚醚多元醇PHT4Diol、聚醚多元醇DL-2000D、聚醚多元醇N-330、聚醚多元醇YNW-220、聚醚多元醇YNW-210H、聚醚多元醇YNW-215H、聚醚多元醇YEP-330N、聚醚多元醇MN-3050、聚醚多元醇GEP-560S、聚醚多元醇GEP-330N、聚醚多元醇GEP-628、聚醚多元醇GE-220、聚醚多元醇TEP-330N、聚醚多元醇TEP-551C、聚醚多元醇MN-799、聚醚多元醇GY-420中的一种或几种。
5.权利要求1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，其特征在于，所述催化剂选自胺化合物或有机金属化合物。
6.权利要求1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，其特征在于，所述填料选自氢氧化铝、微米氢氧化镁、硼酸锌、碳酸钙、氧化钛、蒙脱土、含氟锂蒙脱土、合成氟化云母、钠钾硅酸铝、钾硅酸铝、铝硅纤维、铝纤维、埃洛石纳米管、碳纳米管、纳米羟基磷灰石中的任意一种或几种的组合。
7.权利要求1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，其特征在于，所述流平剂选自Byketol-OK、Byketol-Special、Byketol-WS、CDS35-1、CDS55-1、BLP-403、BLP-404、BLP-402、PLA-1、BYK-380、BYK-381、BYK-322、BYK-323、BYK-077、BYK-085、BYK-300、BYK-301、BYK-335、BYK-302、BYK-331、BYK-306、BYK-330、BYK-341、BYK-344、BYK-307、BYK-333、BYK-315、BYK-320、BYK-325、BYK-310、BYK-370、BYK-373、BYK-375、BYK-371、BYK-346、BYK-345、BYK-348中的至少一种。
8.权利要求1所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料，其特征在于，所述固化剂为含有异氰酸酯基团的固化剂。
9.一种制备权利要求1-8中任意一项所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，所述制备步骤为：首先将填料、匀泡剂、流平剂加入到水中搅拌均匀；其次加入色浆搅拌均匀；再加入聚醚多元醇和催化剂，搅拌均匀，调节水分含量<1000ppm；使用时，在搅拌下加入固化剂，搅拌均匀，获得可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料。
10.权利要求1-8中任意一项所述的可迅速固化、防水、耐高低温、低VOC聚氨酯涂料在建筑领域中的应用，其特征在于，所述涂料适用于工业与民用建筑、场馆地下工程；屋面、建筑外墙、厨房、卫生间、楼板、阳台；贮水池、市政工程；地铁、隧道、桥梁、通道、洞库、人防；游泳池、人造喷泉、景观水池；旧建筑外墙的防水、加固治理。
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