CN111117464B - 一种高粘度聚氨酯防水涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高粘度聚氨酯防水涂料，由以下重量份数的原料制成：聚氨酯乳液45‑90份、复合填料10‑20份、增粘剂1‑5份、成膜助剂2‑5份、消泡剂0.2‑1份、分散剂0.5‑2份以及去离子水5‑20份；复合填料按照重量百分比包括蛭石粉25‑35%、堇青石微粉15‑30%、石灰粉10‑20%和导热助剂20‑30%；增粘剂按照重量百分比包括脂肪醇聚氧乙烯醚5‑15%和卡波树脂85‑95%。本发明的涂料添加有独特的增粘剂成分，具有优良的粘性和结合力。

Description

一种高粘度聚氨酯防水涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防水涂料技术领域，具体涉及一种高粘度聚氨酯防水涂料及其制备方法。

背景技术

涂料是一种涂布于物体表面并在一定条件下形成薄膜而起到保护、装饰和特定的作用的一类液体或固定材料，随着经济的发展，涂料在工农业、国防、科研和人民生活中得到越来越广泛的应用。防水涂料是指涂料形成的涂膜能够防止水渗漏的一种涂料。防水涂料经固化后形成的防水薄膜具有一定的延伸性、弹塑性、抗裂性、抗渗性及耐候性，能起到防水、防渗和保护作用。

随着工业的发展，对涂料的防水及防腐性能都有了更高的要求，在一些阶段高温环境工作的设备上，其涂料会一定阶段内进入高温环境，并且要求在脱离高温环境后，设备可以尽快降温。现有的防水防腐涂料非常多，在防水涂料中加入石墨烯可以提高涂料的导热散热性能，以加快漆面的散热，石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管3500W/mK和多壁碳纳米管3000W/mK。但是石墨烯在高温环境下容易被氧化，石墨烯被氧化后其导热性能会大幅下降，进而导致涂料的散热能力下降。

并且，涂料的粘性对涂料的施工效果也有较大影响，对玻璃、金属以及陶瓷等对象的高低温粘性以及湿热粘性均对最终的效果有影响，如果涂料的粘性不佳，容易导致长时间使用后涂层老化脱落，影响设备的使用。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种高粘度聚氨酯防水涂料及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种高粘度聚氨酯防水涂料，由以下重量份数的原料制成：聚氨酯乳液45-90份、复合填料10-20份、增粘剂1-5份、成膜助剂2-5份、消泡剂0.2-1份、分散剂0.5-2份以及去离子水5-20份；

所述复合填料按照重量百分比包括蛭石粉25-35%、堇青石微粉15-30%、石灰粉10-20%和导热助剂20-30%；

所述增粘剂按照重量百分比包括脂肪醇聚氧乙烯醚5-15%和卡波树脂85-95%。

作为本发明一种高粘度聚氨酯防水涂料的进一步优化：由以下重量份数的原料制成：聚氨酯乳液80份、复合填料20份、增粘剂3份、成膜助剂5份、消泡剂1份、分散剂1份以及去离子水10份，其中，复合填料按照重量百分比包括蛭石粉25%、堇青石微粉30%、石灰粉15%和导热助剂30%，增粘剂按照重量百分比包括脂肪醇聚氧乙烯醚15%和卡波树脂85%。

作为本发明一种高粘度聚氨酯防水涂料的进一步优化：所述成膜助剂为苯甲醇或2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。

作为本发明一种高粘度聚氨酯防水涂料的进一步优化：所述导热助剂为低熔点玻璃粉改性石墨烯。

作为本发明一种高粘度聚氨酯防水涂料的进一步优化：所述低熔点玻璃粉改性石墨烯的制备方法如下：

A、将低熔点玻璃粉加入去离子水中，在磁力搅拌器中充分搅拌，得到玻璃粉悬浊液；

B、将石墨烯和去离子水混合制成石墨烯浆料，然后将浆料放入超声波石墨分散仪中分散得到石墨烯分散粗液，再将石墨烯分散粗液转入超声清洗仪中处理得到石墨烯分散液；

C、将石墨烯分散液和玻璃粉悬浊液混合，放入行星球磨机中，在真空或惰性气体保护下充分球磨，得到石墨烯玻璃粉混合液；

D、将石墨烯玻璃粉混合液加入去离子水中，过滤后放入真空烘箱中，充分干燥后，得到低熔点玻璃粉改性石墨烯。

作为本发明一种高粘度聚氨酯防水涂料的进一步优化：低熔点玻璃粉与石墨烯的重量比为1：1-1：2，石墨烯为层数小于等于5层的少层石墨烯粉料。

作为本发明一种高粘度聚氨酯防水涂料的进一步优化：所述消泡剂为矿物油液体强效消泡剂和硅聚醚类消泡剂中的一种或任意混合物。

作为本发明一种高粘度聚氨酯防水涂料的进一步优化：所述分散剂为钛白粉或滑石粉。

上述高粘度聚氨酯防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将脂肪醇聚氧乙烯醚和卡波树脂加入部分去离子水中，然后加入复合填料，低速搅拌10-30min，得到组分A，备用；

S2、将分散剂和成膜助剂加入剩余去离子水中，混合分散15-30min，得到组分B，备用；

S3、将聚氨酯乳液缓慢倒入组分B中，低速搅拌10-15min，然后再加入组分A和消泡剂，升温至120-140℃，恒温搅拌30-50min，得到高粘度聚氨酯防水涂料。

有益效果

一、本发明的涂料具有优良的粘性和结合力，添加有独特的增粘剂，在涂料的制备过程中，填料中的石灰粉与水接触后，一方面，生成热量，促使卡波树脂在该热量形成的温度环境内与脂肪醇聚氧乙烯醚反应，其树脂中的羧基形成氢键，达到提高其增粘效果的目的；另一方面，石灰粉与水接触后生成的氢氧化钙使溶液呈碱性环境，在该碱性环境下，卡波树脂由酸性转为中性，在此过程中，分子间的伸直变成张开结构，进一步达到提高其增粘效果的目的；

二、本发明的涂料具有较好的高温高导热性能，涂料中加入有经过低熔点玻璃改性的石墨烯，在遇到超过400-500℃的高温时，低熔点玻璃粉会融化并附着在石墨烯的表面，进而防止石墨烯在高温下被氧化，由于石墨烯氧化后，其热传导性能会明显下降，因此，本发明涂料中加入的经过低熔点玻璃改性的石墨烯使得涂料在超过400-500℃的高温条件下，依然具有良好的导热性能，便于漆面的散热。

具体实施方式

以下结合具体实施方式进一步对本发明的技术方案进行阐述。

实施例1

一种高粘度聚氨酯防水涂料，由以下重量份数的原料制成：聚氨酯乳液80份、蛭石粉5份、堇青石微粉6份、石灰粉3份和导热助剂6份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.45份、卡波树脂2.55份、苯甲醇5份、矿物油液体强效消泡剂1份、滑石粉1份以及去离子水10份，其中，蛭石粉的粒度为600目，堇青石微粉的粒度小于10μm。

所述导热助剂为低熔点玻璃粉改性石墨烯，低熔点玻璃粉改性石墨烯的制备方法如下：

A、将低熔点玻璃粉加入去离子水中（1g低熔点玻璃粉/10ml去离子水），在磁力搅拌器中充分搅拌（转速1000r/min，搅拌60min），得到玻璃粉悬浊液；

B、将石墨烯和去离子水混合制成石墨烯浆料（1g石墨烯/5ml去离子水），然后将浆料放入超声波石墨分散仪中分散得到石墨烯分散粗液，再将石墨烯分散粗液转入超声清洗仪中处理得到石墨烯分散液；

C、将石墨烯分散液和玻璃粉悬浊液混合，放入行星球磨机中，在真空或惰性气体保护下充分球磨16h，得到石墨烯玻璃粉混合液；

低熔点玻璃粉与石墨烯的重量比为1：1，石墨烯为层数小于等于5层的少层石墨烯粉料。

D、将石墨烯玻璃粉混合液加入去离子水中，过滤后放入真空烘箱中，在120℃温度下充分干燥后，得到低熔点玻璃粉改性石墨烯。

实施例2

一种高粘度聚氨酯防水涂料，由以下重量份数的原料制成：聚氨酯乳液45份、蛭石粉5份、堇青石微粉6份、石灰粉3份、导热助剂6份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.05份、卡波树脂0.95份、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯5份、矿物油液体强效消泡剂0.2份、滑石粉2份以及去离子水5份，其中，蛭石粉的粒度为800目，堇青石微粉的粒度小于10μm。

导热助剂为低熔点玻璃粉改性石墨烯，低熔点玻璃粉改性石墨烯的制备方法如下：

A、将低熔点玻璃粉加入去离子水中（1g低熔点玻璃粉/20ml去离子水），在磁力搅拌器中充分搅拌（转速1200r/min，搅拌60min），得到玻璃粉悬浊液；

B、将石墨烯和去离子水混合制成石墨烯浆料（1g石墨烯/10ml去离子水），然后将浆料放入超声波石墨分散仪中分散得到石墨烯分散粗液，再将石墨烯分散粗液转入超声清洗仪中处理得到石墨烯分散液；

C、将石墨烯分散液和玻璃粉悬浊液混合，放入行星球磨机中，在真空或惰性气体保护下充分球磨20h，得到石墨烯玻璃粉混合液；

低熔点玻璃粉与石墨烯的重量比为1：2，石墨烯为层数小于等于5层的少层石墨烯粉料。

D、将石墨烯玻璃粉混合液加入去离子水中，过滤后放入真空烘箱中，在135℃温度下充分干燥后，得到低熔点玻璃粉改性石墨烯。

实施例3

一种高粘度聚氨酯防水涂料，由以下重量份数的原料制成：聚氨酯乳液90份、蛭石粉3.5份、堇青石微粉1.5份、石灰粉2份、导热助剂2份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.5份、卡波树脂4.5份、苯甲醇2份、矿物油液体强效消泡剂0.5份、硅聚醚类消泡剂0.5份、钛白粉0.5以及去离子水20份，其中，蛭石粉的粒度为600目，堇青石微粉的粒度小于10μm。

导热助剂为低熔点玻璃粉改性石墨烯，低熔点玻璃粉改性石墨烯的制备方法如下：

A、将低熔点玻璃粉加入去离子水中（1g低熔点玻璃粉/10ml去离子水），在磁力搅拌器中充分搅拌（转速1100r/min，搅拌60min），得到玻璃粉悬浊液；

B、将石墨烯和去离子水混合制成石墨烯浆料（1g石墨烯/5ml去离子水），然后将浆料放入超声波石墨分散仪中分散得到石墨烯分散粗液，再将石墨烯分散粗液转入超声清洗仪中处理得到石墨烯分散液；

C、将石墨烯分散液和玻璃粉悬浊液混合，放入行星球磨机中，在真空或惰性气体保护下充分球磨20h，得到石墨烯玻璃粉混合液；

低熔点玻璃粉与石墨烯的重量比为1：1，石墨烯为层数小于等于5层的少层石墨烯粉料。

D、将石墨烯玻璃粉混合液加入去离子水中，过滤后放入真空烘箱中，在130℃温度下充分干燥后，得到低熔点玻璃粉改性石墨烯。

实施例4

一种高粘度聚氨酯防水涂料，由以下重量份数的原料制成：聚氨酯乳液80份、蛭石粉6份、堇青石微粉6份、石灰粉3份、导热助剂5份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.5份、卡波树脂4.5份、成膜助剂4份、矿物油液体强效消泡剂0.25份、硅聚醚类消泡剂0.25份、滑石粉1份以及去离子水15份，蛭石粉的粒度为800目，堇青石微粉的粒度小于10μm。

导热助剂为低熔点玻璃粉改性石墨烯，低熔点玻璃粉改性石墨烯的制备方法如下：

A、将低熔点玻璃粉加入去离子水中（1g低熔点玻璃粉/15ml去离子水），在磁力搅拌器中充分搅拌（转速1000r/min，搅拌60min），得到玻璃粉悬浊液；

B、将石墨烯和去离子水混合制成石墨烯浆料（1g石墨烯/10ml去离子水），然后将浆料放入超声波石墨分散仪中分散得到石墨烯分散粗液，再将石墨烯分散粗液转入超声清洗仪中处理得到石墨烯分散液；

C、将石墨烯分散液和玻璃粉悬浊液混合，放入行星球磨机中，在真空或惰性气体保护下充分球磨20h，得到石墨烯玻璃粉混合液；

低熔点玻璃粉与石墨烯的重量比为1：1，石墨烯为层数小于等于5层的少层石墨烯粉料。

D、将石墨烯玻璃粉混合液加入去离子水中，过滤后放入真空烘箱中，在120℃温度下充分干燥后，得到低熔点玻璃粉改性石墨烯。

实施例5

一种高粘度聚氨酯防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

按照实施例1的配方取各原料，备用。

S1、将脂肪醇聚氧乙烯醚和卡波树脂加入部分去离子水中，然后加入复合填料，低速搅拌20min，得到组分A，备用；

S2、将分散剂和成膜助剂加入剩余去离子水中，混合分散20min，得到组分B，备用；

S3、将聚氨酯乳液缓慢倒入组分B中，低速搅拌15min，然后再加入组分A和消泡剂，升温至120℃，恒温搅拌50min，得到高粘度聚氨酯防水涂料。

实施例6

一种高粘度聚氨酯防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

按照实施例2的配方取各原料，备用。

S1、将脂肪醇聚氧乙烯醚和卡波树脂加入部分去离子水中，然后加入复合填料，低速搅拌10min，得到组分A，备用；

S2、将分散剂和成膜助剂加入剩余去离子水中，混合分散30min，得到组分B，备用；

S3、将聚氨酯乳液缓慢倒入组分B中，低速搅拌10min，然后再加入组分A和消泡剂，升温至140℃，恒温搅拌30min，得到高粘度聚氨酯防水涂料。

实施例7

一种高粘度聚氨酯防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

按照实施例3的配方取各原料，备用。

S1、将脂肪醇聚氧乙烯醚和卡波树脂加入部分去离子水中，然后加入复合填料，低速搅拌30min，得到组分A，备用；

S2、将分散剂和成膜助剂加入剩余去离子水中，混合分散15min，得到组分B，备用；

S3、将聚氨酯乳液缓慢倒入组分B中，低速搅拌10min，然后再加入组分A和消泡剂，升温至130℃，恒温搅拌40min，得到高粘度聚氨酯防水涂料。

实施例8

一种聚氨酯防水涂料的制备方法：将实施例1原料中的蛭石粉4.5份和堇青石微粉3份替换为蛭石粉7.5份。其他条件不变，制备得到聚氨酯防水涂料。

实施例9

一种聚氨酯防水涂料的制备方法：将实施例1原料中的蛭石粉4.5份和堇青石微粉3份替换为堇青石微粉7.5份。其他条件不变，制备得到聚氨酯防水涂料。

实施例10

一种聚氨酯防水涂料的制备方法：将实施例1原料中的蛭石粉4.5份和堇青石微粉3份替换为云母粉7.5份。其他条件不变，制备得到聚氨酯防水涂料。

实施例11

一种聚氨酯防水涂料的制备方法：将实施例1原料中的导热助剂去掉。其他条件不变，制备得到聚氨酯防水涂料。

实施例12

一种聚氨酯防水涂料的制备方法：将实施例1原料中的导热助剂替换为普通石墨烯。其他条件不变，制备得到聚氨酯防水涂料。

实施例13

一种聚氨酯防水涂料的制备方法：将实施例1原料中的脂肪醇聚氧乙烯醚和卡波树脂去掉。其他条件不变，制备得到聚氨酯防水涂料。

实施例14

一种聚氨酯防水涂料的制备方法：将实施例1原料中的石灰粉去掉。其他条件不变，制备得到聚氨酯防水涂料。

实施例15

一种聚氨酯防水涂料的制备方法：将实施例1原料中的脂肪醇聚氧乙烯醚去掉。其他条件不变，制备得到聚氨酯防水涂料。

涂料性能对比：

取实施例5-15制备得到的高粘度聚氨酯防水涂料，按照GB/T19250的标准对涂料进行测试，得到的测试结果如下表所示：

由上表的结果可以看出：实施例5-12的防水涂料的粘结强度及拉伸强度明显高于实施例13-15的防水涂料，实施例14和15防水涂料粘结强度相当且均明显高于实施例13，这是由于实施例13去掉了增黏剂的主要成分脂肪醇聚氧乙烯醚和卡波树脂，导致涂料的粘结强度明显下降，实施例14去掉了石灰粉，导致卡波树脂未能够被中和，其增粘效果有所降低，但是卡波树脂中的羧基形成了氢键，使其增粘效果较实施例13高，而实施例15去掉了脂肪醇聚氧乙烯醚，导致卡波树脂中的羧基未能形成氢键，其增粘效果有所降低，但是卡波树脂在碱性环境下被中和，使其增粘效果较实施例13高。

由上表的结果可以看出：实施例5-7、11-15的防水涂料在0.3MPa/120min、1.5MPa/30min和2.0MPa/30min下，均未有透水现象，这是由于实施例5-7、11-15的防水涂料中均采用的了蛭石粉+堇青石微粉的组合，蛭石粉的内部层间水分子经过高温灼烧，体积增大几十倍，堇青石微粉内含大量定向排列的赤铁矿和针铁矿薄六方形小片，堇青石微粉与蛭石粉相互配合能在漆膜内形成阻隔层，该阻隔层能阻缓水和其他腐蚀物质对漆膜的渗透，使涂料具有优良的防水和防腐性能。而实施例8和9中分别单一采用了蛭石粉和堇青石微粉，未能实现蛭石粉和堇青石微粉的相互配合，导致其在0.3MPa和1.5MPa下经过30min未有透水现象，而继续提高压力后，在2.0MPa下经过30min下出现透水现象。实施例10中使用普通的云母石粉替代蛭石粉和堇青石微粉，制得的涂料在常规压力下不会透水，而在提高压力后，1.5MPa和2.0MPa下经过30min均出现了透水现象，综上可见，在涂料中加入蛭石粉和堇青石微粉，由于蛭石粉和堇青石微粉的相互作用，明显提高了涂料的防水性能，与单一的蛭石粉和单一的堇青石微粉相比，其防水性能都更好。

取实施例5-12制备得到的聚氨酯防水涂料，将涂料涂覆在钢制品表面（钢制品的尺寸和材质相同），将涂覆有涂料的钢制品放入烘烤箱中，800℃温度下烘烤10min，然后取出置于同样的环境下进行降温，观察钢制品的表面，并使用红外测温仪实时监测钢制品表面的温度，同时记录初始钢制品表面温度（初始温度并非固定，从计时开始记录的温度即为初始温度，为了保证实验的准确性，各实施例的初始温度应相差≤10℃）和2min后的钢制品表面温度。得到的测试结果如下表所示：

由上表的结果可以看出：实施例5-10的散热效率明显高于实施例11和12，且实施例12的散热效率高于实施例11，这是由于实施例5-10的涂料中均加入有导热助剂低温玻璃粉改性的石墨烯，在漆面温度达到600℃左右时，低熔点玻璃粉融化附着在石墨烯的表面，进而防止石墨烯在高温下被氧化，使得涂料在保温下依然保持优良的散热性能。而实施例11中未加入石墨烯，其散热效率是最低的。实施例12中加入了普通未经过改性的石墨烯，因此，与实施例11相比，其散热性能要好一些。但是由于高温下，石墨烯被部分氧化，使得其散热性能低于加入了低温玻璃粉改性石墨烯的涂料。综上可知，在涂料中加入低熔点玻璃粉改性的石墨烯可明显改善涂料在高温下的散热性能。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种高粘度聚氨酯防水涂料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：聚氨酯乳液45-90份、复合填料10-20份、增粘剂1-5份、成膜助剂2-5份、消泡剂0.2-1份、分散剂0.5-2份以及去离子水5-20份；

所述复合填料按照重量百分比包括蛭石粉25-35%、堇青石微粉15-30%、石灰粉10-20%和导热助剂20-30%；

所述增粘剂按照重量百分比包括脂肪醇聚氧乙烯醚5-15%和卡波树脂85-95%；

所述导热助剂为低熔点玻璃粉改性石墨烯，低熔点玻璃粉改性石墨烯的制备方法如下：

A、将低熔点玻璃粉加入去离子水中，在磁力搅拌器中充分搅拌，得到玻璃粉悬浊液；

B、将石墨烯和去离子水混合制成石墨烯浆料，然后将浆料放入超声波石墨分散仪中分散得到石墨烯分散粗液，再将石墨烯分散粗液转入超声清洗仪中处理得到石墨烯分散液；

C、将石墨烯分散液和玻璃粉悬浊液混合，放入行星球磨机中，在真空或惰性气体保护下充分球磨，得到石墨烯玻璃粉混合液；

D、将石墨烯玻璃粉混合液加入去离子水中，过滤后放入真空烘箱中，充分干燥后，得到低熔点玻璃粉改性石墨烯。

2.如权利要求1所述一种高粘度聚氨酯防水涂料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：聚氨酯乳液80份、复合填料20份、增粘剂3份、成膜助剂5份、消泡剂1份、分散剂1份以及去离子水10份，其中，复合填料按照重量百分比包括蛭石粉25%、堇青石微粉30%、石灰粉15%和导热助剂30%，增粘剂按照重量百分比包括脂肪醇聚氧乙烯醚15%和卡波树脂85%。

3.如权利要求1所述一种高粘度聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述成膜助剂为苯甲醇或2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯。

4.如权利要求1所述一种高粘度聚氨酯防水涂料，其特征在于：低熔点玻璃粉与石墨烯的重量比为1：1-1：2，石墨烯为层数小于等于5层的少层石墨烯粉料。

5.如权利要求1所述一种高粘度聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述消泡剂为矿物油液体强效消泡剂和硅聚醚类消泡剂中的一种或任意混合物。

6.如权利要求1所述一种高粘度聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述分散剂为钛白粉或滑石粉。

7.如权利要求1所述高粘度聚氨酯防水涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将脂肪醇聚氧乙烯醚和卡波树脂加入部分去离子水中，然后加入复合填料，低速搅拌10-30min，得到组分A，备用；

S2、将分散剂和成膜助剂加入剩余去离子水中，混合分散15-30min，得到组分B，备用；

S3、将聚氨酯乳液缓慢倒入组分B中，低速搅拌10-15min，然后再加入组分A和消泡剂，升温至120-140℃，恒温搅拌30-50min，得到高粘度聚氨酯防水涂料。