CN106927725A

CN106927725A - 水性彩砂自流平聚氨酯砂浆

Info

Publication number: CN106927725A
Application number: CN201610435579.3A
Authority: CN
Inventors: 陈志明
Original assignee: Guangzhou Gunaite Chemical Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Gunaite Chemical Co Ltd
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2017-07-07

Abstract

本发明提供一种水性彩砂自流平聚氨酯砂浆，可用作工业地坪，具有优良性能，如可耐重冲击、耐机械重载、耐化学品等，并可以在高温潮湿环境中使用。本发明的聚氨酯砂浆使用彩色石英砂匹配色浆，涂层整体具有充分的相容性，可以实现地坪的长期艺术装饰性。本发明的聚氨酯砂浆采用改性植物油聚醚多元醇水分散体，与二异氰酸酯，如二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），与高比例的高性能混凝土同时固化，体系中的彩色石英砂可以增强涂层的硬度，得到的涂层坚固耐磨，装饰效果多样。本发明的聚氨酯砂浆体系还用于对建筑实体进行修补维新，或实现各种基材上的装饰目的等。

Description

水性彩砂自流平聚氨酯砂浆

技术领域

本专利属于建筑或室内建材、地坪、涂料技术领域，是一种水性聚氨酯砂浆涂层，尤其可以作为严酷环境中的装饰性地坪涂层使用。

背景技术

地坪是覆盖在底材表面，对底材进行保护和装饰，并实现耐磨，耐高温、低温环境，抗冲击，耐重荷，防滑等新性能的化学涂层，广泛应用在工业、商业和民用建筑中。地坪目前主要分为以混凝土为主体的无机地坪和以有机高分子为主体的有机地坪，及其他瓷砖石膏地坪等几类。其中有机地坪80%以上为油性涂料制成，如环氧树脂工业地坪，丙烯酸酯地坪，单/双组份聚氨酯地坪等。

混凝土地坪，如金刚砂耐磨地坪，具有优良的机械性能，满足很多民用场所的使用要求，并且易于施工。但由于混凝土的固有特点如结构多孔，和材料的高极性，使得混凝土结构体容易吸收异物，如油性化合物、甚至腐蚀性有机酸等。混凝土的主要成分是硅酸盐，不能充分的抵抗化学药品的腐蚀。在使用密封固化剂后，混凝土的强度和硬度得到进一步提高，表面被密封，提高了抗渗透性，可以应用在对装饰，清洁，轻度的热冲击及重荷载有一般要求的场所中。

在作为地坪主体材料使用时，丙烯酸树脂结构上如果没有经主要的改性，引入大量新的功能化学基团，可应用在通常的室内场所如办公室，有轻度工业承载的场所如食品加工场，和一些室外工程上，如高弹性亚克力球场，健身场所等等。作为有机树脂，丙烯酸树脂地坪表面光滑无缝，密封性好，不吸收异物，易于修补和清洁。丙烯酸树脂的耐候性良好，对紫外线不敏感。丙烯酸树脂地坪的施工性能优越，施工简单快速，可低于零下5度超低温固化。例如，US5543232公开了一种光固化改性丙烯酸树脂清漆，具有良好的弹性，适用于一般场所。环氧树脂是涂料中用量最大，也是应用场所最为广泛的主体树脂，它优秀的防腐蚀和机械力学性能可以满足大部分严苛的军事、工业和商业上的要求。环氧树脂地坪一样具有表面光滑无缝，密封性的特点。环氧树脂对混凝土基材的附着力优良，化学结构中存在有烃基和醚键，耐碱性优良，并可耐大部分有机溶剂。同时在环氧树脂结构中还有大量的苯环，因此涂层坚硬。环氧树脂有多种固化方式，与多元胺、聚酰胺、多异氰酸酯等固化剂反应，可常温固化，也可烘烤固化。这些特点使得环氧树脂一直都作为防腐蚀涂料和重腐蚀环境中的首选防蚀基料。但环氧树脂在低温下的固化反应缓慢，效果不理想。例如，US8133941公开了一种水性双组份环氧树脂体系，可以调节固化时间。

聚氨酯树脂作为地坪材料，通常是作为为符合极端条件下的应用状况而设计的，因为聚氨酯的性能非常突出和优越。聚氨酯树脂特征的固化反应使聚氨酯具有显著的物理机械性能，是材料应用中典型的弹性体。在聚氨酯分子结构中存在着大量氢键，以类似化学交联的作用，使聚氨酯涂层具有很好的抗拉强度、抗撕裂强度、耐冲击性、耐磨性、耐候性、耐水解性、耐油性等优点。聚氨酯耐化学腐蚀，包括有机酸和大部分溶剂，可以抵抗多种酸碱和有机溶剂腐蚀，因此经常被用在恶劣环境下橡胶制品的替代品。引入多种弹性体结构的聚氨酯能够做到比橡胶更好的耐磨性能，具有比橡胶强得多的撕裂强度。在聚氨酯体型结构中由于交联密度不同，可呈现硬质、软质或介乎两者之间的性能，具有很高的可调性。聚氨酯的结构的来源很多，异氰酸酯基可以和醇羟基、氨基、酰胺基、脲基甲酸酯、缩二脲基反应，甚至形成硫桥等结构，并可引入酯基，醚基，因此可以符合很多的工程应用的要求。聚氨酯具有比混凝土更强的强度，在聚氨酯地坪体系中树脂到达性能极限之前混凝土先发生断裂，因此在使用时聚氨酯树脂实际上同时在保护混凝土，加强混凝土的力学表现，同时防止混凝土遭到各种腐蚀。例如，US5777024公开了一种羟基固化聚氨酯体系，可以获得高密度固化，具有优良性能的涂层，物料粘度和固化速度可调整；US7022257公开了一种羟基固化聚氨酯地坪体系，可以在重载荷下使用，并保持外观，容易清洁和维护。

近年来在化学树脂的工程应用上，对有机溶剂的使用有一些限制，尤其是有特殊气味的溶剂，因此水溶性体系的树脂的应用变得越来越更广泛，但同时在产品性能上依然保持着很高的要求。在对装饰性的要求逐步提高的过程中，施工过程可能出现的问题在产品设计中也是必须注意的。因此在工业地坪的设计过程中就必须顾及地坪的涂装过程。易于施工，实现工业、商业上的装饰，并完全保持地坪涂层的性能。

发明内容

近年来，在一些方面有特定要求的场所和企业逐渐开始使用水性聚氨酯砂浆地坪。水性聚氨酯地坪具有非常良好的机械性能、温度适应范围广，能满足严格的环保要求、施工周期短、使用寿命长等诸多优点。本发明是一种由4组份材料制成的产品，在设计产品具有完善的使用性能的同时，解决色浆和彩色石英砂与产品的匹配性，使整个产品体系具有充分的相容性，可以增强地坪的长期艺术装饰性。

本发明的产品在性能上，相对于混凝土体系和丙烯酸酯体系是非常优越的。如含有有机挥发物，没有经过主体性改性的丙烯酸酯体系往往含有小分子单体，有机挥发物的挥发比较明显。聚氨酯体系中组分基本上分子量较大，有机挥发物含量很低。为了达到最佳的性能表现，丙烯酸酯体系所需要的施工环境要求也是比较高的，由于渗透性，和分子结构上极性与强度的差异，丙烯酸酯体系需要充分保证流动的粘度与涂层的固含量，和一个处理较好的基材表面。聚氨酯体系可以在小范围内容忍施工时的小缺点，而不影响涂层的整体性能。这个施工上的优势使得聚氨酯体系在一般工业或商业领域正部分的替代环氧树脂体系。另外，易开裂、起泡、机械性能差、不能耐高温差，不能耐化学品等诸多缺点，是混凝土体系不能克服的，而聚氨酯体系却表现优良的性能方面。丙烯酸酯体系不能承受高温差环境和经受化学品腐蚀，同时耐磨性能也不够好。

本发明的产品采用芳香族或脂肪族异氰酸酯，以一种植物油改性多元醇作为固化剂，与混凝土充分混合，同时进行多种固化反应，产生的涂层非常坚固耐磨。本发明的产品克服了环氧树脂彩砂地坪体系在特定场所承受高温差和经受化学品腐蚀，耐潮湿、耐磨等方面的性能不足，同时又能够保持有机地坪美观的特点，可在提供优越性能的同时，提供多种实用或装饰的表面效果，如混凝土的水磨石纹理，哑光或树脂的光滑表面，粗糙防滑的表面，有图案的表面。

本发明的产品适用于工业和商业上所有已知的潮湿加工环境，可应用在-40℃∼130℃高温差环境中，及热水清洁环境，允许使用一般清洁剂和除油剂，并可以进行蒸汽清洗，因此非常适于一些工业和商业场所的清洁安全生产。本发明的产品具有聚氨酯树脂的高承重载能力和优越的机械力学性能，各种力学强度如抗压强度、抗拉强度、抗折强度、粘结强度均可与环氧树脂相替代甚至更加出色。本发明的产品可以经受短时的强冲击和热冲击，而不对地坪体系产生影响。本发明的产品还是一种优良的防潮材料。

本发明的产品具有优良的耐化学品性能，包括部分有机酸和大部分有机溶剂，如乙酸、果酸和丙酮、醇类、烷烃、汽油等，可以安全使用在商业厨房、食品预制、肉类加工厂、果汁饮料加工业，实验室等场所。在被上述这类物质润湿之后，不会影响地坪的性能和使用。

本发明的产品是一个聚氨酯地坪体系，在施工上具有快速固化和更大的环境容忍性，如可在不是十分干燥的混凝土基层（含水率＜10%）上施工；可在养护7天的新混凝土上施工；可在低至5℃的环境中进行施工；可以不涂装底涂层，使工期缩短，并使得潮湿环境下的地坪修补变得简单。本发明的产品是一个水溶性自流平体系，具有合适的粘度，基本没有气味，也基本没有有机挥发物。

在配制色浆时，需要考虑色浆与体系的相容性。本发明的产品中，色浆部分是一个分散在蓖麻油中的无机颜料体系，根据自己的意愿，可以选择加入各种色彩的颜料。这个色浆体系与混凝土有良好的相容性，并且溶剂最终可以参与固化反应。通常，色浆加入量不能太多，过量的颜料容易溢出表面，引起脱色。颜料的极性与地坪体系不匹配时，也容易从地坪中迁移渗出。相对的，地坪主体体系的极性改变时，也可能导致颜料从体系中迁移渗出。地坪主体体系极性的改变的原因包括：水或有机溶剂的引入，和它们之间的比例改变，固化剂的比例和是否通有电流等等。使用色浆可以使颜色分布更容易均匀，没有色差。

由于上述的原因，本发明使用彩色石英砂来同时实现地坪体系更多的功能。彩色石英砂的化学成分是二氧化硅，在地坪固化时，可以成为混凝土和地坪体系的组成部分，不会对地坪性能构成任何影响。由于彩色石英砂的硬度很高，加入到地坪体系中有增强作用，并可作为耐磨防滑组分使用。彩色石英砂的颜色是固有色彩，不随环境改变，并且彩色石英砂在固化后的地坪体系中不迁移，不渗出，因此色彩比较稳定。本发明的彩色石英砂体系即使在高温潮湿区域，仍可以使用，保持色彩与地坪纹理完整，使地坪保持美观。彩色石英砂有很多色彩元素，质感丰富，是一种长期性稳定的，可以进行艺术性设计的颜色系统。

具体实施方式

本发明提供一种四组份A、B、C、D水性聚氨酯砂浆材料，可用于制备工业地坪，对建筑实体进行修补维新，或实现各种基材上的装饰目的等。

本发明采用了如下技术方案。

A组份为植物油改性聚醚多元醇水分散体。可以使用经过对分子结构中的不饱和双键进行环氧化，然后再与带有活性氢基团的化合物反应，引入羟基后的植物油，也可以使用分子结构中本身带有羟基的植物油，或者是经过与多元醇进行酯交换反应引入羟基后的植物油。可以使用的植物油包括但不只限于如大豆油，蓖麻油，棕榈油，亚麻油等等。经过一定工艺产生的符合要求的改性植物油多元醇可以用作聚氨酯体系的固化剂。符合使用要求的A组份的分子量在200至1000之间，具有特定官能团如羟基、羧基，羟基值100~160。

B组份为具有活性异氰酸酯基官能团的物质，可以使用的异氰酸酯包括但不只限于如甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，1,6-己二异氰酸酯(HDI)，苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，3,3^’-二甲基-4,4^’联苯二异氰酸酯(TODI)，环己烷二亚甲基二异氰酸酯(H₆XDI)，4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(H₁₂MDI)，对苯二异氰酸酯(PPPDI)，3,3^’-二甲基-4,4^’-二苯基甲烷二异氰酸酯(DMMDI)等。其中1,6-己二异氰酸酯(HDI)，苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等都是耐黄变的异氰酸酯，是室外应用聚氨酯时很好的组分。

C组份为无机活性骨料，如高强度混凝土，彩色石英砂，CO₂吸收剂等。高强度混凝土一般可使用国家标准GB175—2007中列出的六类通用硅酸盐体系。对于各种非标准工程条件下的施工，可加入各种混凝土外加剂，如减水剂，缓凝剂，阻锈剂等。加入CO₂吸收剂可以使反应过程中不会发泡及减少气孔。

D组份为色浆。D组份采用无机颜料与植物油基料充分研磨制成浆体，在施工时加入一定比例浆体于A，B，C组份中，充分搅拌后，可得到色泽均一稳定之混合物。

四组份按一定重量百分比混合使用，根据应用情况确定比例。

使用时，将同时发生几个固化反应：①A组份中聚醚多元醇与B组份中的异氰酸酯会发生聚氨酯的固化反应；②A组份中改性植物油的OH基与B组份中异氰酸酯发生固化反应；③A组份聚醚多元醇中含有的水会与B组份中的异氰酸酯反应生成CO₂和脲；④D组分植物油基料上的OH基与B组份中异氰酸酯发生固化反应；⑤混凝土的胶结固化反应。A、B、C、D四组份混合后同时参与化学反应，可得到高性能的聚氨酯化合物产品。过程中上述几个反应产生大量热量，促使整个体系温度迅速升高，聚氨酯涂层可以在很短的时间内投入使用。

实例一

生产配制方法和步骤：

（1）改性植物油多元醇的合成：1将合适的植物油、二元酸、间苯二甲酸和新戊二醇，按比例45:10:5:40投入反应锅中，加热到225℃进行脱水缩合反应，利用二甲苯回流至PH值为8以下，停止反应。蒸出回流二甲苯，冷却到180℃以下出料备用。

（2） A组份配制：将步骤1中改性植物油多元醇、PPG聚醚（L-1000）、乳化剂、水按比例50:15:0.5:34.5配制混合，先加入水，乳化剂再在均质机搅拌下慢慢加入改性植物油多元醇，PPG聚醚，混合分散成奶白色乳液状水性分散体。

（3） B组份采用工业级MDI。

（4） C组分由高强度混凝土、CO₂吸收剂，按比例90:10混合，在卧式螺旋混合机中混合均匀，密封包装。

（5） D组分由高色相无机颜料、多元醇和高分子分散剂，按比例60:39:1配置，投入锅中搅拌分散均匀，经过研磨细度至50um以下，过滤去除大粒径颗粒包装。

应用方法和步骤：

（1）产品预备。按重量份将产品称量好：A组分: B组分: C组分: D组分=2.8Kg:2.8Kg:14.3Kg:0.04Kg，共19.94Kg/套。

（2）准备一块1m×1m的混凝土基材。对于基材有以下要求：

1、基层的混凝土强度达到30Mpa以上，粘接强度不小于1.5Mpa。

2、基层含水率应控制在8%以下。

3、基材无缝完整。在工程地坪上应用时，如有裂缝，则使用电镐开“V”槽后，用聚氨酯砂浆批刮填平裂缝。

4、混凝土基体、混凝土表面不起砂，硬度好，没有粉化现象。

5、混凝土基材无油脂污染和空鼓现象。

6、基材样块表面平整。如是工程地坪，表面平整度则控制在3-5mm/2m。

（3）材料搅拌混合。将步骤（1）中的A组分和B组分倒入空桶中，用低速（300rpm）的搅拌机搅拌30秒至1分钟，直至混合均匀，再将C组分倒入混合好后的桶中搅拌均匀，最后加入D组分，搅拌混合时间在2-6分钟之间。搅拌材料越稠，需要的时间越长。根据物料温度，如果物料温度高，搅拌时间则缩短，如果物料温度低，则延长搅拌时间。过分提高温度会极大地缩短适用时间和固化时相关工作时间。

（4）应用。将搅拌均匀的涂料应立即将涂料摊铺在混凝土基材上，涂层厚度3-6mm，用齿耙或镘刀将其摊开，镘涂该聚氨酯砂浆作为底涂，并用消泡滚筒来回滚聚氨酯砂浆。搅拌混合的时间取决于环境温度和组分温度。将所有组分的温度保持在 30 摄氏度以下非常重要，否则搅拌混合时间和工作时间都将显著缩短，造成现场施工出现问题的可能性增大。

（5）固化。20°C时，24小时后，固化好的混凝土基材就可以投入使用和测试。

产品是水性体系，可以自流平。固化好的涂层，表面平整无缝，具有很高的硬度。涂层整体色泽均匀，哑光。涂层耐60℃高温，耐化学品腐蚀。可在有机械重载和重冲击环境中使用，耐磨性能优越。使用中性能稳定，使用寿命长，容易维护，易清洗。

实例二

按照实例一的生产过程重复进行，但C组分的制备为：由高强度混凝土、40目~80目的彩色石英砂（用80目和40目筛子依次过滤，选出40目~80目的石英砂）和CO₂吸收剂，按比例60:30:10混合，在卧式螺旋混合机中混合均匀，密封包装。

应用方法和步骤：

（2）准备一块1m×1m的混凝土基材。对于混凝土基材的要求同实例一中的描述。

（3）材料搅拌混合。过程同实例一中的描述。

（4）应用。过程同实例一中的描述。

（5）固化。过程同实例一中的描述。

产品是水性体系，可以自流平。固化好的涂层，表面平整无缝，硬度很高。涂层整体色泽均匀。彩色石英砂在涂层内分布均匀，涂层截面斑斓多彩，哑光。涂层耐60℃高温，耐化学品腐蚀，表面纹理不改变。可在有机械重载和重冲击环境中使用，耐磨性能优越。使用中性能稳定，使用寿命长，容易维护，易清洗。

实例三

按照实例一的生产过程重复进行，但

（1）B组份采用工业级苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)。

（2）C组分的制备为：由高强度混凝土、40目~80目的彩色石英砂（用80目和40目筛子依次过滤，选出40目~80目的石英砂）和CO₂吸收剂，按比例60:30:10混合，在卧式螺旋混合机中混合均匀，密封包装。

应用方法和步骤：

（1）产品预备。按重量份将产品称量好：A组分: B组分: C组分: D组分=2.8Kg:3.2Kg:14.3Kg:0.04Kg，共20.34Kg/套。

（3）材料搅拌混合。过程同实例一中的描述。

（4）应用。过程同实例一中的描述。

（5）固化。过程同实例一中的描述。

产品是水性体系，可以自流平。固化好的涂层具有很高的硬度，表面平整无缝。涂层整体色泽均匀。彩色石英砂在涂层内分布均匀，涂层截面斑斓多彩，哑光。涂层的弹性强。涂层可耐60℃高温，耐化学品腐蚀，表面纹理不改变。耐候性好。可在有机械重载和重冲击环境中使用，耐磨性能优越。使用中性能稳定，使用寿命长，容易维护，易清洗。

Claims

1.一种可应用于工业地坪，建筑物维修，各种装饰目的的水性聚氨酯砂浆体系，其特征在：（1）具有四个组分A、B、C、D；其中A组分为植物油改性聚醚多元醇水分散体；B组分为具有活性异氰酸酯基官能团的物质；C组分为包含有彩色石英砂的无机活性骨料，包含比例为0-30%；D组分为为色浆。（2）四个组分混合固化，进行应用时，同时进行多个固化反应，包括①A组份中聚醚多元醇与B组份中的异氰酸酯会发生聚氨酯的固化反应；②A组份中改性植物油的OH基与B组份中异氰酸酯发生固化反应；③A组份聚醚多元醇中含有的水会与B组份中的异氰酸酯反应生成CO2和脲；④混凝土的胶结固化反应。

2.根据权利要求1所描述的水性聚氨酯砂浆体系，其特征在于：所描述的水性聚氨酯砂浆体系是自流平砂浆体系。

3.一种植物油改性聚醚多元醇水分散体的生产配制方法和步骤。其特征在于：①按照实例一中描述的过程合成植物油多元醇；②按照实例一中描述的过程配制成植物油改性聚醚多元醇水分散体。

4.可用于生产本发明的产品，如实例一中所描述的生产配制方法和步骤。