CN113337183B - 一种防水涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防水涂料及其制备方法，所述的防水涂料由以下原料制备而成：环氧树脂E‑20、乙二醇、聚氨酯分散剂、琥珀酸二辛酯磺酸钠、碳酸钙、凹凸棒土、二氧化硅、改性石墨烯、糠醛、邻苯二甲酸二丁酯、三乙烯四胺、三聚磷酸铝、硅烷偶联剂、消泡剂。本发明所述的防水涂料具有良好的防水作用，且涂层附着力强，本发明所制备的聚氨酯分散剂能够与所述的环氧树脂E‑20形成互穿的网络结构，能够有效的提高涂层结合力以及防水防腐作用，本发明通过对石墨烯进行改性，改性后的石墨烯，由于壳聚糖的作用，会使环氧树脂开环，能够提升互穿网络的强度，进一步提高交联密度，从而提高涂层结合力以及防水防腐作用。

Description

一种防水涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种防水涂料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯是一种新型的功能纳米材料，具有导电性能卓越、化学稳定性优异、力学性能突出、导热性高等特点，因而在涂料中有着广泛的应用。石墨烯在防腐、防水、导电、建筑隔热、海洋防污和阻燃等功能性涂料体系中均可大幅提高涂料的综合性能，具有广泛的应用前景。

石墨烯能阻隔水分对涂膜的浸润与渗透，起到良好的防水防腐作用，且石墨烯表面疏水特性加强了防水渗透性。现有的含有石墨烯的防水涂料防水效果以及涂层附着力存在不足。

发明内容

本发明提供一种防水涂料及其制备方法，所述的防水涂料具有良好的防水作用，且涂层附着力强。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：

一种防水涂料，由以下重量份原料制备而成：30～45份环氧树脂E-20、10～18份乙二醇、8～15份聚氨酯分散剂、6～10份琥珀酸二辛酯磺酸钠、4～8份碳酸钙、4～8份凹凸棒土、2～6份二氧化硅、2～5份改性石墨烯、1～5份糠醛、1～4份邻苯二甲酸二丁酯、2～3份三乙烯四胺、1～3份三聚磷酸铝、0.5～2份硅烷偶联剂、0.3～0.8份消泡剂。

作为一种优选方案，所述防水涂料由以下重量份原料制备而成：32～45份环氧树脂E-20、10～15份乙二醇、8～12份聚氨酯分散剂、7～10份琥珀酸二辛酯磺酸钠、5～8份碳酸钙、5～8份凹凸棒土、3～6份二氧化硅、3～5份改性石墨烯、2～5份糠醛、2～4份邻苯二甲酸二丁酯、2～2.8份三乙烯四胺、1～2.5份三聚磷酸铝、0.5～1份硅烷偶联剂、0.3～0.6份消泡剂。

作为一种优选方案，所述防水涂料由以下重量份原料制备而成：38份环氧树脂E-20、12.3份乙二醇、11份聚氨酯分散剂、8份琥珀酸二辛酯磺酸钠、6份碳酸钙、5份凹凸棒土、4份改性石墨烯、4份二氧化硅、3份糠醛、3份邻苯二甲酸二丁酯、2.5份三乙烯四胺、2份三聚磷酸铝、0.8份硅烷偶联剂、0.4份消泡剂。

作为一种优选方案，所述改性石墨烯的制备方法为：

S01、将4～10重量份石墨烯、0.05～0.15重量份硅烷偶联剂KH570、0.8～2重量份1～2mol/L的硼酸水溶液加入到30～45重量份无水乙醇中，以200～500rpm转速搅拌60～120min，得到石墨烯混合液；

S02、将1～3重量份壳聚糖加入到8～15重量份磷酸缓冲液中，再加入0.1～0.5重量份冰醋酸，超声处理，得到壳聚糖混合液；

S03、将石墨烯混合液加热至75～95℃，将壳聚糖混合液滴入到石墨烯混合液中，以200～500rpm转速搅拌2～6h，过滤，干燥，得到改性石墨烯。

本发明通过对改性石墨烯进行硅烷偶联剂KH570、硼酸预处理，壳聚糖混合液滴加改性处理，得到了能够有效的提高防水防腐作用以及涂层结合力的改性石墨烯。

作为一种优选方案，所述磷酸缓冲液pH为6～6.5。

作为一种优选方案，所述超声处理功率为300～600W，超声处理时间为15～30min。

作为一种优选方案，所述聚氨酯分散剂的制备方法为：

S11、将20～30重量份苯二亚甲基二异氰酸酯、10～15重量份1，4-丁二醇、10～20重量份丙酮加入到三口烧瓶中，加热至75～85℃，保温1～5h，得到预聚体；

S12、将4～8重量份季戊四醇、0.05～0.15重量份二月桂酸二丁基锡加入到三口烧瓶中，进行扩链反应60～100min；

S13、降温至55～62℃，将5～8重量份N’N-二乙基乙醇胺加入到三口烧瓶中，进行接枝反应50～80min；

S14、将6～10重量份质量分数为10～20％的二羟甲基丙酸水溶液滴入三口烧瓶中，反应80～110min，脱去丙酮，即得聚氨酯分散剂。

本发明所制备得到的聚氨酯分散剂的加入，显著提高了涂层的作用力，且所述的聚氨酯分散剂能够有效的提升改性石墨烯的分散作用，使改性石墨烯不会发生团聚作用，从而使得改性石墨烯能够有效的发挥防水防腐以及提高涂层结合力的作用，同时能够有效的提高配方体系的稳定性。

作为一种优选方案，所述消泡剂为消泡剂BYK-052N。

作为一种优选方案，所述硅烷偶联剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷。

本发明在大量的研究中惊奇的发现，本发明所制备的聚氨酯分散剂能够与所述的环氧树脂E-20形成互穿的网络结构，能够有效的提高涂层结合力以及防水防腐作用。

发明人再进一步的研究中发现，改性后的石墨烯，由于壳聚糖的作用，会使环氧树脂开环，能够提升互穿网络的强度，进一步提高交联密度，从而提高涂层结合力以及防水防腐作用。

发明人发现，在改性石墨烯的制备方法中，若采取其他物质替换壳聚糖，则达不到效果，只能单一的提升石墨烯的性能，而不能进一步提高交联密度以及互穿网络的强度。

本发明还提供了一种所述的防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

S21、将环氧树脂E-20、聚氨酯分散剂、改性石墨烯混合均匀，得到第一混合物；

S22、将乙二醇、琥珀酸二辛酯磺酸钠、碳酸钙、凹凸棒土、二氧化硅、糠醛、邻苯二甲酸二丁酯、三乙烯四胺、三聚磷酸铝混合均匀，得到第二混合物；

S23、将第一混合物、第二混合物混合均匀，再加入消泡剂，搅拌均匀，即得防水涂料。

本发明的有益效果：本发明所述的防水涂料具有良好的防水作用，且涂层附着力强，本发明所制备的聚氨酯分散剂能够与所述的环氧树脂E-20形成互穿的网络结构，能够有效的提高涂层结合力以及防水防腐作用，本发明通过对石墨烯进行改性，改性后的石墨烯，由于壳聚糖的作用，会使环氧树脂开环，能够提升互穿网络的强度，进一步提高交联密度，从而提高涂层结合力以及防水防腐作用。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

本发明所述的石墨烯购买于常州第六元素材料科技股份有限公司，型号：SE1231。其他原料均是市面上常规可以购买得到的。

在本发明中，除特别声明，所述的份均为重量份。

实施例1

一种防水涂料，所述防水涂料由以下重量份原料制备而成：38份环氧树脂E-20、12.3份乙二醇、11份聚氨酯分散剂、8份琥珀酸二辛酯磺酸钠、6份碳酸钙、5份凹凸棒土、4份改性石墨烯、4份二氧化硅、3份糠醛、3份邻苯二甲酸二丁酯、2.5份三乙烯四胺、2份三聚磷酸铝、0.8份苯胺甲基三乙氧基硅烷、0.4份消泡剂BYK-052N。

所述改性石墨烯的制备方法为：

S01、将8重量份石墨烯、0.1重量份硅烷偶联剂KH570、1.2重量份1.5mol/L的硼酸水溶液加入到40.7重量份无水乙醇中，以3rpm转速搅拌80min，得到石墨烯混合液；

S02、将2重量份壳聚糖加入到12.6重量份pH为6.2的磷酸缓冲液中，再加入0.4重量份冰醋酸，以400W超声处理20min，得到壳聚糖混合液；

S03、将石墨烯混合液加热至80℃，将壳聚糖混合液滴入到石墨烯混合液中，以400rpm转速搅拌5h，过滤，干燥，得到改性石墨烯。

所述聚氨酯分散剂的制备方法为：

S11、将25.8重量份苯二亚甲基二异氰酸酯、12.3重量份1，4-丁二醇、14.5重量份丙酮加入到三口烧瓶中，加热至78℃，保温3h，得到预聚体；

S12、将5.6重量份季戊四醇、0.08重量份二月桂酸二丁基锡加入到三口烧瓶中，进行扩链反应90min；

S13、降温至60℃，将6.5重量份N’N-二乙基乙醇胺加入到三口烧瓶中，进行接枝反应60min；

S14、将8.2重量份质量分数为15％的二羟甲基丙酸水溶液滴入三口烧瓶中，反应100min，脱去丙酮，即得聚氨酯分散剂。

所述的防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

S21、将环氧树脂E-20、聚氨酯分散剂、改性石墨烯混合均匀，得到第一混合物；

S22、将乙二醇、琥珀酸二辛酯磺酸钠、碳酸钙、凹凸棒土、二氧化硅、糠醛、邻苯二甲酸二丁酯、三乙烯四胺、三聚磷酸铝混合均匀，得到第二混合物；

S23、将第一混合物、第二混合物混合均匀，再加入消泡剂，搅拌均匀，即得防水涂料。

实施例2

一种防水涂料，所述防水由以下重量份原料制备而成：40份环氧树脂E-20、15份乙二醇、10份聚氨酯分散剂、7份琥珀酸二辛酯磺酸钠、4份碳酸钙、4份凹凸棒土、3份二氧化硅、3份改性石墨烯、2份糠醛、2份邻苯二甲酸二丁酯、2份三乙烯四胺、1份三聚磷酸铝、0.5份硅烷偶联剂、0.3份消泡剂。

所述改性石墨烯的制备方法为：

S01、将7重量份石墨烯、0.1重量份硅烷偶联剂KH570、1.5重量份1.5mol/L的硼酸水溶液加入到41.4重量份无水乙醇中，以300rpm转速搅拌80min，得到石墨烯混合液；

S02、将1.8重量份壳聚糖加入到13重量份pH为6的磷酸缓冲液中，再加入0.2重量份冰醋酸，以400W超声处理25min，得到壳聚糖混合液；

S03、将石墨烯混合液加热至80℃，将壳聚糖混合液滴入到石墨烯混合液中，以400rpm转速搅拌4h，过滤，干燥，得到改性石墨烯。

所述聚氨酯分散剂的制备方法为：

S11、将25.8重量份苯二亚甲基二异氰酸酯、12.3重量份1，4-丁二醇、14.5重量份丙酮加入到三口烧瓶中，加热至78℃，保温3h，得到预聚体；

S12、将5.6重量份季戊四醇、0.08重量份二月桂酸二丁基锡加入到三口烧瓶中，进行扩链反应90min；

S13、降温至60℃，将6.5重量份N’N-二乙基乙醇胺加入到三口烧瓶中，进行接枝反应60min；

S14、将8.2重量份质量分数为15％的二羟甲基丙酸水溶液滴入三口烧瓶中，反应100min，脱去丙酮，即得聚氨酯分散剂。

所述的防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

S21、将环氧树脂E-20、聚氨酯分散剂、改性石墨烯混合均匀，得到第一混合物；

S22、将乙二醇、琥珀酸二辛酯磺酸钠、碳酸钙、凹凸棒土、二氧化硅、糠醛、邻苯二甲酸二丁酯、三乙烯四胺、三聚磷酸铝混合均匀，得到第二混合物；

S23、将第一混合物、第二混合物混合均匀，再加入消泡剂，搅拌均匀，即得防水涂料。

实施例3

一种防水涂料，所述防水涂料由以下重量份原料制备而成：45份环氧树脂E-20、10份乙二醇、8份聚氨酯分散剂、7份琥珀酸二辛酯磺酸钠、5份碳酸钙、5份凹凸棒土、3份二氧化硅、3份改性石墨烯、2份糠醛、2份邻苯二甲酸二丁酯、2份三乙烯四胺、1份三聚磷酸铝、1份硅烷偶联剂、0.6份消泡剂。

所述改性石墨烯的制备方法为：

S01、将9重量份石墨烯、0.1重量份硅烷偶联剂KH570、0.8重量份1mol/L的硼酸水溶液加入到40.1重量份无水乙醇中，以400rpm转速搅拌100min，得到石墨烯混合液；

S02、将1.8重量份壳聚糖加入到13重量份pH为6.5的磷酸缓冲液中，再加入0.2重量份冰醋酸，以400W超声处理20min，得到壳聚糖混合液；

S03、将石墨烯混合液加热至80℃，将壳聚糖混合液滴入到石墨烯混合液中，以300rpm转速搅拌6h，过滤，干燥，得到改性石墨烯。

所述聚氨酯分散剂的制备方法为：

S11、将25.8重量份苯二亚甲基二异氰酸酯、12.3重量份1，4-丁二醇、14.5重量份丙酮加入到三口烧瓶中，加热至78℃，保温3h，得到预聚体；

S12、将5.6重量份季戊四醇、0.08重量份二月桂酸二丁基锡加入到三口烧瓶中，进行扩链反应90min；

S13、降温至60℃，将6.5重量份N’N-二乙基乙醇胺加入到三口烧瓶中，进行接枝反应60min；

S14、将8.2重量份质量分数为15％的二羟甲基丙酸水溶液滴入三口烧瓶中，反应100min，脱去丙酮，即得聚氨酯分散剂。

所述的防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

S21、将环氧树脂E-20、聚氨酯分散剂、改性石墨烯混合均匀，得到第一混合物；

S22、将乙二醇、琥珀酸二辛酯磺酸钠、碳酸钙、凹凸棒土、二氧化硅、糠醛、邻苯二甲酸二丁酯、三乙烯四胺、三聚磷酸铝混合均匀，得到第二混合物；

S23、将第一混合物、第二混合物混合均匀，再加入消泡剂，搅拌均匀，即得防水涂料。

对比例1

对比例1与实施例1不同之处在于，对比例1不含有所述的聚氨酯分散剂，其他都相同。

对比例2

对比例2与实施例1不同之处在于，对比例2采用石墨烯替换改性石墨烯，其他都相同。

对比例3

对比例3与实施例1不同之处在于，所述的改性石墨烯的制备方法不同于实施例1，本对比例中，采用二氧化钛替换壳聚糖，其他都相同。

所述改性石墨烯的制备方法为：

S01、将8重量份石墨烯、0.1重量份硅烷偶联剂KH570、1.2重量份1.5mol/L的硼酸水溶液加入到40.7重量份无水乙醇中，以3rpm转速搅拌80min，得到石墨烯混合液；

S02、将2重量份二氧化钛加入到12.6重量份pH为6.2的磷酸缓冲液中，再加入0.4重量份冰醋酸，以400W超声处理20min，得到二氧化钛混合液；

S03、将石墨烯混合液加热至80℃，将二氧化钛混合液滴入到石墨烯混合液中，以400rpm转速搅拌5h，过滤，干燥，得到改性石墨烯。

为了进一步证明本发明的效果，提供了以下测试方法：

将上述实施例1～3和对比例1～3所述的防水涂料喷涂在钢铁基材表面(每个实施例或者对比例喷三个钢铁基材，测试取平均值)，厚度为1.5mm，在25℃下固化7天，涂层，供测试。

1.附着力：按照GB/T 5210进行测试，测试结果见表1。

2.将所述的含有涂层的钢铁基材放入水浸泡1000h，观察涂层变化，测试结果见表1。

表1

	附着力/MPa	水浸泡1000h
			实施例1	22.8	涂层无变化
实施例2	20.9	涂层无变化
			实施例3	20.6	涂层无变化
对比例1	13.5	涂层有裂纹
			对比例2	14.7	涂层有裂纹
对比例3	16.8	涂层有气泡

从表1中可看出，本发明所述的防水涂料具有良好的防水作用，且涂层附着力强。

对比实施例1～3可知，不同防水涂料的配比以及改性石墨烯的制备参数能够影响涂层附着力，其中实施例1为最佳实施例。

对比实施例1与对比例1可知，若所述的防水涂料中不含有本发明所制备得到的聚氨酯分散剂，防水效果以及涂层附着力均会显著下降。

对比实施例1与对比例2、3可知，本发明通过对石墨烯进行改性，显著提高了防水效果以及涂层附着力，且在石墨烯的改性方法中，采取其他物质替换壳聚糖，防水效果以及涂层附着力均会下降。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种防水涂料，其特征在于，由以下重量份原料制备而成：30～45份环氧树脂E-20、10～18份乙二醇、8～15份聚氨酯分散剂、6～10份琥珀酸二辛酯磺酸钠、4～8份碳酸钙、4～8份凹凸棒土、2～6份二氧化硅、2～5份改性石墨烯、1～5份糠醛、1～4份邻苯二甲酸二丁酯、2～3份三乙烯四胺、1～3份三聚磷酸铝、0.5～2份硅烷偶联剂、0.3～0.8份消泡剂；

所述改性石墨烯的制备方法为：

S01、将4～10重量份石墨烯、0.05～0.15重量份硅烷偶联剂KH570、0.8～2重量份1～2mol/L的硼酸水溶液加入到30～45重量份无水乙醇中，以200～500rpm转速搅拌60～120min，得到石墨烯混合液；

S02、将1～3重量份壳聚糖加入到8～15重量份磷酸缓冲液中，再加入0.1～0.5重量份冰醋酸，超声处理，得到壳聚糖混合液；

S03、将石墨烯混合液加热至75～95℃，将壳聚糖混合液滴入到石墨烯混合液中，以200～500rpm转速搅拌2～6h，过滤，干燥，得到改性石墨烯；

所述聚氨酯分散剂的制备方法为：

S11、将20～30重量份苯二亚甲基二异氰酸酯、10～15重量份1，4-丁二醇、10～20重量份丙酮加入到三口烧瓶中，加热至75～85℃，保温1～5h，得到预聚体；

S12、将4～8重量份季戊四醇、0.05～0.15重量份二月桂酸二丁基锡加入到三口烧瓶中，进行扩链反应60～100min；

S13、降温至55～62℃，将5～8重量份N’N-二乙基乙醇胺加入到三口烧瓶中，进行接枝反应50～80min；

S14、将6～10重量份质量分数为10～20％的二羟甲基丙酸水溶液滴入三口烧瓶中，反应80～110min，脱去丙酮，即得聚氨酯分散剂。

2.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于，所述防水涂料由以下重量份原料制备而成：32～45份环氧树脂E-20、10～15份乙二醇、8～12份聚氨酯分散剂、7～10份琥珀酸二辛酯磺酸钠、5～8份碳酸钙、5～8份凹凸棒土、3～6份二氧化硅、3～5份改性石墨烯、2～5份糠醛、2～4份邻苯二甲酸二丁酯、2～2.8份三乙烯四胺、1～2.5份三聚磷酸铝、0.5～1份硅烷偶联剂、0.3～0.6份消泡剂。

3.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于，所述防水涂料由以下重量份原料制备而成：38份环氧树脂E-20、12.3份乙二醇、11份聚氨酯分散剂、8份琥珀酸二辛酯磺酸钠、6份碳酸钙、5份凹凸棒土、4份改性石墨烯、4份二氧化硅、3份糠醛、3份邻苯二甲酸二丁酯、2.5份三乙烯四胺、2份三聚磷酸铝、0.8份硅烷偶联剂、0.4份消泡剂。

4.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于，所述磷酸缓冲液pH为6～6.5。

5.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于，所述超声处理功率为300～600W，超声处理时间为15～30min。

6.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于，所述消泡剂为消泡剂BYK-052N。

7.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为苯胺甲基三乙氧基硅烷。

8.根据权利要求1～7任一所述的防水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S21、将环氧树脂E-20、聚氨酯分散剂、改性石墨烯混合均匀，得到第一混合物；

S22、将乙二醇、琥珀酸二辛酯磺酸钠、碳酸钙、凹凸棒土、二氧化硅、糠醛、邻苯二甲酸二丁酯、三乙烯四胺、三聚磷酸铝混合均匀，得到第二混合物；

S23、将第一混合物、第二混合物混合均匀，再加入消泡剂，搅拌均匀，即得防水涂料。