CN111349380A - 一种芳香族单组分聚脲涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种芳香族单组分聚脲涂料，由异氰酸酯、聚碳酸酯二元醇、二聚酸聚酯二元醇、端羟基液体橡胶、亚胺类潜固化剂、催化剂、环保稀释剂、附着力促进剂和消泡剂制备得到。本申请还提供了芳香族单组分聚脲涂料的制备方法。该涂料为单组分，使用方便，制备的聚脲涂层具有优异的拉伸性能、耐磨性、耐水解、耐酸碱以及低VOC的性能，能够在酸、碱、热的情况下使用，可以应用在各种苛刻条件的防水防腐要求的场合。

Description

一种芳香族单组分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，尤其涉及一种芳香族单组分聚脲涂料及其制备方法。
背景技术
聚脲涂层具有优异的耐磨和防腐防水性能，在防水防腐方面广泛应用于各种海洋水利大坝工程、高档建筑防水以及石油化工等领域，具体在桥梁隧道、水族馆、体育看台及各种工业防腐防水上大量应用。
聚脲涂层的凝胶时间太短，与基材润湿不够，粘结不够牢靠，引起很多弊病。目前市场上出现了单组分聚脲，使用方便，粘结牢靠解决了喷涂聚脲的痛点。但是目前的单组分聚脲都是由聚醚多元醇或端氨基聚醚制备的，分子链中含有大量的醚键，耐水解能力有限，在热、酸、碱的防护体系中很快水解失效，使用寿命很短。聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)的耐水解、耐磨能力虽然有很大提高，但是在酸、碱、热的情况下使用也很不乐观。
由上述说明可知，目前还没有有效的措施解决聚脲的耐水解问题，尤其长期在热、酸、碱的防护体系中，寿命很短。因此，一种耐水解、耐候以及环保的聚脲涂层的研究具有重要意义。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种芳香族单组分聚脲涂料，该涂料形成的涂层具有耐水解和耐磨的优异性能，可以长期在酸碱热等苛刻环境中使用，且具有优异的粘结力。
有鉴于此，本申请提供了一种芳香族单组分聚脲涂料，由以下组分制备得到：
Figure BDA0002489551050000011
Figure BDA0002489551050000021
所述聚碳酸酯二元醇、所述二聚酸聚酯二元醇和所述羟基液体橡胶不同时为0；
所述异氰酸酯选自MDI和TDI中的一种或两种。
优选的，所述聚碳酸酯二元醇的分子量为1000～4000，所述二聚酸聚酯二元醇的分子量为1000～4000，所述端羟基液体橡胶的分子量为1000～4000。
优选的，所述氢化端羟基液体橡胶选自端羟基液体丁苯橡胶、端羟基液体硅橡胶、端羟基液体异戊二烯橡胶、端羟基液体聚异丁烯橡胶和端羟基液体聚丁二烯中的一种或多种。
优选的，所述附着力促进剂为异氰酸酯基硅烷。
优选的，所述环保稀释剂为高沸点碳酸酯溶剂。
优选的，所述催化剂为有机稀土类催化剂。
优选的，所述聚碳酸酯二元醇的含量为10～35wt％，所述二聚酸聚酯二元醇的含量为10～35wt％，所述端羟基液体橡胶的含量为10～35wt％。
优选的，所述附着力促进剂的含量为0.20～0.40wt％，所述环保稀释剂的含量为5～16wt％。
本申请还提供了所述的芳香族单组分聚脲涂料的制备方法，包括以下步骤：
A)按照成分配比，将聚碳酸酯二元醇、二聚酸聚酯二元醇和端羟基液体橡胶加热真空除水后再加入异氰酸酯反应；
B)将步骤A)得到的反应物与附着力促进剂、亚胺类潜固化剂混合、加热，再加入环保稀释剂降温后加入催化剂、消泡剂，得到芳香族单组分聚脲涂料。
优选的，步骤A)中，所述加热的温度为110～120℃，加入异氰酸酯的温度为60～65℃，所述反应的温度为80～90℃，时间为2～3h；步骤B)中，所述加热的温度为80～85℃，降温的温度为60～65℃。
本申请提供了一种芳香族单组分聚脲涂层，其由异氰酸酯、聚碳酸酯二元醇、二聚酸聚酯二元醇、端羟基液体橡胶、亚胺类潜固化剂、催化剂、环保稀释剂、消泡剂以及附着力促进剂制备得到；本申请采用聚碳酸酯二元醇、二聚酸聚酯二元醇和端羟基液体橡胶制备聚脲涂料，其中，聚碳酸酯二元醇制备的聚氨酯具有更优异的耐水解能力、耐磨性能和更优异的力学性能，二聚酸聚酯二元醇是二聚醇与二聚酸酯化形成的产物，分子链中仅有一个酯键，并且分子中有庞大的支链保护，制备的聚氨酯具有优异的耐水解、高耐磨和耐候性能，端羟基液体橡胶分子链中都是碳碳链，具有优异的耐水解和耐候性能，因此，由聚脲涂料制备的聚脲涂层具有耐磨、耐水解、更优异的力学性能，可以在更苛刻的环境中使用，具有更长的使用寿命；同时添加了附着力促进剂，显著增加了与玻璃、混凝土、瓷砖等各种基材的粘结力，并且与预聚体不反应，具有很好的相容性；进一步的，本申请采用高沸点的碳酸丙烯酯作为溶剂，其不含苯及芳烃类溶剂，使得涂料具有低气味、低VOC，环保型更好。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于传统聚脲涂料耐水解能力有限，尤其在热、酸、碱的体系中性能更受影响的问题，本申请提供了一种聚脲涂料，其采用了特定的更耐水解的二元醇制备聚脲，且与其他组分配合，使得到的聚脲涂料形成的聚脲涂层耐水解，具有更优秀的耐磨和力学性能，可以长期在酸碱热等苛刻环境中使用；附着力促进剂具有反应活性可以链接到分子中，长期放置不析出，不分层，可以与混凝土、瓷砖、玻璃等各种基材具有优异的粘结力。具体的，本发明实施例公开了一种芳香族单组分聚脲涂料，由以下组分制备得到：
Figure BDA0002489551050000041
所述聚碳酸酯二元醇、所述二聚酸聚酯二元醇和所述羟基液体橡胶不同时为0；
所述异氰酸酯选自MDI和TDI中的一种或两种。
在本申请提供的芳香族单组分聚脲涂料中，异氰酸酯是芳香族异氰酸酯，具体选自MDI和TDI中的一种或两种，其含量为10～40wt％；在具体实施例中，所述异氰酸酯的含量为15～35wt％。
所述聚碳酸酯二元醇(PCDL)制备的聚氨酯具有更优异的耐水解能力，耐磨性能，更优异的力学性能；二聚酸聚酯二元醇是由二聚醇与二聚酸酯化形成的产物，分子链中仅有一个酯键，并且分子中有庞大的支链保护，制备的聚氨酯具有优异的耐水解，高耐磨，耐候性能；氢化端羟基液体橡胶分子链中都是碳碳(C-C)链，具有优异的耐水解，耐候性能。所聚碳酸酯二元醇的含量为0～60wt％，在具体实施例中，所述聚碳酸酯二元醇的含量为10～35wt％；所述二聚酸聚酯二元醇的含量为0～60wt％，在具体实施例中，所述二聚酸聚酯二元醇的含量为10～35wt％；所述端羟基液体橡胶的含量为0～60wt％，在具体实施例中，所述端羟基液体橡胶的含量为10～35wt％。所述聚碳酸酯二元醇的分子量为1000～4000，作为优选方案，可选择分子量为2000的聚碳酸酯二元醇。所述二聚酸聚酯二元醇的分子量为1000～4000，作为优选方案，可选择分子量为2000的二聚酸聚酯二元醇。所述端羟基液体橡胶的分子量为1000～4000，作为优选方案，可选择分子量为2000的端羟基液体橡胶。上述端羟基液体橡胶具体可选自端羟基液体丁苯橡胶、端羟基液体硅橡胶、端羟基液体异戊二烯橡胶、端羟基液体聚异丁烯橡胶和端羟基液体聚丁二烯中的一种或多种；在具体实施例中，所述端羟基液体橡胶为端羟基液体聚丁二烯或端羟基液体丁腈橡胶。
所述亚胺类潜固化剂通过与水反应产生活性基团，活性基团与异氰酸酯基团交联即可固化成膜。所述亚胺类潜固化剂的含量为1～15wt％，在具体实施例中，所述亚胺类潜固化剂的含量为4～10wt％。所述亚胺类潜固化剂为本领域技术人员熟知的，对此本申请不进行特别的限制。
本申请中所述催化剂可选自有机稀土类催化剂，其含量为0～20wt％，在具体实施例中，所述催化剂的含量为1～12wt％。
本申请采用高沸点碳酸酯类溶剂作为稀释剂制备聚脲涂料，其中不含苯及芳烃类物质，环保型更高。所述环保稀释剂的含量0～20wt％，在具体实施例中，所述环保稀释剂的含量为5～16wt％。所述消泡剂为本领域技术人员熟知的，对此本申请没有特别的限制，所述消泡剂的含量为0.1～0.5wt％。
所述附着力促进剂为异氰酸酯基硅烷，在具体实施例中，所述附着力促进剂选自3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷或3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷。所述附着力促进剂的含量为0.1～0.5wt％，在具体实施例中，所述附着力促进剂的含量为0.25～0.40wt％。所述附着力促进剂可限制增加与玻璃、混凝土、瓷砖等各种基材的粘结力，并且与预聚体不反应，具有很好的相容性。
本申请还提供了所述芳香族单组分聚脲涂料的制备方法，包括以下步骤：
A)按照成分配比，将聚碳酸酯二元醇、二聚酸聚酯二元醇和端羟基液体橡胶加热真空除水后再加入异氰酸酯反应；
B)将步骤A)得到的反应物与附着力促进剂、亚胺类潜固化剂混合、加热，再加入环保稀释剂降温后加入催化剂、消泡剂，得到芳香族单组分聚脲涂料。
在上述芳香族单组分聚脲涂层的制备过程中，步骤A)中，所述加热的温度为110～120℃，加入异氰酸酯的温度为60～65℃，所述反应的温度为80～90℃，时间为2～3h；步骤B)中，所述加热的温度为80～85℃，降温的温度为60～65℃。
本申请提供的聚脲涂料采用更耐水解的聚碳酸酯二元醇PCDL、二聚酸聚酯二元醇和端羟基聚丁二烯(HTPB)中的一种或多种制备；普通的聚醚多元醇和端氨基聚醚中含有大量的醚键，耐水解能力一般，尤其应对酸碱热等苛刻环境下时，使用情况不乐观，聚碳酸酯二元醇更耐水解，并且属于聚酯类多元醇，更耐候，耐磨，拉伸性能更好；二聚酸聚酯二元醇分子结构中只有一个酯键，并且有庞大的侧链保护，耐水解能力突出，同样是聚酯多元醇，制备的聚脲更耐候耐磨，端羟基聚丁二烯中全部都是碳碳连接，疏水性能更好，制备的聚氨酯具有高弹性，高耐候，耐水解；选用上述多元醇制备的聚脲涂层具有优异的拉伸、耐磨、耐水解性能，可以长期在苛刻的环境下使用，具有更杰出的性能，更长的使用寿命。本申请采用有机稀土类环保催化剂和高沸点碳酸酯类溶剂制备聚脲，具有VOC含量低，不含苯及芳烃类物质，更环保安全；选用相容性很好的附着力促进剂，大大增强了与基材的粘结性能，可以与玻璃、混凝土、瓷砖等各种基材粘结。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的芳香族单组分聚脲涂料及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
一种芳香族单组分聚脲涂料，包括以下质量分数的组分：25％MDI、50％聚碳酸酯二元醇2000、15％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、9.4％环保稀释剂、0.2％3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、0.3％消泡剂。
制备方法：1)将聚碳酸酯二元醇投入到三口烧瓶中，加热到110～120℃真空除去水分，冷却到60～65℃，加入相应的异氰酸酯，在80-90℃反应2h后降温到65-70℃；
2)通过滴加设备滴入附着力促进剂、亚胺潜固化剂，通过设置滴加速度保持反应温度平衡，加完后80～85℃保温半个小时，加入环保稀释剂并降温60～65℃，加入相应的消泡剂、催化剂搅拌15min后出料。
实施例2
一种芳香族单组分聚脲涂料，包括以下质量分数的组分：20％TDI、50％聚碳酸酯二元醇2000、12％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、0.2％3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、17.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种芳香族单组分聚脲涂料，包括以下质量分数的组分：25％MDI、50％二聚酸聚酯二元醇2000、15％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、9.4％环保稀释剂、0.2％3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、0.3％消泡剂。
制备方法：1)将二聚酸聚酯二元醇投入到三口烧瓶中，加热到110～120℃真空除去水分，冷却到60～65℃，加入相应的异氰酸酯，在80-90℃反应2h后降温到65-70℃；
2)通过滴加设备滴入附着力促进剂、亚胺潜固化剂，通过设置滴加速度保持反应温度平衡，加完后80～85℃保温半个小时，加入环保稀释剂并降温60～65℃，加入相应的消泡剂、催化剂搅拌15min后出料。
实施例4
一种芳香族单组分聚脲涂料，包括以下质量分数的组分：15％TDI、50％二聚酸聚酯二元醇2000、12％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、0.2％3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、22.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法与实施例3相同。
实施例5
一种芳香族单组分聚脲涂料，包括以下质量分数的组分：25％MDI、50％端羟基聚丁二烯2000、15％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、9.4％环保稀释剂、0.2％3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、0.3％消泡剂。
制备方法：1)将端羟基聚丁二烯投入到三口烧瓶中，加热到110～120℃真空除去水分，冷却到60～65℃，加入相应的异氰酸酯，在80-90℃反应2h后降温到65-70℃；
2)通过滴加设备滴入附着力促进剂、亚胺潜固化剂，通过设置滴加速度保持反应温度平衡，加完后80～85℃保温半个小时，加入环保稀释剂并降温60～65℃，加入相应的消泡剂、催化剂搅拌15min后出料。
实施例6
一种芳香族单组分聚脲涂料，包括以下质量分数的组分：15％TDI、50％端羟基聚丁二烯2000、12％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、0.2％3-异氰酸基丙基三甲氧基硅烷、22.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法与实施例5相同。
实施例7(普通聚醚多元醇制备的聚脲对比试验)：
普通单组分聚脲，包括以下质量分数的组分：25％MDI、50％PPG2000、15％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、9.4％环保稀释剂、0.2％3-异氰酸基丙基三乙氧基硅烷、0.3％消泡剂。
制备方法：1)将PPG2000投入到三口烧瓶中，加热到110～120℃真空除去水分，冷却到60～65℃，加入相应的异氰酸酯，在80-90℃反应2h后降温到65-70℃；
2)通过滴加设备滴入附着力促进剂、亚胺潜固化剂，通过设置滴加速度保持反应温度平衡，加完后80～85℃保温半个小时，加入环保稀释剂并降温60～65℃，加入相应的消泡剂、催化剂搅拌15min后出料。
对上述实施例制备的单组分聚脲进行涂膜，两次涂膜厚度1.5mm±0.2mm，标准条件下养护7d后进行测试，测试的物理性能如下表1所示；
表1单组分聚脲涂层的物理性能数据表
Figure BDA0002489551050000091
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种芳香族单组分聚脲涂料，由以下组分制备得到：
Figure FDA0002489551040000011
所述聚碳酸酯二元醇、所述二聚酸聚酯二元醇和所述羟基液体橡胶不同时为0；
所述异氰酸酯选自MDI和TDI中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的芳香族单组分聚脲涂料，其特征在于，所述聚碳酸酯二元醇的分子量为1000～4000，所述二聚酸聚酯二元醇的分子量为1000～4000，所述端羟基液体橡胶的分子量为1000～4000。
3.根据权利要求1所述的芳香族单组分聚脲涂料，其特征在于，所述氢化端羟基液体橡胶选自端羟基液体丁苯橡胶、端羟基液体硅橡胶、端羟基液体异戊二烯橡胶、端羟基液体聚异丁烯橡胶和端羟基液体聚丁二烯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的芳香族单组分聚脲涂料，其特征在于，所述附着力促进剂为异氰酸酯基硅烷。
5.根据权利要求1所述的芳香族单组分聚脲涂料，其特征在于，所述环保稀释剂为高沸点碳酸酯溶剂。
6.根据权利要求1所述的芳香族单组分聚脲涂料，其特征在于，所述催化剂为有机稀土类催化剂。
7.根据权利要求1所述的芳香族单组分聚脲涂料，其特征在于，所述聚碳酸酯二元醇的含量为10～35wt％，所述二聚酸聚酯二元醇的含量为10～35wt％，所述端羟基液体橡胶的含量为10～35wt％。
8.根据权利要求1所述的芳香族单组分聚脲涂料，其特征在于，所述附着力促进剂的含量为0.20～0.40wt％，所述环保稀释剂的含量为5～16wt％。
9.权利要求1所述的芳香族单组分聚脲涂料的制备方法，包括以下步骤：
A)按照成分配比，将聚碳酸酯二元醇、二聚酸聚酯二元醇和端羟基液体橡胶加热真空除水后再加入异氰酸酯反应；
B)将步骤A)得到的反应物与附着力促进剂、亚胺类潜固化剂混合、加热，再加入环保稀释剂降温后加入催化剂、消泡剂，得到芳香族单组分聚脲涂料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述加热的温度为110～120℃，加入异氰酸酯的温度为60～65℃，所述反应的温度为80～90℃，时间为2～3h；步骤B)中，所述加热的温度为80～85℃，降温的温度为60～65℃。
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