CN107903803B - 一种冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料及其制备方法，是由A、B两组份组成，A、B两组份的重量混合比为1:2.5，A组份配方包括：异氰酸酯和聚醚多元醇。B组份配方包括：含氟丙烯酸树脂、聚醚多元醇、扩链剂、催化剂、颜料、填料、分散剂、消泡剂和防沉剂。本发明制备的聚氨酯涂料可用于聚氨酯外保温系统的防潮隔汽领域，经测试当涂膜厚度达到1mm以上时，其水汽透过率为7.5*10‑9g/m2·S·Pa，其对聚氨酯泡沫和混凝土也有很好的结合力，粘结强度大于1MPa。

Description

一种冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别是涉及一种冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料及其制备方法。
背景技术
目前，由于硬质聚氨酯泡沫导热系数低、加工性能好、耐高温、抗形变能力强和综合性价比高等优点，其被广泛应用于冷库保温和建筑外墙保温系统。虽然硬质聚氨酯泡沫空隙结构稳定，闭孔率高达90％以上，但在高湿度地区，特别是我国南方地区，水蒸汽的进入会很大程度上影响聚氨酯泡沫的保温性，还且水汽也会加速聚氨酯材料的老化，从而影响整个保温系统的使用寿命，同时造成能耗的大幅上升。所以，聚氨酯泡沫的水汽阻隔有重要的意义，一方面通过阻隔水汽的进入，让聚氨酯泡沫保温性能不下降，另一方面减少水汽造成的材料降解和老化。
聚氨酯涂料应用于聚氨酯泡沫表面是一种比较好的选择，其力学性能优良、低温柔韧性好、常温固化使用方便、耐酸碱和化学品腐蚀、耐候佳，在建筑装饰、金属防腐、塑胶、船舶和汽车内外装饰等领域有非常广泛的应用，而且其市场占有率不断提升。功能型的聚氨酯涂料也在不断发展和创新，如隔热保温、冷屋面、太阳能电池、风电叶片和军工等领域。
现有的双组份聚氨酯涂料，由于成膜物树脂中含有很多的醚键、酯键、氨基甲酸酯、羟基和羧基等亲水的活性基团，液态水不容易渗透到漆膜内部，但水蒸汽可以通过和这些亲水基团相互作用，一方面可以渗透到基材内部，另一方面在酸和碱条件下产生水解，降低材料的阻隔性和拉伸强度。
开发一种性能优异、水汽透过率低、拉伸强度高、施工方便、在聚氨酯泡沫基材和混凝土基材上附着力好的聚氨酯涂料，提升整个保温系统的使用寿命和服役期的能耗，将会有非常好的市场前景和社会效益，引导聚氨酯硬质泡沫保温系统向高效率和低能耗方向发展，同时也拓宽了功能化聚氨酯涂料的应用领域。
现有未见水蒸气透过率达到7.5*10-9g/m2·S·Pa(0.1perm级别)以上涂料的报道。
发明内容
针对现有的聚氨酯涂料存在的上述不足，本发明制备了一种冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料，应用于聚氨酯硬泡表面，与聚氨酯有较高的粘结强度，同时有很好的柔韧性，确保在使用和受力情况下还有很好的保护和水汽阻隔作用。
本发明解决以上问题，主要通过四个技术手段，一是引入含氟丙烯酸树脂，含氟侧链伸展于漆膜之中，提升水汽阻隔性，同时，含氟丙烯酸侧链含有反应性的羟基，提高交联密度，增加强度和耐水性。二是使用鳞片状的阻隔填料，如云母粉和玻璃鳞片，延长水汽透过漆膜的通道，提升水汽阻隔性。三是使用润湿分散剂，增加树脂和填料的结合强度，减少树脂和填料之间界面的空隙。四是使用高效消泡剂，涂料固化过程中，避免气泡引入并残留于漆膜中，以提升水汽阻隔性。
本发明技术方案：一种冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料，是由A、B两组份组成，A、B两组份的重量混合比为1:2.5，A组份配方包括：异氰酸酯和聚醚多元醇。B组份配方包括：含氟丙烯酸树脂、聚醚多元醇、扩链剂、催化剂、防锈颜料、功能填料、分散剂、消泡剂和防沉剂。
优选的是，所述A组份和B组份的重量混合比例为1:2.5。
优选的是，所述A组份的异氰酸酯包括为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
优选的是，所述A组份的聚醚多元醇的羟值为20-400mgKOH/g，聚醚二醇或聚醚三醇的一种或两种，分子量在500-5000之间。
优选的是，所述B组份的含氟丙烯酸的羟值为30-80mgKOH/g，树脂氟含量5-8％。
优选的是，所述B组份的聚醚多元醇为20-300mgKOH/g，聚醚二醇或聚醚三醇的一种或两种，分子量在3000-5000之间。
优选的是，所述B组份的扩链剂为二元醇或二元胺类低分子化合物。
优选的是，所述B组份的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸铅、脂肪胺类叔胺、脂环胺类叔胺、芳香胺类叔胺、醇胺类叔胺、铵盐类叔胺中的一种或几种。
优选的是，所述B组份的所述颜料为炭黑、铁黄、复合铁绿、磷酸锌、磷酸铝中的一种或几种。
优选的是，所述B组份的填料包括滑石粉、硫酸钡、硅微粉、云母粉、玻璃鳞片、珠光粉中的一种或几种。
优选的是，所述B组份的分散剂是BYK104S、BYK108、BYK110、BYK161、BYK163、BYK180中的一种或几种。
优选的是，所述B组份的消泡剂是BYK051、BYK052、BYK054、BYK060N、BYK070中的一种或几种。
优选的是，所述B组份的防沉剂是白炭黑和有机膨润土。
本发明提供的高水汽阻隔聚氨酯涂料的制备方法，包括以下步骤：
一种冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料，是由A、B两组份组成，A、B两组份的重量混合比为1:2.5，制备A组份的原料配方组成：异氰酸酯为220-250份、聚醚多元醇为250-280份；制备所述B组份的原料配方组成：含氟丙烯酸树脂为200-300份、聚醚多元醇250-300份、扩链剂50-100份、催化剂2-6份、填料300-500份、防锈颜料150-200份、分散剂10-20份、消泡剂5-10份、防沉剂5-10份。
A组份的制备方法：按照配比将聚醚多元醇抽入反应釜中，升温至100-110℃，在-0.08MPa以上的真空度脱水40min，冷却至60℃，再加异氰酸酯，再升温至80℃，80℃条件下反应4小时，再冷却至60℃以下。
B组份的制备方法：按照配比将聚醚多元醇、含氟丙烯酸树脂、填料、颜料、分散剂、消泡剂和防沉剂研磨1小时，投入反应釜，升温至100-110℃加入扩链剂，搅拌30min，并在-0.08MPa以上的真空度脱水2h，然后冷却至60℃以下，缓慢加入催化剂并搅拌30min，继续冷却到50℃以下进入分散釜，以500-800r/min转速分散，分散30min。
同现有技术相比，本发明的技术效果在于：
(1)本发明提供的冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料制备方法操作简单，流程简短，设备投入少，在反应过程中的温度易控制。
(2)合成后的成品污染小，性能稳定，固化后的涂层膜具有高水汽阻隔性，拉伸强度高的特点。
(3)本发明的冷库用高水汽阻隔的聚氨酯涂料可用于硬质聚氨酯泡沫表面，满足冷库保温和建筑外墙保温系统中防潮隔汽的需求，同时还满足一些对拉伸强度、耐水性能要求的重要工程。
下面结合具体实施例对本发明的冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料及其制备方法作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
将220份的聚醚多元醇抽入反应釜中，升温至100-110℃，在-0.08MPa以上的真空度脱水40min，冷却至60℃，再加异氰酸酯280份，再升温至80℃，80℃条件下反应4小时，再冷却至60℃以下，得到A组份。
将300份聚醚多元醇、280份含氟丙烯酸树脂、滑石粉200份、云母粉100份、硫酸钡130份、铁红50份、磷酸锌100份、BYK163分散剂10份、BYK104分散剂5份、BYK051消泡剂5份和膨润土10份混合分散后研磨1小时，投入反应釜，升温至100-110℃加入扩链剂二元醇55份和二元胺5份搅拌30min，并在-0.08MPa以上的真空度脱水2h，然后冷却至60℃以下，缓慢加入催化剂脂环胺类叔胺3份并搅拌30min，继续冷却到50℃以下进入分散釜，以800r/min转速分散，分散30min，得到B组份。
将所得的A组份和B组份按照1:2.5的比例混合均匀即得到的高水汽阻隔的聚氨酯涂料。
实施例2
将240份的聚醚多元醇抽入反应釜中，升温至100-110℃，在-0.08MPa以上的真空度脱水40min，冷却至60℃，再加异氰酸酯260份，再升温至80℃，80℃条件下反应4小时，再冷却至60℃以下，得到A组份。
将260份聚醚多元醇、300份含氟丙烯酸树脂、滑石粉200份、玻璃鳞片100份、硫酸钡150份、碳黑20份、磷酸锌50份、磷酸铝80份、BYK110分散剂15份、BYK070消泡剂5份和膨润土10份混合分散后研磨1小时，投入反应釜，升温至100-110℃加入扩链剂二元醇70份和二元胺10份搅拌30min，并在-0.08MPa以上的真空度脱水2h，然后冷却至60℃以下，缓慢加入催化剂辛酸亚锡0.5份并搅拌30min，继续冷却到50℃以下进入分散釜，以600r/min转速分散，分散30min，得到B组份。
将所得的A组份和B组份按照1:2.5的比例混合均匀即得到高水汽阻隔的聚氨酯涂料。
实施例3
将270份的聚醚多元醇抽入反应釜中，升温至100-110℃，在-0.08MPa以上的真空度脱水40min，冷却至60℃，再加异氰酸酯230份，再升温至80℃，80℃条件下反应4小时，再冷却至60℃以下，得到A组份。
将290份聚醚多元醇、240份含氟丙烯酸树脂、硅微粉90份、滑石粉130份、云母粉50份、玻璃鳞片50、硫酸钡100份、碳黑5份、铁红50份、磷酸铝120份、BYK161分散剂10份、BYK104分散剂5份、BYK060N消泡剂5份和白炭黑8份混合分散后研磨1小时，投入反应釜，升温至100-110℃加入扩链剂二元醇90份和二元胺10份搅拌30min，并在-0.08MPa以上的真空度脱水2h，然后冷却至60℃以下，缓慢加入催化剂脂芳香胺类叔胺5份并搅拌30min，继续冷却到50℃以下进入分散釜，以800r/min转速分散，分散30min，得到B组份。
将所得的A组份和B组份按照1:2.5的比例混合均匀即得到高水汽阻隔的聚氨酯涂料。
为突出本发明的技术效果，还进行了以下对比例试验。
对比例1
常规聚氨酯涂料A，其制备方法如下：
将220份的聚醚多元醇抽入反应釜中，升温至100-110℃，在-0.08MPa以上的真空度脱水40min，冷却至60℃，再加异氰酸酯280份，再升温至80℃，80℃条件下反应4小时，再冷却至60℃以下，得到A组份。
将580份聚醚多元醇、滑石粉430份、硫酸钡130份和铁红50份投入分散缸，以800转/min的速度分散1小时，然后投入反应釜，升温至100-110℃加入扩链剂二元醇55份和二元胺5份搅拌30min，并在-0.08MPa以上的真空度脱水2h，然后冷却至60℃以下，缓慢加入催化剂脂环胺类叔胺3份并搅拌30min，继续冷却到50℃以下进入分散釜，以800r/min转速分散，分散30min，得到B组份。
将所得的A组份和B组份按照1:2.5的比例混合均匀即得到常规聚氨酯涂料A。
对比例2
常规聚氨酯涂料B，其制备方法如下：
将240份的聚醚多元醇抽入反应釜中，升温至100-110℃，在-0.08MPa以上的真空度脱水40min，冷却至60℃，再加异氰酸酯260份，再升温至80℃，80℃条件下反应4小时，再冷却至60℃以下，得到A组份。
将560份聚醚多元醇、滑石粉440份、硫酸钡150份和碳黑20份投入分散缸，以800转/min的速度分散1小时，投入反应釜，升温至100-110℃加入扩链剂二元醇70份和二元胺10份搅拌30min，并在-0.08MPa以上的真空度脱水2h，然后冷却至60℃以下，缓慢加入催化剂辛酸亚锡0.5份并搅拌30min，继续冷却到50℃以下进入分散釜，以600r/min转速分散，分散30min，得到B组份。
将所得的A组份和B组份按照1:2.5的比例混合均匀即得到常规聚氨酯涂料B。
对比例3
与实施例3相比，将实施例3中的290份聚醚多元醇和240份含氟丙烯酸树脂调整为530份的聚醚多元醇，其它组份和制备方法保持不变。
对比例4
将实施例3中的滑石粉130份、云母粉50份和玻璃鳞片50份调整为230份的滑石粉，其它组份和制备方法保持不变。
本发明通过以上实施例和对比例制得的聚氨酯涂料，其性能测试结果见表1。其中，水汽透过率采用GB/T 17146-2015标准进行测定。
表1 性能检测结果
Figure BDA0001482988730000061
表1的检测结果可以看出：
(1)同对比例1-2相比，实施例1-3制得的高水汽阻隔聚氨酯涂料的水汽透过率不低于7.5*10-9g/m2·S·Pa，从而确保了本发明的聚氨酯涂层有很好的水汽阻隔作用，可以满足冷库保温和外墙保温系统的防潮隔汽要求，同时本发明的聚氨酯涂料拉伸强度高于3MPa，断裂伸长率高于600％，聚氨酯硬质泡沫的表面粘结强度高于1MPa，可以很好的满足了其应用于建筑工程领域的基本力学性能要求。另外，从对比例1和2的检测结果可以看出，含氟丙烯酸树脂和阻隔填料的引入对水汽透过率的影响比较大，如果不引入含氟丙烯酸树脂和阻隔填料，相同厚度的涂层，水性透过率是实施例1-3涂料的30-40倍。
(2)同对比例3-4相比，实施例3制得的聚氨酯涂料的水汽透过率是最低的。通过对比测试，可以看出影响水汽透过率的主要因素是含氟丙烯酸树脂，阻隔填料的加入一定程度上提升了涂层的水汽阻隔性(对比例4涂料的水汽透过率是实施例3涂料的1.24倍)，但其作用远没有含氟丙烯酸树脂大(对比例3涂料的水汽透过率是实施例3涂料的34.18倍)。
(3)通过实施例1-3和对比例1-4，可以看出含氟丙烯酸树脂的引入，除了提升了聚氨酯涂层的水汽阻隔性，同时涂层的拉伸强度也比普通的聚氨酯涂料要好。但是，该树脂的引入，整个涂层的断裂伸长率是下降的，所以要充分考虑涂层的整体实用性，而不能过量的引入含氟丙烯酸树脂。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料，其特征在于：由A、B两组份组成，其特征在于A、B两组份的重量混合比为1:2.5，A组份包括异氰酸酯和聚醚多元醇；B组份包括含氟丙烯酸树脂、聚醚多元醇、扩链剂、催化剂、颜料、填料、分散剂、消泡剂和防沉剂；
所述A组份的原料配方组成：异氰酸酯为220-250份、聚醚多元醇为250-280份；所述B组份的原料配方组成：含氟丙烯酸树脂为200-300份、聚醚多元醇250-300份、扩链剂50-100份、催化剂2-6份、填料300-500份、颜料150-200份、分散剂10-20份、消泡剂5-10份、防沉剂5-10份；
所述B组份的含氟丙烯酸树脂的羟值为30-80mgKOH/g，树脂氟含量5-8%；所述B组份的聚醚多元醇的羟值为20-300mgKOH/g，为聚醚二醇或聚醚三醇的一种或两种，分子量在3000-5000之间；所述B组份中的填料为云母粉或玻璃鳞片的一种或两种；
所述冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料应用于聚氨酯硬泡表面。
2.根据权利要求1所述的冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料，其特征在于：所述A组份的异氰酸酯包括为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料，其特征在于：所述A组份的聚醚多元醇的羟值为20-400mgKOH/g，为聚醚二醇或聚醚三醇的一种或两种，分子量在500-5000之间。
4.根据权利要求1所述的冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料，其特征在于：所述B组份的扩链剂为二元醇或二元胺类低分子化合物；所述B组份的催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸铅、脂肪胺类叔胺、脂环胺类叔胺、芳香胺类叔胺、醇胺类叔胺、铵盐类叔胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料，其特征在于：所述B组份的颜料为炭黑、铁黄、复合铁绿、磷酸锌、磷酸铝中的一种或几种；所述B组份的分散剂为BYK104S、BYK108、BYK110、BYK161、BYK163、BYK180中的一种或几种；所述B组份的消泡剂为BYK051、BYK052、BYK054、BYK060N、BYK070中的一种或几种；所述B组份的防沉剂为白炭黑和有机膨润土。
6.权利要求1所述的冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，所述A组分的制备方法为：将聚醚多元醇抽入反应釜中，升温至100-110℃，在-0.08MPa以上的真空度脱水40min，冷却至60℃，再加异氰酸酯，再升温至80℃，80℃条件下反应4小时，再冷却至60℃以下。
7.权利要求1所述的冷库用高水汽阻隔聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，所述B组分的制备方法为：将聚醚多元醇、含氟丙烯酸树脂、填料、颜料、分散剂、消泡剂和防沉剂研磨1小时，投入反应釜，升温至100-110℃加入扩链剂，搅拌30min，并在-0.08MPa以上的真空度脱水2h，然后冷却至60℃以下，缓慢加入催化剂并搅拌30min，继续冷却到50℃以下进入分散釜，以500-800r/min转速分散，分散30min。
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