CN113088151A - 一种防水树酯材料及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防水树酯材料及其制备方法、应用,主要由材料A和材料B制备而成的,所述材料A按重量份计主要由以下原料制备而成:第一聚醚多元醇30份~80份;多异氰酸酯25~70份;第二聚醚多元醇20份~90份;第一功能助剂50份~100份;第一封闭剂0.005份~0.1份;所述材料B主要由以下原料制备而成:甲基丙烯酸甲酯20份~100份;甲基丙烯酸正丁酯10份~80份;功能性单体5份~45份;自由基引发剂0.005份~0.5份;第二功能助剂2份~10份;第二封闭剂0.5~10份;第三功能助剂1~8份;第四功能助剂1~10份;促进剂1~5份。制备得到复合树酯材料不仅具有良好的防水性能,还能满足高强度、高柔韧性的力学性能和优秀的附着性,以及良好耐老化、耐酸碱等综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及了树酯材料制备技术领域,具体涉及了一种防水树酯材料及其制备方法、应用。
背景技术
涂料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面,形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。涂料通常是以树脂、或油或乳液为基材,添加或不添加染料、填料,添加相应助剂,用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。不同应用环境的涂料的作用不同,主要有两大用途,一种是保护表面,如防水漆、防火漆、防霉漆和防蚊漆等;另一种是修饰作用。
其中,防水涂料被广泛用于桥梁、舰船甲板及各种需防水防腐的领域。目前,防水涂料中的主料基材,主要为环氧-聚氨酯、聚脲/橡胶、水性丙烯酸、沥青等材料,但是这些主料基材不能同时满足高强度、高柔韧性的力学性能和优秀的附着性;防水涂料力学性能和附着性较差时,会导致涂层容易出现开裂、变形和分层等现象,严重影响工程防水质量。同时,防水涂料中主料基材的良好的耐老化、耐酸碱等综合性能对于实际应用也是十分重要的。
因此,开发一种防水涂料的主料基材,不仅具有良好的防水性能,还能满足高强度、高柔韧性的力学性能和优秀的附着性,以及良好耐老化、耐酸碱等综合性能,对适用于一些严苛应用环境条件,满足一些特殊的市场需求,具有十分重要的市场价值和社会应用价值。
发明内容
本发明的目的在于:针对现有技术防水用途的防护涂料中主料基材难以同时满足高强度、高柔韧性的力学性能和优秀的附着性及良好的耐老化、耐酸碱性等综合性能,综合品质低的技术问题。提供一种防水树酯材料及其制备方法、应用,该防水树酯材料不仅具有良好的防水性能,还能满足高强度、高柔韧性的力学性能和优秀的附着性,以及良好耐老化、耐酸碱等综合性能,品质高,应用于涂料中,密封性好,光泽度佳,对适用于一些严苛应用环境条件,满足一些特殊的市场需求,具有十分重要的市场价值和社会应用价值。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种防水树酯材料,主要由材料A和材料B制备而成的,所述材料A与所述材料B的重量比为0.4~2.5:1;
其中,所述材料A按重量份计主要由以下原料制备而成的:
第一聚醚多元醇30份~80份;多异氰酸酯25~70份;第二聚醚多元醇20份~90份;第一功能助剂50份~100份;第一封闭剂0.005份~0.1份;
其中,所述第一聚醚多元醇的分子量为5700~6300,所述第二聚醚多元醇的分子量为1700~2300;
所述材料B按重量份计主要由以下原料制备而成:
甲基丙烯酸甲酯20份~100份;甲基丙烯酸正丁酯10份~80份;功能性单体5份~45份;自由基引发剂0.005份~0.5份;第二功能助剂2份~10份;第二封闭剂0.5~10份;第三功能助剂1~8份;第四功能助剂1~10份;促进剂1~5份;
所述功能性单体是甲基丙烯酸、丙烯酸、羟基丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种。
本发明提供的防水树酯材料是以材料B为主体骨料,将材料A交联于材料B的链端,制备得到复合树酯材料。其中,材料A中,聚醚多元醇和多异氰酸酯中的醇基和氰基在功能助剂和封闭剂的作用下进行了聚合反应,生成的聚氨酯引入了支链基团,为与材料B的交联提供了链体,同时聚合反应形成了一个防水网络体系;材料B中以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯及功能性单体为主要原料,甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸正丁酯、功能单体在各种助剂的作用下进行了交联聚合而形成了较低分子量的均聚体,在丙烯酸分子链中嵌入了柔性中间体,使得材料B具有了较高的力学性能和更好的延展性和柔韧性。材料A和材料B进行交联后生成一个稳定的均聚体树酯体系,针对性的对各个原料的添加量进行了调整,使得该防水树酯材料不仅具有良好的防水性能,还能满足高强度、高柔韧性的力学性能和优秀的附着性,以及良好耐老化、耐酸碱等综合性能。
进一步的,所述功能性单体是羟基丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种。通过发明人大量的实验研究发现,当功能性单体为烯酸羟丙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种时,甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸正丁酯、功能单体交联聚合的体系活性剂交联性更好,产品的综合性能更佳。
进一步的,所述防水树酯材料的平均分子量为3300~4500。本发明中材料A中选用了两种聚醚多元醇与多异氰酸酯进行聚合,聚醚多元醇的选择除了能与多异氰酸酯进行聚合,在一定程度上还能控制最终防水树酯的平均分子量的大小,研究发现分子量过大过多小都会影响产品的综合性能,当然产品平均分子量的控制不仅仅与聚醚多元醇有关,是各种原材料之间添加比例协同作用下的结果。
进一步的,所述甲基丙烯酸甲酯的重量≥所述甲基丙烯酸甲酯、所述甲基丙烯酸正丁酯和所述功能性单体合计量的50%;所述甲基丙烯酸正丁酯的重量≤所述甲基丙烯酸甲酯、所述甲基丙烯酸正丁酯和所述功能性单体合计量的40%;所述功能性单体的重量≤所述甲基丙烯酸甲酯、所述甲基丙烯酸正丁酯和所述功能性单体合计量的20%。甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯及功能性单体交联聚合的过程,通过量的控制及制备方法的控制,使得反应是以甲基丙烯酸甲酯为主体骨料,甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体分别与主体骨料进行交联使得链进行增长的过程,交联聚合作用对象及方式是一个复杂的过程,不是简单的三个主要原料的混合,发明人经过大量的实验研究发现,三个原料的量的配合是十分重要的。骨料甲基丙烯酸甲酯的量过小或,甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体的量过大,都会造成体系中甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体不能形成完美的配合,甲基丙烯酸甲酯的量不足以支撑起整个体系的骨架,在局部会发生功能性单体自聚或功能性单体与甲基丙烯酸正丁酯共聚的情况,这样会造成聚合不均匀,在引发剂、促进剂、功能助剂等其他原料的作用下,制备的复合树酯材料特性受到较大的影响,综合性能大大的下降。
进一步的,所述功能性单体与所述甲基丙烯酸甲酯的重量比为0.1~0.4:1。通过发明人大量的实验研究发现,所述功能性单体与所述甲基丙烯酸甲酯的重量比是影响复合树酯材料综合性能的重要影响参数。研究发现功能性单体的添加比例过大或过小都会影响产品的综合性能,当功能性单体的添加比例过小时,复合树酯材料的强度过大,复合树酯材料会比较脆,受到热胀冷缩作用后,吸附度变差,容易被剥离,其他性能也有所降低。当功能性单体的添加比例过大时,制备的复合材料强度较小,容易改变自身状态,易脱落,综合性能受影响也较大。优选地,所述功能性单体与所述甲基丙烯酸甲酯的重量比为0.1~0.3:1。
进一步的,所述多异氰酸酯是多苯基多甲基亚甲基异氰酸酯。进一步的,所述多异氰酸酯为TDI和MDI中的至少一种。
进一步的,所述第一功能助剂是多羟基、甲基活性丙烯酸酯单体。进一步的,所述第一功能助剂是羟甲基丙烯酸酯、羟乙基丙烯酸酯、羟丙基丙烯酸酯和羟丁基丙烯酸酯中的至少一种。
进一步的,所述第一封闭剂是石蜡、石蜡油、PE蜡浆、聚酰胺蜡、液态石蜡、硅油和多甲基硅油中的至少一种。
进一步的,所述自由基引发剂是过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、偶氮二异丁氰、偶氮二异庚晴中的至少一种。
进一步的,所述第二功能助剂是增塑剂、活性剂和分子量调整剂中的至少一种;所述第二功能助剂用于调整固化物的性能。
进一步的,所述第二封闭剂是石蜡、石蜡油、PE蜡浆、聚酰胺蜡、液态石蜡、硅油和多甲基硅油中的至少一种。
进一步的,所述第三功能助剂是体质助剂,所述第三功能助剂是分散剂、流平剂、消泡剂和表面活性剂中的至少一种。进一步的,所述第四功能助剂是体系助剂,所述第四功能助剂是阻聚剂、稳定剂、光安定剂、活化剂、分子量控制剂和催化剂中的至少一种。
所述促进剂是双甲基苯胺类促进剂,所述促进剂是NN二甲基苯胺、NN二甲基对甲苯胺、NN二羟乙基对甲苯胺和NN二异丙醇对甲苯胺中的至少一种。
进一步的,所述增塑剂是增塑剂HB-680、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和丙烯酸丁酯(BA)中的至少一种。进一步的,活性剂是季戊四醇油酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯CAS:868-77-9中的一种或两种。进一步的,分子量调整剂是3-巯基丙酸异辛酯。进一步的,所述分散剂是BYK110、BYK163和BYK103中的至少一种。
进一步的,所述流平剂是BYK333、tego:410和tego:450中的至少一种。
进一步的,所述消泡剂是BYK051、BYK052、BYK053、BYK054、BYK055、BYK056、BYK057、BYK058和BYK059中的至少一种。
进一步的,所述表面活性剂是CH-3700和LHA280中的至少一种。
进一步的,所述阻聚剂是Mehq和对二苯酚中的至少一种。
进一步的,所述稳定剂是K-100和Lcp100中的至少一种。
进一步的,所述光安定剂是UV-354和UV-329中的至少一种。
进一步的,所述活化剂是BZ750、bp420和lbm4300中的至少一种。
进一步的,分子量控制剂是二甲基硅氧烷和二苯基硅二醇中的一种或两种。
本发明的另一目的是为了提供上述防水树酯材料的制备方法。
一种防水树酯材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、
制备材料A
在搅拌条件下,向第一反应装置中加入第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和多异氰酸酯,升温至65℃~90℃后,恒温2h~4.5h;然后向第一反应装置中加入第一功能助剂和第一封闭剂,恒温搅拌3h~4.5h,然后转入冷却釜中进行搅拌降温至25℃以下,得到材料A;
制备材料B
向充入氮气的第二反应装置内,加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体,然后在搅拌状态下,加入自由基引发剂、第二功能助剂、第二封闭剂;升温至沸腾状态,并恒温持续沸腾0.5h~2h,得到材料B;
步骤2、
将步骤1得到的材料B与材料A进行混合,然后冷却至30℃以下,之后加入第三功能助剂、第四功能助剂和促进剂,搅拌分散30min~60min,过滤,滤液即为制备得到的防水树酯材料。
本发明提供的防水树酯材料是以材料B为主体骨料,将材料A交联与材料B的链端,制备得到复合树酯材料。本发明的树酯材料在制备过程中,通过控制原料的添加顺序及时机、工艺参数等条件,使得复杂高速的交联聚合增链反应可以稳定安全的进行,通过控制反应时间及原料配比的协同作用,材料A和材料B进行交联后生成一个稳定的均聚体树酯体系,使得制备的树酯材料不仅具有良好的防水性能,且具有高强度、高附着性、耐老化、耐酸碱性和高柔韧性等优秀的综合性能,品质高,应用于涂料中,密封性好,光泽度佳,可以满足一些市场特殊应用需求。
其中,材料B的聚合程度与最终树酯材料的综合性能有着密不可分的关系,材料A中各个原料的添加量及添加的分子量与调控最终产品的分子量有着十分重要的关系。例如,在制备材料B过程中,氮气的充入可以增加整个反应的安全性;升温前加引发剂是能够保证在温度均匀的情况下缓慢反应,如果在一个比较高的温度下加入引发剂,那么引发剂会被高温快速激活、分解,造成反应速度异常偏快,可能会产生灾难性的严重后果;沸腾状态可以使得整体系活性及交联效果更好,使得复合材料的性能更好。
进一步的,所述步骤1中,所述第一反应装置和所述第二反应装置为夹套控温反应釜。本发明采用的反应釜通过盘管夹套介质油加热,更能保证交联聚合稳定安全的进行,本发明多次、多种单体直接进行交联反应的过程,比在水中反应来的更快更复杂,缓慢稳定的反应对于整个体系的效果及安全性都是至关重要的。
进一步的,所述步骤1中,在制备材料B时升温至沸腾状态过程中,升温的速率为2℃/min~5℃/min。缓慢加热至沸腾,可以提高整个体系的稳定性,使得交联反应更安全高效的发生。
本发明的另一目的是为了提供上述防水树酯材料的应用。
一种防水树酯材料在涂料制备中的应用。
使用本发明提供的防水树酯材料作为原料时,制备涂料不仅具有良好的防水性能,且具有高强度、高附着性、耐老化、耐酸碱性和高柔韧性等优秀的综合性能,品质高,应用于涂料中,密封性好,光泽度佳,可以满足一些市场特殊应用需求。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、本发明提供的防水树酯材料是以材料B为主体骨料,将材料A交联与材料B的链端,制备得到复合树酯材料;针对性的对各个原料的添加量进行了调整,该防水树酯材料不仅具有良好的防水性能,还能满足高强度、高柔韧性的力学性能和优秀的附着性,不仅可满足国家标准GB/T16777-2008性能要求,而且其中抗冲击强度可达到12.5Mpa以上,延伸率均能达到200%以上,附着性测试均达到了1级水平。
2、本发明提供的防水树酯材料,材料A和材料B进行交联后生成一个稳定的均聚体树酯体系,该防水树酯材料具有良好的耐老化、耐酸碱性,且材料绿色环保,便于广泛应用。
3、本发明提供的原料配方实现的反应体系,制备的产品能够实现在0℃以下也可固化,固化效果好,具有较好的附着性,多次交联聚合形成的体系具有网状结构及特殊基团枝接,使得制备的产品不易沾染表面污染物。
4、本发明提供的复合树酯材料的制备方法,通过控制原料的添加顺序及时机、工艺参数等条件,使得复杂高速的交联聚合增链反应可以稳定安全的进行,过程简单易控制,便于广泛推广应用。
5、本发明制备的防水树酯材料应用于制备防水涂料中,对于桥梁、船舰等具有优秀的防水防腐能力,且附着性优秀,强度高,韧性好,具有非常高的市场价值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
以下实施例中聚醚多元醇购于捷柯新材料有限公司;多异氰酸酯TDI为巴斯夫TDI;多异氰酸酯MDI为拜耳MDI;甲基丙烯酸甲酯购自上海古臣生物公司;甲基丙烯酸正丁酯、羟基丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯及甲基丙烯酸异辛酯购自济南铭宇化工有限公司。
实施例1
制备一种防水树酯材料
步骤1、
制备材料A
材料A按重量份(10g/份)计主要由以下原料制备而成的:
分子量为6000的第一聚醚多元醇30份;多异氰酸酯:TDI为30份;分子量为第二聚醚多元醇60份;第一功能助剂:羟甲基丙烯酸酯40份、羟乙基丙烯酸酯40份;第一封闭剂:石蜡0.1份。
在搅拌条件下,向第一反应装置中加入第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和多异氰酸酯,升温至80℃后,恒温3h;然后向第一反应装置中加入第一功能助剂和第一封闭剂,恒温搅拌4h,然后转入冷却釜中进行搅拌降温至25℃以下,得到材料A;
制备材料B
材料B按重量份(10g/份)计主要由以下原料制备而成:
甲基丙烯酸甲酯60份;甲基丙烯酸正丁酯40份;功能性单体:羟基丙烯酸酯5份、丙烯酸正丁酯5份、甲基丙烯酸异辛酯5份;自由基引发剂:过氧化苯甲酰0.2份;第二功能助剂:增塑剂邻苯二甲酸二辛酯5份;第二封闭剂石蜡4份;第三功能助剂分散剂BYK110为6份;第四功能助剂二甲基硅氧烷5份;促进剂NN二甲基苯胺3份。
向充入氮气的第二反应装置内,加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体,然后在搅拌状态下,加入自由基引发剂、第二功能助剂、第二封闭剂;升温至沸腾状态,并恒温持续沸腾1h,得到材料B;
步骤2、
将步骤1得到的材料B与材料A进行混合,然后冷却至30℃,之后加入第三功能助剂、第四功能助剂和促进剂,搅拌分散40min,过滤,滤液即为制备得到的防水树酯材料。
采用Waters 1515/2414型凝胶渗透色谱仪,流动相为:色谱级四氢呋喃、真空脱气,样品过滤用有机相微孔滤膜(孔径为0.22um)。利用凝胶渗透色谱(GPC)法测定聚合物平均分子量,经检测,实施例1制备的防水树酯材料的平均分子量为4000。
实施例2
制备一种防水树酯材料
步骤1、
制备材料A
材料A按重量份(10g/份)计主要由以下原料制备而成的:
分子量为6300的第一聚醚多元醇80份;多异氰酸酯:TDI 30份和MDI 40份;分子量为1700的第二聚醚多元醇90份;第一功能助剂羟乙基丙烯酸酯10份、羟丙基丙烯酸酯40份;第一封闭剂:石蜡油0.005份。
在搅拌条件下,向第一反应装置中加入第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和多异氰酸酯,升温至90℃后,恒温2h;然后向第一反应装置中加入第一功能助剂和第一封闭剂,恒温搅拌3h,然后转入冷却釜中进行搅拌降温至25℃以下,得到材料A;
制备材料B
材料B按重量份(10g/份)计主要由以下原料制备而成:
甲基丙烯酸甲酯80份;甲基丙烯酸正丁酯30份;功能性单体丙烯:10份、羟基丙烯酸酯10份;自由基引发剂:过氧化甲乙酮0.1份;第二功能助剂:季戊四醇油酸酯5份;第二封闭剂:石蜡油6份;第三功能助剂:表面活性剂CH-3700 4份;第四功能助剂:对二苯酚3份;促进剂:NN二羟乙基对甲苯胺2份;
向充入氮气的第二反应装置内,加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体,然后在搅拌状态下,加入自由基引发剂、第二功能助剂、第二封闭剂;升温至沸腾状态,并恒温持续沸腾0.5h,得到材料B;
步骤2、
将步骤1得到的材料B与材料A进行混合,然后冷却至28℃,之后加入第三功能助剂、第四功能助剂和促进剂,搅拌分散30min,过滤,滤液即为制备得到的防水树酯材料。
采用Waters 1515/2414型凝胶渗透色谱仪,流动相为:色谱级四氢呋喃、真空脱气,样品过滤用有机相微孔滤膜(孔径为0.22um)。利用凝胶渗透色谱(GPC)法测定聚合物平均分子量,经检测,实施例1制备的防水树酯材料的平均分子量为4500。
实施例3
制备一种防水树酯材料
步骤1、
制备材料A
材料A按重量份(10g/份)计主要由以下原料制备而成的:
分子量为5700的第一聚醚多元醇40份;多异氰酸酯:MDI 25份;分子量为2000的第二聚醚多元醇50份;第一功能助剂:羟丁基丙烯酸酯50份;第一封闭剂聚酰胺蜡0.008份。
在搅拌条件下,向第一反应装置中加入第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和多异氰酸酯,升温至65℃后,恒温4.5h;然后向第一反应装置中加入第一功能助剂和第一封闭剂,恒温搅拌4.5h,然后转入冷却釜中进行搅拌降温至25℃以下,得到材料A;
制备材料B
材料B按重量份(10g/份)计主要由以下原料制备而成:
甲基丙烯酸甲酯100份;甲基丙烯酸正丁酯60份;功能性单体:丙烯酸正丁酯40份;自由基引发剂:偶氮二异庚晴0.5份;第二功能助剂:丙烯酸丁酯10份;第二封闭剂聚酰胺蜡8份;第三功能助剂:消泡剂BYK051为8份;第四功能助剂:对二苯酚10份;促进剂:NN二异丙醇对甲苯胺5份;
向充入氮气的第二反应装置内,加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体,然后在搅拌状态下,加入自由基引发剂、第二功能助剂、第二封闭剂;升温至沸腾状态,并恒温持续沸腾2h,得到材料B;
步骤2、
将步骤1得到的材料B与材料A进行混合,然后冷却至30℃,之后加入第三功能助剂、第四功能助剂和促进剂,搅拌分散60min,过滤,滤液即为制备得到的防水树酯材料。
采用Waters 1515/2414型凝胶渗透色谱仪,流动相为:色谱级四氢呋喃、真空脱气,样品过滤用有机相微孔滤膜(孔径为0.22um)。利用凝胶渗透色谱(GPC)法测定聚合物平均分子量,经检测,实施例1制备的防水树酯材料的平均分子量为3300。
实施例4
制备一种防水树酯材料
步骤1、
制备材料A
材料A按重量份计(10g/份)主要由以下原料制备而成的:
分子量为6200第一聚醚多元醇50份;多异氰酸酯:TDI 40份;分子量为2200第二聚醚多元醇90份;第一功能助剂:羟乙基丙烯酸酯60份;第一封闭剂:多甲基硅油0.1份。
在搅拌条件下,向第一反应装置中加入第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和多异氰酸酯,升温至70℃后,恒温3.5h;然后向第一反应装置中加入第一功能助剂和第一封闭剂,恒温搅拌4.0h,然后转入冷却釜中进行搅拌降温至25℃以下,得到材料A;
制备材料B
材料B按重量份(10g/份)计主要由以下原料制备而成:
甲基丙烯酸甲酯50份;甲基丙烯酸正丁酯30份;功能性单体:羟基丙烯酸酯15份;自由基引发剂:偶氮二异丁氰0.005份;第二功能助剂:邻苯二甲酸二辛酯2份;第二封闭剂:多甲基硅油0.5份;第三功能助剂:分散剂BYK110为1份;第四功能助剂:对二苯酚1份;促进剂:NN二甲基苯胺1份;
向充入氮气的第二反应装置内,加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体,然后在搅拌状态下,加入自由基引发剂、第二功能助剂、第二封闭剂;升温至沸腾状态,并恒温持续沸腾1.5h,得到材料B;
步骤2、
将步骤1得到的材料B与材料A进行混合,然后冷却至20℃,之后加入第三功能助剂、第四功能助剂和促进剂,搅拌分散45min,过滤,滤液即为制备得到的防水树酯材料。
采用Waters 1515/2414型凝胶渗透色谱仪,流动相为:色谱级四氢呋喃、真空脱气,样品过滤用有机相微孔滤膜(孔径为0.22um)。利用凝胶渗透色谱(GPC)法测定聚合物平均分子量,经检测,实施例1制备的防水树酯材料的平均分子量为4200。
对比例1-2
对比例1-2研究了功能性单体与甲基丙烯酸甲酯的重量比对复合树酯材料产品性能的影响,对比例1-2相比实施例1来讲,仅改变了功能性单体与甲基丙烯酸甲酯的重量比,功能性单体与甲基丙烯酸甲酯的总重量份不变均为75份,其他原料、原料配比及制备过程与实施例1相同。原料配比情况如表1所述。
表1原料配比
对比例3
对比例3包含了3组对比实验,分别为对比例3-A、对比例3-B和对比例3-C。
对比例3-A相比实施例1来说调整了甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体的重量份配比。对比例3-A中,甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体中总的添加量与实施例1相同,均为115份,对比例3-A中甲基丙烯酸甲酯55份、甲基丙烯酸正丁酯43份和功能性单体17份;降低了甲基丙烯酸甲酯的占比,其他原料、原料配比及制备过程与实施例1相同。
对比例3-B相比实施例1来说调整了甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体的重量份配比。对比例3-B中,甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体中总的添加量与实施例1相同,均为115份,对比例3-B中甲基丙烯酸甲酯58份、甲基丙烯酸正丁酯48份和功能性单体9份;增大了甲基丙烯酸正丁酯的占比,其他原料、原料配比及制备过程与实施例1相同。
对比例3-C相比实施例1来说调整了甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体的重量份配比。对比例3-C中,甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体中总的添加量与实施例1相同,均为115份,对比例3-C中甲基丙烯酸甲酯60份、甲基丙烯酸正丁酯31份和功能性单体24份;增大了功能性单体的占比,其他原料、原料配比及制备过程与实施例1相同。
对比例4(未沸腾)
对比例4原料、原料配比及制备过程与实施例1相同,不同之处在于,对比例4制备过程中,制备材料B时,缓慢升温至80℃未达到沸腾状态,进行恒温加热实施例1相同的时间,停止加热。
对比例5
对比例5制备了一种防水树酯材料,制备材料A过程及原料配比和制备B过程及原料配比与实施例1完全相同,不同之处在于在于对比例5改变了步骤2中材料A和材料B的添加重量比,对比例5-A组中,步骤2中材料A与材料B的重量比为0.2:1,对比例5-B组中,步骤2中材料A与材料B的重量比为3:1,经检测,对比例5-A组制备的防水树酯材料的平均分子量为2400,对比例5-B组制备的防水树酯材料的平均分子量为5000。
并对实施例1-4、对比例1-5制备的防水树酯材料及市售的环氧-聚氨酯材料、沥青材料、水性丙烯酸材料、防水卷材和聚脲防水材料进行综合性能进行的测试,测试结果如表2所示。
其中,各项性能指标均按国家标准GB/T16777-2008测试方法进行测试。
表2综合性能测试结果
从表2的产品性能测试数据可以看出,本发明提供的防水树酯材料的抗冲击强度可达到12.5Mpa以上,延伸率均能达到200%以上,附着性测试均达到了1级水平,不仅具有良好的防水性能,还能满足高强度、高柔韧性的力学性能和优秀的附着性。
对比例1和对比例2实验研究发现,所述功能性单体与所述甲基丙烯酸甲酯的重量比是影响复合树酯材料综合性能的重要影响参数。研究发现功能性单体的添加比例过大或过小都会影响产品的综合性能,当功能性单体的添加比例过小时,复合树酯材料的强度较大,延伸率较差,复合树酯材料会比较脆,受到热胀冷缩作用后,吸附度变差,容易被剥离,其他性能也有所降低。当功能性单体的添加比例过大时,制备的复合材料强度较小,容易改变自身状态,易脱落,综合性能受影响也较大。
对比例3三组实验对材料B中骨料组分占比进行了探索研究,材料B是以甲基丙烯酸甲酯为主体骨料,甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体分别与主体骨料进行交联使得链进行增长的过程,交联聚合作用对象及方式是一个复杂的过程,不是简单的三个主要原料的混合,三个原料的量的配合是十分重要的。骨料甲基丙烯酸甲酯的量过小或,甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体的量过大,都会造成体系中甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体不能形成完美的配合,甲基丙烯酸甲酯的量不足以支撑起整个体系的骨架,在局部会发生功能性单体自聚或功能性单体与甲基丙烯酸正丁酯共聚的情况,这样会造成聚合不均匀,在引发剂、促进剂、功能助剂等其他原料的作用下,制备的复合树酯材料特性受到较大的影响,综合性能大大的下降。
同时,对比例4中经过发明人研究发现,将第二混合物缓慢升温至沸腾状态是十分重要的,未达到沸腾状态,影响原料之间的交联效果,造成制备的复合树酯材料的性能大大降低。
对比例5中改变了材料A和材料B的反应重量比,材料A中选用了两种聚醚多元醇与多异氰酸酯进行聚合,聚醚多元醇的选择除了能与多异氰酸酯进行聚合,在一定程度上还能控制最终防水树酯的平均分子量的大小,对比例5的数据研究发现分子量过大过多小都会影响产品的综合性能。
相比商用的环氧-聚氨酯材料、水性丙烯酸及聚脲防水材料等,本发明公开的防水树酯材料具有更高的强度、附着性、柔韧性、密封性和光泽性,具有更好的市场应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防水树酯材料,其特征在于,主要由材料A和材料B制备而成的,所述材料A与所述材料B的重量比为0.4~2.5:1;
其中,所述材料A按重量份计主要由以下原料制备而成的:
第一聚醚多元醇30份~80份;多异氰酸酯25~70份;第二聚醚多元醇20份~90份;第一功能助剂50份~100份;第一封闭剂0.005份~0.1份;
其中,所述第一聚醚多元醇的分子量为5700~6300,所述第二聚醚多元醇的分子量为1700~2300;
所述材料B按重量份计主要由以下原料制备而成:
甲基丙烯酸甲酯20份~100份;甲基丙烯酸正丁酯10份~80份;功能性单体5份~45份;自由基引发剂0.005份~0.5份;第二功能助剂2份~10份;第二封闭剂0.5~10份;第三功能助剂1~8份;第四功能助剂1~10份;促进剂1~5份;
所述功能性单体是甲基丙烯酸、丙烯酸、羟基丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的防水树酯材料,其特征在于,所述功能性单体是羟基丙烯酸酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的防水树酯材料,其特征在于,所述防水树酯材料的平均分子量为3300~4500。
4.根据权利要求1所述的防水树酯材料,其特征在于,所述甲基丙烯酸甲酯的重量≥所述甲基丙烯酸甲酯、所述甲基丙烯酸正丁酯和所述功能性单体合计量的50%;
所述甲基丙烯酸正丁酯的重量≤所述甲基丙烯酸甲酯、所述甲基丙烯酸正丁酯和所述功能性单体合计量的40%;
所述功能性单体的重量≤所述甲基丙烯酸甲酯、所述甲基丙烯酸正丁酯和所述功能性单体合计量的20%。
5.根据权利要求4所述的防水树酯材料,其特征在于,所述功能性单体与所述甲基丙烯酸甲酯的重量比为0.1~0.4:1。
6.根据权利要求1所述的防水树酯材料,其特征在于,所述第一功能助剂是羟甲基丙烯;
所述第二功能助剂是增塑剂、活性剂和分子量调整剂中的至少一种酸酯、羟乙基丙烯酸酯、羟丙基丙烯酸酯和羟丁基丙烯酸酯中的至少一种;
所述第三功能助剂是分散剂、流平剂、消泡剂和表面活性剂中的至少一种;
所述第四功能助剂是体系助剂,
所述第四功能助剂是阻聚剂、稳定剂、光安定剂、活化剂、分子量控制剂和催化剂中的至少一种。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的防水树酯材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、
制备材料A
在搅拌条件下,向第一反应装置中加入第一聚醚多元醇、第二聚醚多元醇和多异氰酸酯,升温至65℃~90℃后,恒温2h~4.5h;然后向第一反应装置中加入第一功能助剂和第一封闭剂,恒温搅拌3h~4.5h,然后转入冷却釜中进行搅拌降温至25℃以下,得到材料A;
制备材料B
向充入氮气的第二反应装置内,加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯和功能性单体,然后在搅拌状态下,加入自由基引发剂、第二功能助剂、第二封闭剂;升温至沸腾状态,并恒温持续沸腾0.5h~2h,得到材料B;
步骤2、
将步骤1得到的材料B与材料A进行混合,然后冷却至30℃以下,之后加入第三功能助剂、第四功能助剂和促进剂,搅拌分散30min~60min,过滤,滤液即为制备得到的防水树酯材料。
8.根据权利要求7所述的防水树酯材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1中,所述第一反应装置和所述第二反应装置为夹套控温反应釜。
9.根据权利要求7所述的防水树酯材料的制备方法,其特征在于,所述步骤1中,在制备材料B时升温至沸腾状态过程中,升温的速率为2℃/min~5℃/min。
10.一种如权利要求1-6任意一项所述的防水树酯材料在涂料制备中的应用。
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