CN110423544B - 一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料及其制备方法 - Google Patents

一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料及其制备方法。所述的高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料组分为分及各主要组成成分的重量份数为：聚四氢呋喃二醇35‑40份、二环己基甲烷二异氰酸酯8‑12份、二氯甲烷50‑54份、液态抗氧剂2‑3份、紫外线吸收剂2‑3份、稳定剂2‑3份、二月桂酸二丁基锡1‑2份，还有色浆、固化剂二乙基甲苯二胺，固化剂组分的体积与非固化剂、非色浆组分体积和之比为1:31，色浆的重量份为3‑9份。本发明制得的聚脲涂料创新性地使用了二氯甲烷作为稀释剂，取得了良好的稀释效果，将固化剂组分单独贮存，使得聚脲涂料的贮藏时间获得极大地延长。

Description

一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚脲涂料技术领域，具体涉及一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料及其制备方法。
背景技术
喷涂聚脲弹性体技术是一种新型的无溶剂、无污染的绿色施工技术。该工艺属于快速反应喷涂体系，原料体系固化速度快、工艺简单，可以很方便地在立面、曲面上喷涂十几毫米厚的涂层而不流挂。
喷涂聚脲涂料弹性体是由聚脲的各种组分原料现场喷涂而成。喷涂聚脲具有固化快，不流挂，对温度和水分不敏感，施工时受环境温度，湿度影响小，100%固含量，对环境友好，物理性能优异等优良特性。
聚脲的出现，完全打破了传统的防腐和防护观念。正因为聚脲具有诸多优点，因此其在化工防护、管道防腐、海洋防腐、隧道防水、大坝维护、桥梁防护、基础加固、屋面种植等方面具有广泛的应用。
目前主流聚脲一般为A、B双组分，A组分可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物，预聚物和半预聚物由端氨基或者端羟基化合物与异氰酸酯反应制得，B组分一定是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，在端氨基树脂中，不得含有任何羟基成分和催化剂，但可以含有便于颜料分散的助剂。
单组份聚脲则是由含多异氰酸酯的高分子预聚体与经封端的多元胺（包括氨基聚醚）混合，然后加入其他功能性助剂制得的。在单组份聚脲涂料组分中，需要加入一定的稀释剂，关于稀释剂的选择，业界普遍使用不同型号的芳烃油，而对于良好的有机溶剂二氯甲烷，业界普遍认为不应向传统聚脲涂料中引入二氯甲烷，因为传统聚脲涂料与二氯甲烷长期接触后会发生溶胀，不利于传统聚脲涂料的稳定。单组份聚脲的固化分为湿气交联固化与潜固化，目前聚脲固化多使用湿气交联固化，湿气交联固化是聚脲中的异氰酸酯基直接与空气或接触介质中的水反应，但是在湿气交联固化聚脲中，由于会释放出二氧化碳，因而在聚脲涂料中会存在大量的气泡，从而降低聚脲材料的力学性能。传统的单组份聚脲由于工艺限制，使得各种原料需要在比常温高的条件下混合、反应，最终制得纯粹的单组份物质，而得到的产品一旦受潮就会使固化剂解封，使得材料固化，使材料失效，使得贮存时间受到了极大地限制。
主流双组分聚脲需要进行大量的计量搅拌，且双组分聚脲中的稀释剂多使用芳烃稀释剂，其带来的后果就是双组分聚脲的固化时间过于迅速，虽然一定程度上可以缩短表干时间，缩短施工时间，但在更大程度上是不利于施工调整的，单组份聚脲一方面避免了大量的计量搅拌，保证组分比例，达到良好的使用效果，另一方面单组份聚脲的施工方式有刮涂、刷涂以及喷涂等，施工方式较为灵活。
经过检索，申请号为CN201810845863.7的发明专利公开了一种单组份聚脲改性聚氨酯防水涂料及其制备方法。该技术方案提供的防水涂料包括如下组分：聚醚多元醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂、增塑剂、颜填料、潜固化剂。其中聚醚多元醇包括PPG、PPC或PTMEG中的至少一种；二异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种；扩链剂包括三羟甲基丙烷、1,4-丁二醇、1,6一己二醇中的至少一种；催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或异辛酸铅；增塑剂包括磷酸三辛酯、柠檬酸三辛酯、氯化石蜡类增塑剂中的至少一种；颜填料包括钛白粉、滑石粉中的至少一种；潜固化剂由酮类和胺类物质组成，酮类包括3-羟基-2-丁酮、3-戊烯-2-酮、甲基壬基酮中的至少一种，胺类包括2-甲基戊二胺、二乙基甲苯二胺、对苯二胺的至少一种。该技术方案采用自制的潜固化剂，不含有机溶剂、低粘度、物理性能优越，解决了大量使用增塑剂导致返油和拉伸强度不足的问题。但是，该技术方案中使用的潜固化剂虽然没有直接使用四氯化碳等有机溶剂，但实质上仍然是有机物质反应制得的，同时使有机物质所含物质更为复杂多元，其安全性值得考量，同时虽然使用潜固化剂解决了大量使用增塑剂导致的返油以及拉伸强度不足的问题，但事实上确实存在使用了大量增塑剂的问题。
申请号为CN201811335773.X的发明专利公开了一种快干型单组分脂肪族聚脲涂料的制备方法。该技术方案提供的聚脲涂料包括如下组分：脂肪族异氰酸酯、聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚四氢呋喃多元醚、丁二醇、酮亚胺、有机锡催化剂、溶剂油、消泡剂。其中：脂肪族异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氢二苯甲烷二异氰酸酯HMDI中的一种或多种；聚酯多元醇为己二酸系列，间苯二甲酸系列，苯酐系列的二元醇或三元醇，其分子量为1000-3000；聚醚多元醇为二官能度和三官能度的聚醚多元醇，分子量在400-5000,；聚四氢呋喃多元醚的分子量为1000-2000；丁二醇为1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、新戊二醇、三羟基甲基丙烷，二乙二醇中的一种或多种；酮亚胺类化合物为封闭剂，分子量在1000以下；溶剂油为150#芳烃油；催化剂为丁酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。该技术方案得到的聚脲涂料固含量80-95%，表干时间20-40分钟，可以适应有机溶剂含量高或者机油浓度较低大的环境，即使在120℃条件下，其拉伸强度及伸长率也能维持较高水平。但是溶剂油使用成本较高，使得整体成本较高，不利于广泛使用。
因此，需要研制出一种成分简单、成本较低、安全友好、性能优良、使用方便的聚脲涂料。
发明内容
为了达到使聚脲涂料成分简单、安全友好、性能优良的目的，解决现有技术中单组份聚脲成分复杂、不够安全友好、性能不够优良的问题，本发明首先公开一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料，其次公开高耐磨防腐改性涂料的制备方法。
一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料：
所述的高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的组分为：聚四氢呋喃二醇、二环己基甲烷二异氰酸酯、二氯甲烷、液态抗氧剂、紫外线吸收剂、 稳定剂、二月桂酸二丁基锡、固化剂二乙基甲苯二胺、色浆，其中，按重量份计，聚四氢呋喃二醇 35-40份、二环己基甲烷二异氰酸酯8-12份、二氯甲烷50-54份、液态抗氧剂2-3份、紫外线吸收剂 2-3份、稳定剂 2-3份、二月桂酸二丁基锡 1-2份，色浆3-9份，固化剂二乙基甲苯二胺的体积与非固化剂、非色浆组分的体积和之比为1:31。其中，二氯甲烷起到稀释剂的作用，二月桂酸二丁基锡起到催化剂的作用。
进一步地，所述的聚四氢呋喃二醇为PTMG2000或者PTMG1000，其分子量在1000-2000。
进一步地，所述的二氯甲烷的纯度规格为氨酯级。业内认为，传统聚脲弹性体涂料会在二氯甲烷环境下溶胀，因此，传统聚脲涂料的稀释剂并不会考虑选择二氯甲烷。
进一步地，所述的液态抗氧剂为台湾双键化工股份有限公司的抗氧剂CHINOXB1236。
进一步地，所述的紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔戊基苯基)苯并三唑，分子式为C22H29N3O。具体型号包括但不限于巴斯夫Tinuvin 328紫外线吸收剂。
进一步地，所述的稳定剂为巴斯夫稳定剂769或巴斯夫稳定剂292。
进一步地，所述的二乙基甲苯二胺牌号为Ethacure100。
一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的制备方法：
S1.将聚四氢呋喃二醇，升温至105-110℃，脱水2小时，然后降温至58℃；
S2.向S1的产物中加入二环己基甲烷二异氰酸酯，再加入二月桂酸二丁基锡、紫外线吸收剂、稳定剂、液态抗氧剂，等待1小时后，降温至40℃以下加入二氯甲烷搅拌均匀稀释，密闭封存；
S3.取一定量的固化剂二乙基甲苯二胺，密闭封存，其中固化剂二乙基甲苯二胺的体积与聚四氢呋喃二醇、二环己基甲烷异氰酸酯、二氯甲烷、液态抗氧剂、紫外线吸收剂、稳定剂、二月桂酸二丁基锡组成的配合物质的体积比例保证为1:31；
S4.使用时，将S2、S3密闭封存的物质充分搅拌混合2-3分钟，加入色浆，再充分搅拌2-3分钟，得到高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料。
制得的高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的施工时间在21℃，相对湿度50%条件下，其适用期为40-60分钟。本发明公开的高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料既可以使用喷涂机喷涂，也可人工刷涂。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明公开的高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料中使用了二氯甲烷，二氯甲烷在配方中起到稀释剂的作用。本发明利用二氯甲烷良好的溶剂性、稀释性，先将各组分混合均匀，然后利用二氯甲烷的挥发性，在后期晾干阶段直接将二氯甲烷从体系中分离，避免了涂料的溶胀，同时二氯甲烷的毒性很小，因此可以确保安全，从而既可以使体系组分可以得到良好的混合，施工时以及施工完成后又具备良好的粘度，同时毒性较小，安全环保，且打破了业界对聚脲涂料的稀释剂的传统选择方向；
2.而本发明给出的单组份聚脲，由于使用前的最后步骤是按固化剂二乙基甲苯二胺的体积与非固化剂、非色浆组分的体积和之比为1:31的比例混合，因此，可以将固化剂单独存放，避免固化剂因受潮等因素释放游离氨基与异氰酸酯基迅速反应，导致聚脲提前固化失效，在使用时将固化剂组分混入，因此，其贮存时间、有效期限可达一年甚至更久，其使用时间也可以自由掌握，使得使用更为灵活方便；
3.本发明制得的高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的适用期可延长至40-60分钟，利于施工调整；
4.本发明由于A、B组分混合后，表干时间可延长至40分钟，因此，施工时可选择多种方式，既可使用喷涂机，也可人工混料，人工刷涂，在小面积施工时，人工刷涂更为灵活，无需使用专用喷涂机器，成本更低；
5.本发明没有使用大量增塑剂，但拉伸强度表现优秀，且本发明成本较低，利于大规模生产；
6.本发明公开的高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的撕裂强度、附着力、低温柔韧性均较为优秀。一般聚脲在-40℃时出现裂纹，而本发明公开的高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料在-73℃时仍可以抵抗多种弯曲，而没有裂缝，在-62℃-71℃范围内，本发明所述的高耐磨防腐该型聚脲涂料可以随底材的胀缩变化而伸张或收缩，并且可以保持弹性。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明进行进一步地解释说明。
实施例一
一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的组分为：PTMG2000、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、稀释剂氨酯级二氯甲烷、液态抗氧剂CHINOX B1236、紫外线吸收剂巴斯夫Tinuvin 328、 稳定剂巴斯夫769、催化剂二月桂酸二丁基锡、固化剂二乙基甲苯二胺Ethacure100、色浆，其中，按重量份计，PTMG200035份、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI） 8份、氨酯级二氯甲烷50份、液态抗氧剂2份、巴斯夫Tinuvin 3282份、稳定剂巴斯夫7692份、催化剂二月桂酸二丁基锡1份，色浆3份，固化剂二乙基甲苯二胺的体积与非固化剂、非色浆组分的体积和之比为1:31。
一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的制备方法如下：
S1.将35份聚四氢呋喃二醇，升温至105-110℃，脱水2小时，然后降温至58℃；
S2.向S1的产物中加入8份HMDI，再加入1份催化剂二月桂酸二丁基锡、2份巴斯夫Tinuvin 328、2份稳定剂巴斯夫769、2份液态抗氧剂CHINOX B1236，等待1小时后，降温至40℃以下加入50份氨酯级二氯甲烷搅拌均匀稀释，密闭封存；
S3.取一定量的固化剂二乙基甲苯二胺，密闭封存，其中固化剂二乙基甲苯二胺的体积与非固化剂、非色浆组分的体积和之比为1:31；
S4.使用时，将S2、S3密闭封存的物质充分搅拌混合2-3分钟，加入3重量份的色浆，再充分搅拌2-3分钟，得到高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料；
经检测，其撕裂强度为83kN/m，附着强度5.6kN/m，伸长率420%。
实施例二
一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的组分为：PTMG1000、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、稀释剂氨酯级二氯甲烷、液态抗氧剂CHINOX B1236、紫外线吸收剂巴斯夫Tinuvin 328、 稳定剂巴斯夫292、催化剂二月桂酸二丁基锡、固化剂二乙基甲苯二胺Ethacure100、色浆，其中，按重量份计，PTMG1000 38份、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）10份、氨酯级二氯甲烷 52份、液态抗氧剂 2.5份、巴斯夫Tinuvin 3282.5份、稳定剂巴斯夫292 2.5份、催化剂二月桂酸二丁基锡 1.5份，色浆6份，固化剂二乙基甲苯二胺的体积与非固化剂、非色浆组分的体积和之比为1:31。
一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的制备方法如下：
S1.将38份聚四氢呋喃二醇，升温至105-110℃，脱水2小时，然后降温至58℃；
S2.向S1的产物中加入10份HMDI，再加入1.5份催化剂二月桂酸二丁基锡、2.5份巴斯夫Tinuvin 328、2.5份稳定剂巴斯夫292、2.5份液态抗氧剂CHINOX B1236，等待1小时后，降温至40℃以下加入52份氨酯级二氯甲烷搅拌均匀稀释，密闭封存；
S3.取一定量的固化剂二乙基甲苯二胺，密闭封存，其中固化剂二乙基甲苯二胺的体积与非固化剂、非色浆组分的体积和之比为1:31；
S4.使用时，将S2、S3密闭封存的物质充分搅拌混合2-3分钟，加入6重量份的色浆，再充分搅拌2-3分钟，得到高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料。
经检测，其撕裂强度为80kN/m，附着强度6kN/m，伸长率430%。
实施例三
一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的组分为：PTMG2000、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、稀释剂氨酯级二氯甲烷、液态抗氧剂CHINOX B1236、紫外线吸收剂巴斯夫Tinuvin 328、 稳定剂巴斯夫292、催化剂二月桂酸二丁基锡、固化剂二乙基甲苯二胺Ethacure100、色浆，其中，按重量份计，PTMG2000 40份、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）12份、氨酯级二氯甲烷 54份、液态抗氧剂 3份、巴斯夫Tinuvin 328 3份、稳定剂 3份、催化剂二月桂酸二丁基锡2份，色浆9份，固化剂二乙基甲苯二胺的体积与非固化剂、非色浆组分的体积和之比为1:31。
一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的制备方法如下：
S1.将40份PTMG2000，升温至105-110℃，脱水2小时，然后降温至58℃；
S2.向S1的产物中加入12份HMDI，再加入2份催化剂二月桂酸二丁基锡、3份巴斯夫Tinuvin 328、3份稳定剂巴斯夫292、3份液态抗氧剂CHINOX B1236，等待1小时后，降温至40℃以下加入54份二氯甲烷搅拌均匀稀释，密闭封存；
S3.取一定量的固化剂二乙基甲苯二胺，密闭封存，其中固化剂二乙基甲苯二胺的体积与非固化剂、非色浆组分的体积和之比为1:31；
S4.使用时，将S2、S3密闭封存的物质充分搅拌混合2-3分钟，加入9重量份的色浆，再充分搅拌2-3分钟，得到高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料。
经检测，其撕裂强度为85kN/m，附着强度5kN/m，伸长率410%。

Claims (9)

1.一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料，其特征是：所述的高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的组分为：聚四氢呋喃二醇、二环己基甲烷二异氰酸酯、二氯甲烷、液态抗氧剂、紫外线吸收剂、稳定剂、二月桂酸二丁基锡、固化剂二乙基甲苯二胺、色浆，其中，按重量份计，聚四氢呋喃二醇 35-40份、二环己基甲烷二异氰酸酯8-12份、二氯甲烷50-54份、液态抗氧剂2-3份、紫外线吸收剂 2-3份、稳定剂2-3份、二月桂酸二丁基锡 1-2份，色浆3-9份，固化剂二乙基甲苯二胺的体积与非固化剂、非色浆组分的体积和之比为1:31。
2.如权利要求1所述的一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料，其特征是：所述的聚四氢呋喃二醇为PTMG2000或者PTMG1000，其分子量在1000-2000。
3.如权利要求1所述的一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料，其特征是：所述的二氯甲烷的纯度规格为氨酯级。
4.如权利要求1所述的一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料，其特征是：所述的液态抗氧剂为台湾双键化工股份有限公司的抗氧剂CHINOX B1236。
5.如权利要求1所述的一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料，其特征是：所述的紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔戊基苯基)苯并三唑，分子式为C22H29N3O。
6.如权利要求1所述的一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料，其特征是：所述的稳定剂为巴斯夫稳定剂292。
7.如权利要求1所述的一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料，其特征是：所述的二乙基甲苯二胺牌号为Ethacure100。
8.如权利要求1所述的一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料，其特征是：所述的单组份聚脲涂料既可以使用喷涂机喷涂，也可人工刷涂。
9.如权利要求1所述的一种高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料的制备方法，其特征是：
S1.将聚四氢呋喃二醇，升温至105-110℃，脱水2小时，然后降温至58℃；
S2.向S1的产物中加入二环己基甲烷二异氰酸酯，再加入二月桂酸二丁基锡、紫外线吸收剂、稳定剂、液态抗氧剂，等待1小时后，降温至40℃以下加入二氯甲烷搅拌均匀稀释，密闭封存；
S3.取一定量的固化剂二乙基甲苯二胺，密闭封存，其中固化剂二乙基甲苯二胺的体积与聚四氢呋喃二醇、二环己基甲烷异氰酸酯、二氯甲烷、液态抗氧剂、紫外线吸收剂、稳定剂、二月桂酸二丁基锡组成的配合物质的体积比例保证为1:31；
S4.使用时，将S2、S3密闭封存的物质充分搅拌混合2-3分钟，加入色浆，再充分搅拌2-3分钟，得到高耐磨防腐改性单组份聚脲涂料。
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