CN111662633B - 一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料及其制备方法。本发明的防静电耐磨聚氨酯地坪涂料由A组分、B组分和C组分按照质量比(2～3)：(2～3)：(4～5)组成，A组分由聚合多元醇、碳纳米管、分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂、扩链剂、催化剂和色浆组成，B组分由植物多元醇、端羟基聚硅氧烷和脂肪族异氰酸酯组成，C组分为耐磨骨料。本发明的聚氨酯地坪涂料的施工厚度小，形成的地坪兼具永久防静电性能、超耐磨、耐划伤、防滑、耐化学品腐蚀等性能，可以应用在高负荷、高交通流量的工业厂房。

Description

一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料及其制备方法，属于地坪涂料技术领域。
背景技术
静电现象在自然界广泛存在，随着高聚物材料的大量应用，静电起电越来越受到人们的重视，静电为人类所利用的同时，也给人类的生活和生产带来灾害。地坪由于经常受摩擦容易积聚大量静电荷，从而会妨碍生产过程和影响产品质量，严重的甚至会引起火灾、爆炸等安全事故。防止高分子材料带静电的方法主要有以下两种：1)通过改变材料结构使其具有导电能力；2)添加导电助剂或者导电填料。对于聚氨酯材料，前一种方法在国内外鲜有报导，要想实现工业应用还很遥远，后一种方法简单方便，在工业上已有较多应用。然而，导电助剂或者导电填料都有各自的缺陷：导电助剂的时效性差，一段时间后就失效，不能够长期保持良好的导电性能；导电填料的导电能力较差，需要大量添加才能获得良好的导电性能，但同时会造成涂料成本上升和综合性能下降，而且导电填料的颜色深、吸油量大，大量添加会影响涂层的颜色和流平效果。
目前，市场上的防静电地坪存在耐磨性较差、防滑性差、耐候性较差、施工厚度大等不足，不能满足有荷载要求、高交通流量的工业厂房地坪的要求，例如：CN 109627914A公开了一种环氧防静电地坪涂料，通过添加导电云母粉和导电纤维来实现防静电功能，但地坪的耐磨性差、耐候性差；CN 106946514A公开了一种抗静电型聚氨酯砂浆地坪，该地坪不仅具有防静电功能，而且还具有优异的物理机械性能和耐化学品性能，但其施工厚度在3mm以上，施工成本高；CN 107964341A公开了一种新型聚氨酯防静电涂料，通过添加单壁碳纳米管来实现防静电功能，得到的地坪具有优异的耐候性，但由于其添加有外增塑剂，外增塑剂在地坪使用过程中容易迁移，进而会影响地坪各项力学性能，降低地坪的使用年限。
因此，亟需开发一种形成的地坪兼具永久防静电性能、超耐磨、耐划伤、防滑、耐化学品腐蚀等性能的聚氨酯地坪涂料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料，由A组分、B组分和C组分按照质量比(2～3)：(2～3)：(4～5)组成，其中：
A组分由以下质量百分比的组分组成：聚合多元醇：50％～70％；碳纳米管：0.5％～1.5％；分散剂：0.1％～0.5％；消泡剂：0.1％～0.5％；流平剂：0.2％～1％；润湿剂：0.1％～0.5％；扩链剂：5％～10％；催化剂：0.5％～1％；色浆：15％～30％；
B组分由以下质量百分比的组分组成：植物多元醇：20％～40％；端羟基聚硅氧烷：5％～20％；脂肪族异氰酸酯：50％～70％；
C组分：耐磨骨料。
优选的，所述聚合多元醇为聚己内酯多元醇、聚醚多元醇、改性聚酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇中的至少一种。
优选的，所述碳纳米管为单壁碳纳米管。
优选的，所述分散剂为聚氨酯类、聚酯类、脂肪族酰胺类中的至少一种。
进一步优选的，所述分散剂为BYK-161、BYK-163、
Figure BDA0002554259310000021
SPERSE 520S(优卡化学有限公司)、
Figure BDA0002554259310000022
SPERSE 550S(优卡化学有限公司)中的至少一种。
优选的，所述消泡剂为聚丙烯酸酯类、硅氧烷类中的至少一种。
进一步优选的，所述消泡剂为TEGO Airex 900、Defom 6800(海名斯德谦)、AFCONA-2727(埃夫科纳化学有限公司)、
Figure BDA0002554259310000023
-768(珠海市金团化学品有限公司)、BYK-057中的至少一种。
优选的，所述流平剂为聚丙烯酸酯类、有机硅类、氟碳化合物类中的至少一种。
进一步优选的，所述流平剂为BYK-333、
Figure BDA0002554259310000024
FLOW 361S(优卡化学有限公司)、
Figure BDA0002554259310000025
FLOW 375S(优卡化学有限公司)、
Figure BDA0002554259310000026
FLOW 376S(优卡化学有限公司)、Crayvallac Flow-100(阿科玛)、Crayvallac Flow-450(阿科玛)中的至少一种。
优选的，所述润湿剂为聚醚改性有机硅、炔二醇类化合物中的至少一种。
进一步优选的，所述润湿剂为TEGO Wet KL 245、TEGO Wet 270、TSF 4440(迈图高新材料有限公司)、TSF4458(迈图高新材料有限公司)、Greesol A04BC(岳阳凯门水性助剂有限公司)、Greesol A04DPM(岳阳凯门水性助剂有限公司)、
Figure BDA0002554259310000027
FS-204DPM(天津赫普菲乐新材料有限公司)、
Figure BDA0002554259310000028
FS-204PG(天津赫普菲乐新材料有限公司)、
Figure BDA0002554259310000029
FS-204E(天津赫普菲乐新材料有限公司)中的至少一种。
优选的，所述扩链剂为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、二甘醇中的至少一种。
优选的，所述催化剂为有机锡、有机锌、有机铋中的至少一种。
优选的，所述植物多元醇为蓖麻油基多元醇、大豆油基多元醇中的至少一种。
优选的，所述端羟基聚硅氧烷为羟烷基封端聚二甲基硅氧烷、羟基聚氧化乙烯亚丙基封端聚二甲基硅氧烷中的至少一种，数均分子量为2000～4000g/mol。
优选的，所述脂肪族异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体中的至少一种。
优选的，所述耐磨骨料为三氧化二铝粉末、碳化硅粉末中的至少一种。三氧化二铝粉末的莫氏硬度达到10.0，质地致密、粒形成尖角状，具有超高硬度和耐磨性。氮化硅粉末的莫氏硬度为9.5，化学性能稳定，具有超高硬度和耐磨性。
上述防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将聚合多元醇和扩链剂加入分散缸，调整搅拌转速至500～1000r/min，搅拌10～15min，再加入分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂和催化剂，继续搅拌10～15min，再加入碳纳米管，调整搅拌转速至1000～2000r/min，搅拌30～60min，再加入色浆，调整搅拌转速至500～1000r/min，搅拌15～25min，得到A组分；
2)将植物多元醇和端羟基聚硅氧烷加入反应釜，搅拌升温至80～100℃，并减压抽真空至0.1～0.2MPa，脱水1～2h，再降温至60℃以下，加入脂肪族异氰酸酯，再升温至90～100℃，反应至反应液中-NCO含量为14％～21％，降温，过滤，得到B组分；
3)称取耐磨骨料，得到C组分；
4)将A组分、B组分和C组分混合均匀，得到防静电耐磨聚氨酯地坪涂料。
本发明的有益效果是：本发明的聚氨酯地坪涂料的施工厚度小，形成的地坪兼具永久防静电性能、超耐磨、耐划伤、防滑、耐化学品腐蚀等性能，可以应用在高负荷、高交通流量的工业厂房。
具体来说：
1)本发明的聚氨酯地坪涂料中添加有碳纳米管，不仅可以在地坪中形成连续无缝、整体均一、没有盲点的三维导电网络，赋予地坪永久防静电性能，而且还可以提高地坪强度，另外对地坪的原始颜色和其它方面的性能影响极小；
2)本发明的聚氨酯地坪涂料中不仅添加有有机硅改性聚氨酯高分子材料，而且还添加有无机耐磨骨料，兼具有机高分子的韧性/耐性和无机耐磨骨料的硬度/超耐磨性，形成的地坪具有超耐磨、耐划伤、耐化学品腐蚀等优点，且还具有防滑功能，可以广泛应用在要求环境高度洁净、抗压性能优良、耐磨性能优良、防静电的场所；
3)本发明的聚氨酯地坪涂料中添加有植物油改性多元醇和有机硅改性脂肪族异氰酸酯，无需使用外添加增塑剂便可以赋予地坪优异的耐冲击性能、耐候性能和保光保色性能；
4)本发明的聚氨酯地坪涂料在保证地坪耐磨性、耐冲击性等力学性能不下降的情况下，地坪厚度可以控制在3mm以下，大幅降低了施工成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料，其组成如下表所示：
表1一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的组成表
Figure BDA0002554259310000041
上述防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将聚己内酯多元醇和1,3-丙二醇加入分散缸，调整搅拌转速至800r/min，搅拌15min，再加入BYK-161、TEGO Airex 900、
Figure BDA0002554259310000042
FLOW 375S、TEGO Wet 270和有机铋催化剂，继续搅拌10min，再加入单壁碳纳米管，调整搅拌转速至1500r/min，搅拌40min，再加入聚氨酯专用色浆，调整搅拌转速至800r/min，搅拌20min，得到A组分；
2)将蓖麻油基多元醇和羟烷基封端聚二甲基硅氧烷加入反应釜，搅拌升温至90℃，并减压抽真空至0.1MPa，脱水2h，再降温至50℃，加入二环己基甲烷二异氰酸酯，再升温至100℃，反应至反应液中-NCO含量至16.4％，降温，过滤，得到B组分；
3)称取三氧化二铝粉体，得到C组分；
4)将A组分、B组分和C组分按照质量比3:2:5混合，搅拌均匀，得到防静电耐磨聚氨酯地坪涂料。
实施例2：
一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料，其组成如下表所示：
表2一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的组成表
Figure BDA0002554259310000051
上述防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将聚己内酯多元醇、聚醚多元醇和乙二醇加入分散缸，调整搅拌转速至800r/min，搅拌15min，再加入
Figure BDA0002554259310000052
SPERSE 520S、TEGO Airex 900、BYK-333、Greesol A04DPM和有机锡催化剂，继续搅拌10min，再加入单壁碳纳米管，调整搅拌转速至1500r/min，搅拌40min，再加入聚氨酯专用色浆，调整搅拌转速至800r/min，搅拌20min，得到A组分；
2)将蓖麻油基多元醇和羟烷基封端聚二甲基硅氧烷加入反应釜，搅拌升温至90℃，并减压抽真空至0.1MPa，脱水2h，再降温至50℃，加入六亚甲基二异氰酸酯，再升温至100℃，反应至反应液中-NCO含量至19.2％，降温，过滤，得到B组分；
3)称取三氧化二铝粉体，得到C组分；
4)将A组分、B组分和C组分按照质量比3:2.5:5混合，搅拌均匀，得到防静电耐磨聚氨酯地坪涂料。
实施例3：
一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料，其组成如下表所示：
表3一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的组成表
Figure BDA0002554259310000061
上述防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将改性聚酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇、乙二醇和二甘醇加入分散缸，调整搅拌转速至800r/min，搅拌15min，再加入
Figure BDA0002554259310000071
SPERSE 520S、BYK-057、
Figure BDA0002554259310000072
FLOW 375S、TEGOWet KL 245和有机铋催化剂，继续搅拌10min，再加入单壁碳纳米管，调整搅拌转速至1500r/min，搅拌40min，再加入聚氨酯专用色浆，调整搅拌转速至800r/min，搅拌20min，得到A组分；
2)将大豆油基多元醇和羟基聚氧化乙烯亚丙基封端聚二甲基硅氧烷加入反应釜，搅拌升温至90℃，并减压抽真空至0.1MPa，脱水2h，再降温至50℃，加入六亚甲基二异氰酸酯，再升温至100℃，反应至反应液中-NCO含量至20.6％，降温，过滤，得到B组分；
3)称取氮化硅粉体，得到C组分；
4)将A组分、B组分和C组分按照质量比3:2:4混合，搅拌均匀，得到防静电耐磨聚氨酯地坪涂料。
实施例4：
一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料，其组成如下表所示：
表4一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的组成表
Figure BDA0002554259310000073
Figure BDA0002554259310000081
上述防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的制备方法包括以下步骤：
1)将聚己内酯多元醇、聚醚多元醇和1,3-丙二醇加入分散缸，调整搅拌转速至800r/min，搅拌15min，再加入BYK-163、Defom 6800、BYK-333、Greesol A04BC和有机铋催化剂，继续搅拌10min，再加入单壁碳纳米管，调整搅拌转速至1500r/min，搅拌40min，再加入聚氨酯专用色浆，调整搅拌转速至800r/min，搅拌20min，得到A组分；
2)将蓖麻油基多元醇和羟基聚氧化乙烯亚丙基封端聚二甲基硅氧烷加入反应釜，搅拌升温至90℃，并减压抽真空至0.1MPa，脱水2h，再降温至50℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯三聚体，再升温至100℃，反应至反应液中-NCO含量至15.6％，降温，过滤，得到B组分；
3)称取氮化硅粉体，得到C组分；
4)将A组分、B组分和C组分按照质量比2:3:4混合，搅拌均匀，得到防静电耐磨聚氨酯地坪涂料。
对比例1：
一种聚氨酯地坪涂料，除了将实施例1的B组分中的羟烷基封端聚二甲基硅氧烷和二环己基甲烷二异氰酸酯替换成六亚甲基二异氰酸酯三聚体以外，其余和实施例1一样。
对比例2：
一种聚氨酯地坪涂料，除了将实施例1的B组分替换成45％的蓖麻油基多元醇和55％的二环己基甲烷二异氰酸酯以外，其余和实施例1一样。
对比例3：
市售聚氨酯地坪涂料(以聚异氰酸酯和多元醇树脂为成膜物质，添加有各种助剂和颜填料，不具备防静电功能)。
对比例4：
市售防静电地坪涂料(双组分环氧地坪涂料，以液体型双酚A环氧树脂为成膜物质，以改性胺为固化剂，以导电碳纤维为导电填料)。
性能测试：
依据GB/T 22374-2018地坪涂装材料，对实施例1～4和对比例1～4的地坪涂料进行性能测试，测试结果如下表所示：
表5实施例1～4和对比例1～4的地坪涂料的性能测试结果
Figure BDA0002554259310000091
由表5可知：由植物多元醇、端羟基聚硅氧烷和脂肪族异氰酸酯制备的地坪与六亚甲基二异氰酸酯三聚体相比，地坪在保持高硬度的同时，具有更高的拉伸强度和耐磨性，而且具有一定的柔韧性，从而具有更好的耐冲击性能；本发明的防静电耐磨聚氨酯地坪涂料和市售防静电地坪涂料相比，得到的地坪的耐磨性、硬度等力学性能以及导电能力等均要更好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种防静电耐磨聚氨酯地坪涂料，其特征在于：由A组分、B组分和C组分按照质量比(2～3)：(2～3)：(4～5)组成，其中：
A组分由以下质量百分比的组分组成：聚合多元醇：50％～70％；碳纳米管：0.5％～1.5％；分散剂：0.1％～0.5％；消泡剂：0.1％～0.5％；流平剂：0.2％～1％；润湿剂：0.1％～0.5％；扩链剂：5％～10％；催化剂：0.5％～1％；色浆：15％～30％；
B组分由以下质量百分比的组分组成：植物多元醇：20％～40％；端羟基聚硅氧烷：5％～20％；脂肪族异氰酸酯：50％～70％；
C组分：耐磨骨料；
所述聚合多元醇为聚己内酯多元醇、聚醚多元醇、改性聚酯多元醇、聚四氢呋喃多元醇中的至少一种；
所述植物多元醇为蓖麻油基多元醇、大豆油基多元醇中的至少一种；
所述端羟基聚硅氧烷为羟烷基封端聚二甲基硅氧烷、羟基聚氧化乙烯亚丙基封端聚二甲基硅氧烷中的至少一种，数均分子量为2000～4000g/mol；
所述脂肪族异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体中的至少一种；
所述耐磨骨料为三氧化二铝粉末、碳化硅粉末中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的防静电耐磨聚氨酯地坪涂料，其特征在于：所述碳纳米管为单壁碳纳米管。
3.根据权利要求1～2中任意一项所述的防静电耐磨聚氨酯地坪涂料，其特征在于：所述分散剂为聚氨酯类、聚酯类、脂肪族酰胺类中的至少一种；所述消泡剂为聚丙烯酸酯类、硅氧烷类中的至少一种；所述流平剂为聚丙烯酸酯类、有机硅类、氟碳化合物类中的至少一种；所述润湿剂为聚醚改性有机硅、炔二醇类化合物中的至少一种。
4.根据权利要求1～2中任意一项所述的防静电耐磨聚氨酯地坪涂料，其特征在于：所述扩链剂为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、二甘醇中的至少一种；所述催化剂为有机锡、有机锌、有机铋中的至少一种。
5.权利要求1～4中任意一项所述的防静电耐磨聚氨酯地坪涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将聚合多元醇和扩链剂加入分散缸，调整搅拌转速至500～1000r/min，搅拌10～15min，再加入分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂和催化剂，继续搅拌10～15min，再加入碳纳米管，调整搅拌转速至1000～2000r/min，搅拌30～60min，再加入色浆，调整搅拌转速至500～1000r/min，搅拌15～25min，得到A组分；
2)将植物多元醇和端羟基聚硅氧烷加入反应釜，搅拌升温至80～100℃，并减压抽真空至0.1～0.2MPa，脱水1～2h，再降温至60℃以下，加入脂肪族异氰酸酯，再升温至90～100℃，反应至反应液中-NCO含量为14％～21％，降温，过滤，得到B组分；
3)称取耐磨骨料，得到C组分；
4)将A组分、B组分和C组分混合均匀，得到防静电耐磨聚氨酯地坪涂料。
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