CN111393974A - 一种单组分聚氨酯底涂、其制备方法和纤维水泥板 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料技术领域，具体地说，涉及一种单组分聚氨酯底涂，所述的单组分聚氨酯底涂由树脂基料和助剂组成，所述树脂基料为异氰酸酯预聚体，所述助剂包括流平剂、消泡剂、潜固化剂和催化剂；所述催化剂促进异氰酸酯预聚体与空气中的水反应、固化。本发明的单组分聚氨酯底涂在用于制备纤维水泥板时，易涂装、底材无需前处理，并且可与基材发生化学反应，附着力好、无脱漆、防水性好，具有高渗透作用和高加固作用，制备的纤维水泥板的批次质量稳定性好。本发明还涉及上述单组分聚氨酯底涂的制备方法和一种纤维水泥板。

Description

一种单组分聚氨酯底涂、其制备方法和纤维水泥板
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体地说，涉及一种单组分聚氨酯底涂、其制备方法和纤维水泥板。
背景技术
随着外墙建筑及装修效果的不断提升，保温装饰一体板的需求量也越来越大。目前，外墙建筑装饰板材多采用纤维水泥板为基材，采用涂布涂料进行装饰，以仿制大理石效果。
涂料的底涂可分为单组份底涂和双组份底涂，单组份底涂不需要交联固化，仅需溶剂挥发，即通过物理反应就可以形成漆膜。双组份底涂采用交联固化，两种组份混合后产生交联反应形成漆膜。纤维水泥板的密度大，表层疏松，采用含有油性溶剂的单组份涂料，渗透性好，但成膜过程中，溶剂挥发造成环境污染，但是现有的无溶剂涂料粘度大，无法进行生产上胶。
目前，现有技术一般采用双组份水性环氧树脂涂料，利用环氧树脂分子链中的羟基和环氧基交联反应成膜，其具有较好的附着力。但是，环氧树脂底涂仍存在以不足：1、环氧底涂的官能团交联反应需要在一定温度下进行，温度较低时，反应慢，甚至无法成膜；2、环氧底涂的整体粘度上升较快，容易固化，需要经常清理生产设备，否则容易在生产过程中造成树脂固化；3、不同批次的纤维水泥板的性质不稳定，环氧底涂附着力不稳定，影响产品的质量稳定性。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种单组分聚氨酯底涂、一种单组分聚氨酯底涂的制备方法和采用所述单组分聚氨酯底涂的纤维水泥板。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种单组分聚氨酯底涂，由树脂基料和助剂组成，所述树脂基料为异氰酸酯预聚体，所述助剂包括流平剂、消泡剂、潜固化剂和催化剂；
所述催化剂促进异氰酸酯预聚体与空气中的水反应、固化。
本发明的单组分聚氨酯底涂在用于制备纤维水泥板时，易涂装、底材无需前处理，并且可与基材发生化学反应附着力好、无脱漆、防水性好，具有高渗透作用和高加固作用，制备的纤维水泥板的批次质量稳定性好。
作为本发明的一种实施方式，所述的异氰酸酯预聚体为异氰酸酯单体或改性异氰酸酯预聚体中的一种或者几种的混合。
作为本发明的一种实施方式，所述的潜固化剂为噁唑烷类化合物或酮亚胺类化合物中的一种或者几种的混合。
上述的潜固化剂在聚氨酯体系中通过与水或湿气优先反应产生活性基团，然后活性基团与异氰酸酯基迅速交联固化成膜。
作为一种实施方式，所述的潜固化剂为噁唑烷类化合物，选自1,3一氧氮杂环戊烷、或者选自下列结构的物质之一：
Figure BDA0001933529540000021
R1选自NH2-、CnH2n+1O-、H2C＝CH-CH2-、H2C＝CH-CH2O-、C6H5-、C6H5CH2-或H-；
R2选自以下基团的任意一种：
Figure BDA0001933529540000022
其中，R3、R4或R5选自CnH2n+1O-、H2C＝CH-CH2-、H2C＝CH-CH2O-、C6H5-、C6H5CH2-或H-；
n为正整数。
作为一种实施方式，所述的潜固化剂为酮亚胺类化合物,由如下结构的酮类化合物(I)与一级胺(II)反应制备得到：
H2N-CH2-R6 (I),
R6选自氢原子、甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、苯基或苯甲基；
R7-CO-R8 (II),
R7和R8甲基、乙基、苯甲基或苯乙基。
选用以上所述的物质作为潜固化剂，一方面可以提高捕捉空气中的湿气的能力，提高固化效率，减少流平剂的用量，即使在没有溶剂的作用下，也可以形成牢固的固化结构；另一方面，还可以提高耐水性和耐高温性能。
作为本发明的一种实施方式，所述催化剂为叔胺类化合物或有机金属化合物中的一种或者几种的混合。
优选地，所述的叔胺类化合物选自：
Figure BDA0001933529540000031
优选地，所述的有机金属化合物为二月桂酸二丁基锡(DBTDL)或辛酸锌。
上述的催化剂可以提高单组分聚氨酯底涂的固化效率，对反应要求较温和，更加安全可靠。
作为本发明的一种实施方式，所述的单组分聚氨酯底涂包括下列组分：
Figure BDA0001933529540000032
优选地，所述的单组分聚氨酯底涂包括下列组分：
Figure BDA0001933529540000033
采用上述的组分比例的单组分聚氨酯底涂附着力更优，防水性能更好，当涂布于纤维水泥板后，可耐擦洗2000次以上。
本发明的另一目的在于提供一种单组分聚氨酯底涂的制备方法，包括下列步骤：室温条件下，依次将沸石分子筛、异氰酸酯预聚体、潜固化剂、催化剂、消泡剂和流平剂加入真空密封的反应体系中，经真空减压脱水和搅拌，过滤出料,即得。
本发明所述的单组分聚氨酯底涂的制备方法，工序简单，生产效率高，反应条件容易控制，得到的各批次产品的质量稳定，并且得到了一种防水性和附着力优异的单组分聚氨酯底涂。
作为本发明的一种实施方式，按照顺序加入沸石分子筛、异氰酸酯预聚体80-95重量份、潜固化剂0.5-20重量份、催化剂0.1-1重量份、消泡剂0.1-1重量份和流平剂0.05-1重量份。
优选地，控制反应体系的真空度为-0.1～-0.5MPa，脱水时间为0.5～3h,搅拌时间为0.5～3h。
采用上述的反应条件制备得到的单组分聚氨酯底涂附着力更好，即使在低温下也具有较好的成膜性，并且涂布于纤维水泥板表面时，更均匀光滑。
本发明的另一目的在于提供一种纤维水泥板，该纤维水泥板包括以上内容任一项所述的单组分聚氨酯底涂。
上述的纤维水泥板涂布了本发明所述的单组分聚氨酯底涂，防水性好，表面均匀光滑，更加美观实用，符合市场需求。
作为本发明的一种实施方式，所述单组分聚氨酯底涂涂布于纤维水泥板后，在常温下干燥0.5-4h，或55℃条件下固化20～80min。
优选地，在常温下干燥1-2h，或55℃条件下固化30～60min。
采用上述的操作，使单组分聚氨酯底涂在纤维水泥板上吸附得更牢固，防水性更好，而且表面更均匀，更美观。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明为单组份底涂，组成成分简单，开放时间较长；室温下，所述的单组分底涂暴露于空气中8小时未完全固化，仅存在粘度增加，表面结皮现象。当涂布纤维水泥板表面，室温2小时完全固化，克服了双组份环氧底涂开放时间短、室温开放时间仅40分钟的技术缺陷，提高工作效率，降低人工成本。
2、在使用时，本发明的单组份底涂的成膜是利用基材、羟基、碱物质和空气中的微量水分进行反应，不需要借助溶剂，避免溶剂挥发，不会污染环境。
3、本发明的单组份底涂既具有较好的附着力，又具有较强的耐水性；本发明的涂料在低温可成膜，而双组份环氧低温无法成膜，冬季生产还需要进行高温烘烤。
4、本发明的单组份底涂利于纤维水泥板表面的均质化和加固，减少了底材的前处理工序，生产成本低。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合部分实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。
本发明的底涂的附着力采用划格法进行测试，参照标准JG/T210-2007；透水性采用卡斯通法进行测试，参照标准GB/T 7019-2014；吸水率的测试参照标准GB/T 7019-2014，表干时间和实干时间参照标准JG/T210-2007。
实施例1
在室温条件下，在真空密封罐中加入3kg沸石分子筛，按照顺序称取异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000051
PF 43.7kg、
Figure BDA0001933529540000052
CD-L 53kg(生产商为科思创聚合物有限公司)，潜固化剂为0.5kg，催化剂为0.1kg，消泡剂BYK-054 0.2kg，流平剂BYK-331 0.1kg，所述的催化剂、潜固化剂的结构如下：
催化剂：
Figure BDA0001933529540000053
潜固化剂为：
Figure BDA0001933529540000054
其中，R1＝NH2-，R2为
Figure BDA0001933529540000055
R3为H2C＝CH-CH2O-。
用真空泵对体系抽真空减压(-0.1MPa)脱水1.5h，高速机械搅拌0.5h后过滤出料,即可制得。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式直接涂布于未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥30min，其性能如表1所示。
表1
Figure BDA0001933529540000056
Figure BDA0001933529540000061
实施例2
在室温条件下，在真空密封罐中加入3kg沸石分子筛，按照顺序称取异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000062
PF 30kg、
Figure BDA0001933529540000063
CD-L 63kg(生产商为科思创聚合物有限公司)，潜固化剂为20kg，催化剂为0.5kg，BYK-054 0.2kg，BYK-331 0.1kg，所述的催化剂、潜固化剂的结构如下：
催化剂：
Figure BDA0001933529540000064
潜固化剂为：
Figure BDA0001933529540000065
其中，R1为CnH2n+1O-，R2为
Figure BDA0001933529540000066
R4为H2C＝CH-CH2-。
用真空泵对体系抽真空减压(-0.1MPa)脱水1.5h，高速机械搅拌0.5h后过滤出料,即可制得。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式直接涂布于未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥30min，其性能如表2所示。
表2
Figure BDA0001933529540000067
Figure BDA0001933529540000071
实施例3
在室温条件下，在真空密封罐中加入3kg沸石分子筛，按照顺序称取异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000072
PF 40kg、
Figure BDA0001933529540000073
CD-L 53kg(生产商为科思创聚合物有限公司)，潜固化剂为17kg，催化剂为0.8kg，BYK-054 0.2kg、BYK-331 0.1kg，所述的催化剂、潜固化剂的结构如下：
催化剂：
Figure BDA0001933529540000074
潜固化剂为：
Figure BDA0001933529540000075
其中，R1为C6H5CH2-，R2为
Figure BDA0001933529540000076
R5为CH3O-。
用真空泵对体系抽真空减压(-0.1MPa)脱水1.5h，高速机械搅拌0.5h后过滤出料,即可制得。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式直接涂布于未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥30min，其性能如表3所示。
表3
Figure BDA0001933529540000077
Figure BDA0001933529540000081
实施例4
在室温条件下，在真空密封罐中加入3kg沸石分子筛，按照顺序称取异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000082
PF 40kg、
Figure BDA0001933529540000083
CD-L 43kg(生产商为科思创聚合物有限公司)，潜固化剂为13.7kg，催化剂为0.3kg，BYK-054 0.2kg、BYK-331 0.1kg，所述的催化剂、潜固化剂的结构如下：
催化剂：
Figure BDA0001933529540000084
潜固化剂为：1,3一氧氮杂环戊烷。
用真空泵对体系抽真空减压(-0.1MPa)脱水1.5h，高速机械搅拌0.5h后过滤出料,即可制得。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式直接涂布于未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥30min，其性能如表4所示。
表4
性能 测试结果
初始黏度,(25℃) 320mPa.s
储存50℃/30天，(25℃) 455mPa.s
附着力 0级
透水性 0ml
48h吸水率 0.37％
表干时间,25℃，湿度(50±20)％ 45min
实干时间,25℃，湿度(50±20)％ 130min
实施例5
在室温条件下，在真空密封罐中加入3kg沸石分子筛，按照顺序称取异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000085
PF 40kg、
Figure BDA0001933529540000086
CD-L 53kg(生产商为科思创聚合物有限公司)，潜固化剂为13.6kg，催化剂为0.1kg，BYK-054 0.2kg、BYK-331 0.1kg，所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、潜固化剂为1,3一氧氮杂环戊烷，用真空泵对体系抽真空减压(-0.1MPa)脱水1.5h，高速机械搅拌0.5h后过滤出料,即可制得。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式直接涂布于未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥30min，其性能如表5所示。
表5
性能 测试结果
初始黏度,(25℃) 340mPa.s
储存50℃/30天，黏度(25℃) 485mPa.s
附着力 0级
透水性 0ml
48h吸水率 0.44％
表干时间,25℃，湿度(50±20)％ 25min
实干时间,25℃，湿度(50±20)％ 100min
实施例6
在室温条件下，在真空密封罐中加入3份沸石分子筛，按照顺序称取异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000091
PF 40份、
Figure BDA0001933529540000092
CD-L 53份(生产商为科思创聚合物有限公司)，潜固化剂为13.6kg，催化剂为0.1kg，BYK-054 0.2份、BYK-331 0.1份，所述的催化剂为辛酸锌，所述的潜固化剂1,3一氧氮杂环戊烷，用真空泵对体系抽真空减压(-0.1MPa)脱水1.5h，高速机械搅拌0.5h后过滤出料,即可制得。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式直接涂布于未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥30min，其性能如表6所示。
表6
Figure BDA0001933529540000093
Figure BDA0001933529540000101
实施例7
在室温条件下，在真空密封罐中加入3kg沸石分子筛，按照顺序称取异氰酸酯预聚体PF 40kg、
Figure BDA0001933529540000103
CD-L 53kg(生产商为科思创聚合物有限公司)，潜固化剂1,3一氧氮杂环戊烷3.7kg、BYK-054 0.2kg、BYK-331 0.1kg，用真空泵对体系抽真空减压(-0.1MPa)脱水1.5h，高速机械搅拌0.5h后过滤出料,即可制得。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式直接涂布于未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥30min，其性能如表7所示。
表7
性能 测试结果
初始黏度,(25℃) 416mPa.s
储存50℃/30day，黏度(25℃) 569mPa.s
附着力 0级
透水性 0.52ml
48h吸水率 1.26％
表干时间,25℃，湿度(50±20)％ 70min
实干时间,25℃，湿度(50±20)％ 160min
对比例1
该对比例为双组份水性环氧底涂，其具体组成如下：
环氧树脂128：50
TEGO Wet 270：0.3
BYK-045：0.2
曼尼期碱：45
水：4.5
其制备方法：将上述重量份的水性环氧乳液、流平剂、消泡剂一起混合后充分搅拌，再加入所述重量份的水性胺基固化剂，1500rpm高速搅拌15分钟，加水，即得水性环氧底涂。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式将上述的水性环氧底涂涂布于未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥1h。
按照本发明实施例1-6的方法在相同的条件下测试相关性能，得到的实验结果如表7所示。
表8
性能 测试结果
初始黏度,(25℃) 530mPa.s
储存50℃/30天，黏度(25℃) 575mPa.s
附着力 2级
透水性 0.4ml
48h吸水率 3.23％
表干时间,25℃，湿度(50±20)％ 60min
实干时间,25℃，湿度(50±20)％ 310min
根据实验结果，对比例采用环氧底涂涂布的纤维水泥板，耐水性能不佳，本发明制备的纤维水泥板可耐擦洗2000次，而对比例仅可耐擦洗1000次，附着力不佳。另外，混合后水性环氧涂料30min后粘度增加，无法使用。
对比例2
参照本发明实施例1-6的单组分聚氨酯底涂的制备方法分别获得对应产品，并采用相同工艺将各对应产品涂布与纤维水泥板，但是各产品的组分有所不同。
产品2-1：
在室温条件下，在真空密封罐中加入3份kg沸石分子筛，按照顺序称取异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000121
PF 43.7份kg、
Figure BDA0001933529540000122
CD-L 53kg份(生产商为科思创聚合物有限公司)，消泡剂BYK-054 0.2kg份，流平剂BYK-331 0.1kg份。用真空泵对体系抽真空减压(-0.1MPa)脱水1.5h，高速机械搅拌0.5h后过滤出料,即可制得。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式直接涂布于未打磨及除尘未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥30min。
产品2-2：
在室温条件下，在真空密封罐中加入3份沸石分子筛，按照顺序称取异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000123
PF 30kg、
Figure BDA0001933529540000124
CD-L 63kg(生产商为科思创聚合物有限公司)，BYK-0540.2kg，BYK-331 0.1kg，用真空泵对体系抽真空减压(-0.1MPa)脱水1.5h，高速机械搅拌0.5h后过滤出料,即可制得。
采用刷涂、辊涂、喷涂的方式直接涂布于未打磨及除尘未经打磨及除尘处理的纤维水泥板上，涂布后常温干燥2h，或者采用鼓风干燥箱(50-80℃)加热干燥30min。
上述产品的相关性质的测试数据如下表所示。
产品2-1 产品2-2
初始黏度,(25℃) 615mPa.s 597mPa.s
储存50℃/30day，黏度，(25℃) 845mPa.s 970mPa.s
附着力 2级 1级
透水性 1.1ml 1.0ml
48h吸水率 6.76％ 5.93％
表干时间,25℃，湿度(50±20)％ 210min 260min
实干时间,25℃，湿度(50±20)％ 390min 420min
根据上述的实验结果，产品2-1、产品2-2的原料组分缺少本发明所述的潜固化剂和催化剂，虽然制备方法相同，但是涂布于纤维水泥板后，与实施例1-6相比，附着力和防水性较差，尚有可优化的空间。
对比例3
该对比例中的单组分聚氨酯底涂的原料组分种类、制备方法参照实施例1，区别仅在于各个组分的配比不同，具体为：
产品3-1：异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000131
PF 20kg、
Figure BDA0001933529540000132
CD-L 53kg(生产商为科思创聚合物有限公司)潜固化剂为0.5kg，催化剂为0.1kg，消泡剂BYK-054 0.2kg，流平剂BYK-331 0.1kg。
产品3-2：异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000133
PF 43.7kg、
Figure BDA0001933529540000134
CD-L 53kg(生产商为科思创聚合物有限公司)，潜固化剂为21kg，催化剂为0.1kg，消泡剂BYK-054 0.2kg，流平剂BYK-331 0.1kg。
产品3-3：异氰酸酯预聚体
Figure BDA0001933529540000135
PF 43.7kg、
Figure BDA0001933529540000136
CD-L 53kg(生产商为科思创聚合物有限公司)，潜固化剂为0.5kg，催化剂为1.1kg，消泡剂BYK-054 0.2kg，流平剂BYK-331 0.1kg。
上述产品的相关性质的测试数据如下表所示：
Figure BDA0001933529540000137
根据上述的实验结果，产品3-1、产品3-2和产品3-3的原料组分种类与实施例1相同，制备方法也相同，但是各个组分的配比不同，涂布于纤维水泥板后，附着力和防水性尚有可优化的空间。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种单组分聚氨酯底涂，其特征在于，由树脂基料和助剂组成，所述树脂基料为异氰酸酯预聚体，所述助剂包括流平剂、消泡剂、潜固化剂和催化剂；
所述催化剂促进异氰酸酯预聚体与空气中的水反应、固化。
2.根据权利要求1所述的单组分聚氨酯底涂，其特征在于，所述的异氰酸酯预聚体为异氰酸酯单体或改性异氰酸酯预聚体中的一种或者几种的混合。
3.根据权利要求1或2所述的单组分聚氨酯底涂，其特征在于，所述的潜固化剂为噁唑烷类化合物或酮亚胺类化合物中的一种或者几种的混合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的单组分聚氨酯底涂，其特征在于，所述催化剂为叔胺类化合物或有机金属化合物中的一种或者几种的混合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的单组分聚氨酯底涂，其特征在于，包括下列组分：
Figure FDA0001933529530000011
6.根据权利要求5所述的单组分聚氨酯底涂，其特征在于，包括下列组分：
Figure FDA0001933529530000012
7.一种单组分聚氨酯底涂的制备方法，其特征在于，室温条件下，依次将沸石分子筛、异氰酸酯预聚体、潜固化剂、催化剂、消泡剂和流平剂加入真空密封的反应体系中，经真空减压脱水和搅拌，过滤出料,即得。
8.根据权利要求7所述的单组分聚氨酯底涂的制备方法，其特征在于，按照顺序加入沸石分子筛、异氰酸酯预聚体80-95重量份、潜固化剂0.5-20重量份、催化剂0.1-1重量份、消泡剂0.1-1重量份和流平剂0.05-1重量份；
优选地，控制反应体系的真空度为-0.1～-0.5MPa，脱水时间为0.5～3h,搅拌时间为0.5～3h。
9.一种纤维水泥板，其特征在于，包括根据权利要求1-6任一项所述的单组分聚氨酯底涂。
10.根据权利要求9所述的纤维水泥板，其特征在于，所述单组分聚氨酯底涂涂布于纤维水泥板后，在常温下干燥0.5-4h，或55℃条件下固化20～80min；
优选地，在常温下干燥1-2h，或55℃条件下固化30～60min。
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