CN111763475A - 一种单组分聚氨酯防水涂料 - Google Patents

一种单组分聚氨酯防水涂料 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑防水材料技术领域，公开了一种单组分聚氨酯防水涂料，包括以下重量份数的原料：聚醚多元醇20～30份、异氰酸酯20～30份、淀粉‑聚丙烯酰胺水凝胶0.5～1份、增塑剂15～25份、填料10～20份、固化剂2～5份、催化剂0.6～0.8份、偶联剂0.5～1份，淀粉‑聚丙烯酰胺水凝胶制备过程为：在淀粉溶液中依次加入过硫酸钾引发剂、丙烯酰胺单体和聚乙二醇丙烯酸酯交联剂，并在每一种组分加入后混合均匀，加热使其充分反应，即可得到淀粉‑聚丙烯酰胺水凝胶。本发明的单组分聚氨酯防水涂料，有效去除固化成膜过程中释放出的CO2，避免固化后的涂膜出现不密实、气泡和针孔的现象，并且有效降低了防水涂料在存储过程中粉体的沉淀，提高了单组分聚氨酯防水涂料的贮存稳定性。

Description

一种单组分聚氨酯防水涂料
技术领域
本发明属于建筑防水材料技术领域，特别涉及一种单组分聚氨酯防水涂料。
背景技术
聚氨酯防水涂料是由异氰酸酯、聚醚等经加成聚合反应而成的含异氰酸酯基的预聚体，配以催化剂、无水助剂、无水填充剂、溶剂等，经混合等工序加工制成的单组分聚氨酯防水涂料。该类涂料为反应固化型(湿气固化)涂料、具有强度高、延伸率大、耐水性能好等特点。对基层变形的适应能力强。聚氨酯防水涂料是一种液态施工的单组分环保型防水涂料，是以进口聚氨酯预聚体为基本成份，无焦油和沥青等添加剂。它是空气中的湿气接触后固化，在基层表面形成一层坚固的坚韧的无接缝整体防膜。
传统单组分聚氨酯防水涂料的固化机理是预聚体中的—NCO与空气中的水开始反应生成氨基甲酸，接着氨基甲酸分解生成伯胺基团和CO2，伯胺基团与预聚体中的—NCO反应生成脲基团，脲基团再与预聚体中的—NCO进行交联反应生成聚脲结构，最终完成固化反应。固化成膜过程中释放出CO2气体，在施工过程中易受到施工环境湿度的干扰，施工不能厚涂，而且固化后的涂膜易出现不密实、气泡和针孔的现象，严重影响单组分聚氨酯防水涂料的施工质量以及推广应用。并且，在实际的应用过程中，由于受重力作用，粉体颗粒缓慢沉降，导致包装桶底部形成致密的粉体沉淀，难以搅拌分散。单组分聚氨酯防水涂料在贮存期内时有出现沉淀、结皮、不固化等现象，严重影响施工及工程质量，同时也造成成本上的很大浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种单组分聚氨酯防水涂料，该单组分聚氨酯防水涂料能够有效去除固化成膜过程中释放出的CO2，避免固化后的涂膜出现不密实、气泡和针孔的现象，并且贮存稳定性高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种单组分聚氨酯防水涂料，该单组分聚氨酯防水涂料包括以下重量份数的原料：聚醚多元醇20～30份、异氰酸酯20～30份、淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶0.5～1份、增塑剂15～25份、填料10～20份、固化剂2～5份、催化剂 0.6～0.8份、偶联剂0.5～1份，所述淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶制备过程为：在淀粉溶液中依次加入过硫酸钾引发剂、丙烯酰胺单体和聚乙二醇丙烯酸酯交联剂，并在每一种组分加入后混合均匀，加热使其充分反应，即可得到淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶。
淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶中N原子的孤电子攻击其周围因固化成膜而产生的CO2的C原子形成中间产物两性离子，然后，中间产物两性离子中与N原子相连的H原子与水分子结合，形成氨基甲酸盐，有效消耗了单组分聚氨酯防水涂料固化成膜过程中产生的二氧化碳，减小成膜过程中因CO2溢出造成的针孔或者气泡的产生，提高固化成膜的致密性，改善成膜质量；另一方面，淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶呈三维网状结构，因其吸附有长链有机物而与涂料有良好的亲和性，所以能够良好的分散在涂料中，三维网状结构提高了体系内部之间的结合力，使涂料成为均匀的胶状物并具有一定的粘性，进而起到阻止涂料中粉体组分沉降的作用，同时，该水凝胶极易与涂料中的粉体结合形成氢键，使得粉体悬浮于单组分聚氨酯防水涂料体系中，有效防止粉体沉淀。另外，当在外界剪切力存在下进行搅拌时，氢键被破坏，粘度减弱，涂料又具有流动性。淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶的添加在保证防水涂料固化成膜质量的同时有效提高了单组分聚氨酯防水涂料体系的贮存稳定性。
作为优选地，所述填料为滑石粉、碳酸钙、钛白粉或者硅灰石粉中的一种或者多种。
作为优选地，所述钛白粉为红晶石型钛白粉。
由于金红石型二氧化钛折射率为2.71，通过加入金红石型二氧化钛材料，能增强光线的折射与散射。因此，具有较优的反射和隔热性能，还具有很好的光线遮盖效果，从而反射太阳近红外波段，提高太阳热辐射反射，降低太阳热吸收，不让太阳在物体表面累计升温。
作为优选地，所述增塑剂为环氧大豆油、丁苯橡胶或者氯化石蜡中的一种。
作为优选地，所述固化剂为4-苯基-2-噁唑烷酮和N-甲基-2,4-二硝基苯胺。
单组分聚氨酯防水涂料固化过程中，在加热条件下，湿固化和热固化同时进行，4-苯基 -2-噁唑烷酮优先与空气中水分反应，生成带有羟基和仲氨基的醇胺类小分子，醇胺类小分子再与-NCO反应进行交联和固化；同时，N-甲基-2,4-二硝基苯胺释放出二元胺和无机盐，二元胺与-NCO反应进行固化；4-苯基-2-噁唑烷酮不参与热固化主体反应，但4-苯基-2-噁唑烷酮可将涂料内吸收的微量水分转化为小分子醇胺，减少-NCO基与水分产生二氧化碳的反应，使胶内部气泡减少。二者协同作用，一方面保证了单组份聚氨酯防水涂料固化涂膜过程中的固化效率和固化效果，另一方面减少了固化成膜过程中由于-NCO基与水分作用产生的二氧化碳气体，从根本上减少了CO2气体的溢出，结合淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶对CO2气体的反应消耗，有效避免了因CO2溢出造成的针孔或者气泡现象，提高了固化成膜的致密性，显著改善了固化成膜的质量。
作为优选地，所述催化剂为叔胺类催化剂或有机锡类催化剂的一种。
作为优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂，铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。
作为优选地，还包括刺梧桐胶0.6～1.2份。
刺梧桐胶，是略带有酸味的天然大分子多糖，其结构中部分乙酰化，具有较弱酸性，多支链结构，由43％D-半乳糖醛酸、14％D-半乳糖和15％的L-鼠李糖及少量葡萄糖醛酸组成，能与单组分聚氨酯防水涂料的粉体之间形成范德华力和氢键，使得粉体悬浮于整个涂料体系中，有效的防止粉体沉淀，与淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶协同增效提高了整个涂料体系的贮存稳定性
作为优选地，还包括p-甲氧基肉桂酸异戊酯0.3～0.8份。
p-甲氧基肉桂酸异戊酯由于其苯环和羰基能形成共轭键，能够吸收高能的紫外线并以低能射线的方式释放能量，从而阻止紫外线长期照射造成的伤害，辅以填料红金石型钛白粉优异的反射、隔热性能，显著提高了单组分聚氨酯防水涂料体系的抗紫外性能，能够良好的适应长日晒。
本发明的有益效果是：
1.本发明的单组分聚氨酯防水涂料，有效去除固化成膜过程中释放出的CO2，避免固化后的涂膜出现不密实、气泡和针孔的现象，并且有效降低了防水涂料在存储过程中粉体的沉淀，提高了单组分聚氨酯防水涂料的贮存稳定性。
2.本发明的单组分聚氨酯防水涂料，添加有淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶，一方面，水凝胶中N原子的孤电子攻击其周围存在CO2的C原子形成中间产物两性离子，然后，中间产物两性离子中与N原子相连的H原子与水分子结合，形成氨基甲酸盐，有效消耗了单组分聚氨酯防水涂料固化成膜过程中产生的二氧化碳，减小成膜过程中因CO2溢出造成的针孔或者气泡的产生，提高固化成膜的致密性，改善成膜质量；另一方面，淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶呈三维网状结构，因其吸附有长链有机物而与涂料有良好的亲和性，所以能够良好的分散在涂料中，三维网状结构提高了体系内部之间的结合力，使涂料成为均匀的胶状物并具有一定的粘性，进而起到阻止涂料中粉体组分沉降的作用，同时，该水凝胶极易与涂料中的粉体结合形成氢键，使得粉体悬浮于单组分聚氨酯防水涂料体系中，有效防止粉体沉淀。另外，当在外界剪切力存在下进行搅拌时，氢键被破坏，粘度减弱，涂料又具有流动性。
3.本发明的单组分聚氨酯防水涂料，单组分聚氨酯防水涂料固化过程中，湿固化和热固化同时进行，4-苯基-2-噁唑烷酮优先与空气中水分反应，生成带有羟基和仲氨基的醇胺类小分子，醇胺类小分子再与-NCO反应进行交联和固化；同时，N-甲基-2,4-二硝基苯胺释放出二元胺和无机盐，二元胺与-NCO反应进行固化；4-苯基-2-噁唑烷酮不参与热固化主体反应，但4-苯基-2-噁唑烷酮可将涂料内吸收的微量水分转化为小分子醇胺，减少-NCO基与水分产生二氧化碳的反应，使胶内部气泡减少。二者协同作用，一方面保证了单组份聚氨酯防水涂料固化涂膜过程中的固化效率和固化效果，另一方面减少了固化成膜过程中由于-NCO基与水分作用产生的二氧化碳气体，从根本上减少了CO2气体的溢出，结合淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶对CO2气体的反应消耗，有效避免了因CO2溢出造成的针孔或者气泡现象，提高了固化成膜的致密性，显著改善了固化成膜的质量。
4.本发明的单组分聚氨酯防水涂料，添加有刺梧桐胶，能与单组分聚氨酯防水涂料的粉体之间形成范德华力和氢键，使得粉体悬浮于整个涂料体系中，有效的防止粉体沉淀，与淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶协同增效提高了整个涂料体系的贮存稳定性。
5.本发明的单组分聚氨酯防水涂料，添加有p-甲氧基肉桂酸异戊酯，由于其苯环和羰基能形成共轭键，能够吸收高能的紫外线并以低能射线的方式释放能量，从而阻止紫外线长期照射造成的伤害，辅以填料红金石型钛白粉优异的反射、隔热性能，显著提高了单组分聚氨酯防水涂料体系的抗紫外性能，能够良好的适应长日晒。
具体实施方式
下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例所采用的淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶通过以下步骤制得：在淀粉溶液中依次加入过硫酸钾引发剂、丙烯酰胺单体和聚乙二醇丙烯酸酯交联剂，并在每一种组分加入后混合均匀，加热使其充分反应，即可得到淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶。
实施例1
一种单组分聚氨酯防水涂料，原料组分如表1所示，所有组分以重量份数计。通过以下步骤制得：(1)在室温下，将异氰酸酯和聚醚多元醇加入反应釜中，向反应釜中通入氮气，于 100℃温度下恒温搅拌反应3h；(2)将反应釜的温度降至80℃，向反应釜中依次加入环氧大豆油和滑石粉，搅拌混合2h；(3)将反应釜温度降至60℃，向反应釜中加入4-苯基-2-噁唑烷酮和N-甲基-2,4-二硝基苯胺、叔胺类催化剂，搅拌混合30min，将反应釜中温度降至50℃以下，于氮气保护条件下出料，得单组分聚氨酯防水涂料前体；(4)将步骤(3)所得单组分聚氨酯防水涂料前体、淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶和偶联剂加入到混料机中，高速搅拌混合，得单组分聚氨酯防水涂料。
实施例2
一种单组分聚氨酯防水涂料，与实施例1的不同之处，原料内组分如表1。
实施例3
一种单组分聚氨酯防水涂料，与实施例1的不同之处，原料内组分如表1。
实施例4
一种单组分聚氨酯防水涂料，原料组分如表1所示，所有组分以重量份数计。通过以下步骤制得：(1)在室温下，将异氰酸酯和聚醚多元醇加入反应釜中，向反应釜中通入氮气，于100℃温度下恒温搅拌反应3h；(2)将反应釜的温度降至80℃，向反应釜中依次加入增塑剂和填料，搅拌混合2h；(3)将反应釜温度降至60℃，向反应釜中加入固化剂、催化剂，搅拌混合30min，将反应釜中温度降至50℃以下，于氮气保护条件下出料，得单组分聚氨酯防水涂料前体；(4)将步骤(3)所得单组分聚氨酯防水涂料前体、淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶和偶联剂加入到混料机中，高速搅拌混合，将刺梧桐胶溶液与混料机中的物料混合并超声分散，得单组分聚氨酯防水涂料。
实施例5
一种单组分聚氨酯防水涂料，原料组分如表1所示，所有组分以重量份数计。通过以下步骤制得：(1)在室温下，将异氰酸酯和聚醚多元醇加入反应釜中，向反应釜中通入氮气，于100℃温度下恒温搅拌反应3h；(2)将反应釜的温度降至80℃，向反应釜中依次加入增塑剂和填料，搅拌混合2h；(3)将反应釜温度降至60℃，向反应釜中加入固化剂、催化剂和p-甲氧基肉桂酸异戊酯，搅拌混合30min，将反应釜中温度降至50℃以下，于氮气保护条件下出料，得单组分聚氨酯防水涂料前体；(4)将步骤(3)所得单组分聚氨酯防水涂料前体、淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶和偶联剂加入到混料机中，高速搅拌混合，得单组分聚氨酯防水涂料。
实施例6
一种单组分聚氨酯防水涂料，原料组分如表1所示，所有组分以重量份数计。通过以下步骤制得：(1)在室温下，将异氰酸酯和聚醚多元醇加入反应釜中，向反应釜中通入氮气，于100℃温度下恒温搅拌反应3h；(2)将反应釜的温度降至80℃，向反应釜中依次加入增塑剂和填料，搅拌混合2h；(3)将反应釜温度降至60℃，向反应釜中加入固化剂、催化剂和p-甲氧基肉桂酸异戊酯，搅拌混合30min，将反应釜中温度降至50℃以下，于氮气保护条件下出料，得单组分聚氨酯防水涂料前体；(4)将步骤(3)所得单组分聚氨酯防水涂料前体、淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶和偶联剂加入到混料机中，高速搅拌混合，将刺梧桐胶溶液与混料机中的物料混合并超声分散，得单组分聚氨酯防水涂料。
对比例
一种单组分聚氨酯防水涂料，原料组分如表1所示，所有组分以重量份数计。通过以下步骤制得：(1)在室温下，将异氰酸酯和聚醚多元醇加入反应釜中，向反应釜中通入氮气，于100℃温度下恒温搅拌反应3h；(2)将反应釜的温度降至80℃，向反应釜中依次加入增塑剂和填料，搅拌混合2h；(3)将反应釜温度降至60℃，向反应釜中加入固化剂、催化剂，搅拌混合30min，将反应釜中温度降至50℃以下，于氮气保护条件下出料，得单组分聚氨酯防水涂料。
表1原料组分配比
Figure BDA0002597751120000061
通过试验测试上述实施例1-6和对比例的单组分聚氨酯防水涂料的性能，测试方法如下：
1)涂膜外观
用实施例1-6所得单组分聚氨酯防水涂料及对比例产品，在温度(40±2)℃、湿度(80±10)％环境下进行涂膜比对。
2)贮存稳定性测试
分别用包装罐对实施例1-6所得改性单组分聚氨酯防水涂料及对比例产品进行密封，置于电热鼓风干燥箱中，设置温度50℃，贮存时间21天，到期后打开密封盖，观察涂料表面是否结皮、分层及沉淀。
具体检测结果见表2。
表2
组别 涂膜外观观测 贮存稳定性
实施例1 光滑密实，无气泡、针孔 均匀，无分层
实施例2 光滑密实，无气泡、针孔 均匀，无分层
实施例3 光滑密实，无气泡、针孔 均匀，无分层
实施例4 光滑密实，无气泡、针孔 均匀，无分层
实施例5 光滑密实，无气泡、针孔 均匀，无分层
实施例6 光滑密实，无气泡、针孔 均匀，无分层
对比例 出现大量气泡以及少量针孔 有沉淀
由表2检测结果可知，本发明技术方案所得单组分聚氨酯防水涂料具有优良的致密性以及稳定性，固化成膜后不会出现气泡和针孔，贮存过程中，粉体悬浮于整个涂料体系中，不会沉淀。

Claims (9)

1.一种单组分聚氨酯防水涂料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：聚醚多元醇20～30份、异氰酸酯20～30份、淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶0.5～1份、增塑剂15～25份、填料10～20份、固化剂2～5份、催化剂0.6～0.8份、偶联剂0.5～1份，所述淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶制备过程为：在淀粉溶液中依次加入过硫酸钾引发剂、丙烯酰胺单体和聚乙二醇丙烯酸酯交联剂，并在每一种组分加入后混合均匀，加热使其充分反应，即可得到淀粉-聚丙烯酰胺水凝胶。
2.根据权利要求1所述的单组分聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述填料为滑石粉、重质碳酸钙、钛白粉或者硅灰石粉中的一种或者多种。
3.根据权利要求2所述的单组分聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述钛白粉为红金石型钛白粉。
4.根据权利要求1所述的单组分聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述增塑剂为环氧大豆油、丁苯橡胶或者氯化石蜡中的一种。
5.根据权利要求1所述的单组分聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述固化剂为固化剂为4-苯基-2-噁唑烷酮和N-甲基-2,4-二硝基苯胺。
6.根据权利要求1所述的单组分聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述催化剂为叔胺类催化剂或有机锡类催化剂的一种。
7.根据权利要求1所述的单组分聚氨酯防水涂料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂，铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的单组分聚氨酯防水涂料，其特征在于：还包括刺梧桐胶0.6～1.2份。
9.根据权利要求1所述的单组分聚氨酯防水涂料，其特征在于：还包括p-甲氧基肉桂酸异戊酯0.3～0.8份。
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