CN115010403A - 一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆及其制备工艺，属于地坪涂料技术领域。包括A、B、C和D四个组分，其中，A组分为高分子羟基供体，B组分为高分子异氰酸酯供体，C组分为填料，D组分为自磨色浆，上述四个组分的质量比为：1:(0.9‑1.3):(1.5‑4.6):(0‑0.1)。本发明提供一种机械性能极好，挥发性有机化合物含量(VOC)极低(＜2g/L)，耐强腐蚀介质，可在‑45℃至175℃的冷热循环中五次，且保持优良的使用性能，外观上具有传统彩砂地坪典雅装饰性的水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆。

Description

一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆及其制备工艺，属于地坪涂料技术领域。
背景技术
随着科技创新的理念深入人心，不单单是高等院校，更多的企业对科研的投入也越来越大，而无论是学校还是企业实验室，都需要结合教学或是办公场所具备一定的装饰性能，常用材料一般是瓷砖或是PVC预制卷材，但是许多理化实验室常常需要模拟复杂的实验条件，如耐化学介质，耐重载，耐高低温等，普通的装饰性地坪难堪重任，需要结合工业地坪的高性能；现代的食品、医药等传统制造业也正在逐步走向智能化，集成化，伴随着物联网的发展，出现了大批高端制造业，同样对工业地坪的装饰性也提出了更高的要求。
彩砂地坪涂料是通过一种过多种不同颜色的彩砂自由搭配，形成丰富多彩的装饰性色彩及图案，极具装饰性，但在一些特殊环境中，比如重载，高湿度，酸碱腐蚀介质侵蚀以及高温或低温等应用场景下，传统彩砂地坪在性能与装饰性上难以做到“鱼与熊掌得兼”。
因此，在商用及民用地坪领域需要一种机械性能优异，可以对抗严苛的使用环境，同时又具有较高装饰性的艺术类地坪。
CN211007506U公开了一种高耐磨性的环氧彩砂地坪，包括环氧彩砂地坪层、压砂地坪漆层、修补地坪漆层、彩砂树脂混合层、可载重地坪漆层和底漆层。其主材为传统环氧彩砂地坪材料，采用增加树脂彩砂混合层来增加环氧彩砂地坪面层与基层的粘接，保护环氧彩砂底部不受腐蚀性液体影响，从而增加使用寿命。该发明通过改进施工工艺使其使用寿命、抗重载性得到提升，但仍存在彩砂用量大，树脂含量低，机械强度低等缺点。
CN104745047B公开了一种自流平彩砂地坪材料，提供了该材料的制备方法:包括液体环氧树脂、活性剂、增韧剂、填充剂、树脂彩砂、消泡剂、分散剂、流平剂、防沉剂、流变改性剂、改性丝光沸石微粉、粘结剂、纤维素衍生物、含氮多元羧酸、双金属复合氧化物、二月桂酸二正辛基锡和复合助剂。该发明增加了有机树脂的用量，提升了彩砂地坪的使用性能，如强度、恢复率等性能指标，但是液态环氧树脂搭配胺类固化剂固化后在耐高温、高湿、腐蚀性介质等方面存在着劣势，在潮湿的基层上施工的环氧涂料往往会因季节变换，基层潮气向上扩散，导致其脱层，严重影响使用。
周盾白、蒋晨、李国荣在涂料技术与文摘发表的《聚氨酯彩砂地坪》一文中，陈述了聚氨酯彩砂地坪的制备方法及性能特点，比较了聚氨酯彩砂地坪和环氧彩砂地坪的性能差异，聚氨酯彩砂地坪结合了聚氨酯地坪以及彩砂地坪的优势，在装饰效果、机械性能、耐高低温、耐高湿以及耐腐蚀介质等方面有了提升。但是其在施工工艺上仍采用传统的压砂工艺，工序繁琐，树脂用量低，而且目前是以无溶剂聚氨酯为基料，在产品的生产及使用过程中需要严格注意原材料、基层及施工场所的含水量，含水量超标会引起材料发泡，强度急剧降低的危害。
CN107434381B公开了一种特种地坪涂料水性聚氨酯砂浆复合涂料及其制法，所述涂料是用三组分A、B和C混合形成的，其中，所述组分A包括多元醇乳液；所述组分B包括异氰酸酯类固化剂；所述组分C包括反应型填料。该发明所提供的涂料具有良好的耐温性能、优良的的机械性能、耐化学腐蚀性能。但是该发明并没有将工业地坪的实用性与艺术性结合起来，难以满足一些“颜值与实力”并存的应用。
综合以上，目前工业地坪与艺术装饰性地坪仍需要进一步整合，来满足愈来愈苛刻的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械性能极好，挥发性有机化合物含量(VOC)极低(＜2g/L)，耐强腐蚀介质，可在-45℃至175℃的冷热循环中五次，且保持优良的使用性能，外观上具有传统彩砂地坪典雅装饰性的水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆。
本发明的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆，其特殊之处在于包括A、B、C和D四个组分，其中，A组分为高分子羟基供体，B组分为高分子异氰酸酯供体，C组分为填料，D组分为自磨色浆，上述四个组分的质量比为：1:(0.9-1.3):(1.5-4.6):(0-0.1)；
优选的，所述A组分为聚氨酯多元醇乳液，固含为50％-80％，其羟值为70-90mgKOH/g；
所述B组分为聚合MDI，其异氰酸酯当量在100-150g/Eq；
所述C组分为自配填料，包含15-60份反应型填料；
所述D组分为自磨色浆，其中包含10-80份色粉。
优选的，所述A组分包括：生物基多元醇树脂、支链型多元醇树脂、小分子多元醇、反应型乳化剂、环保型增塑剂、消泡剂、去离子水，上述七种物质的质量比为：(20-40)：(0-20)：(0-8)：(0-1)：(10-40)：(0.5-5)：(20-40)；
优选的，所述生物基多元醇树脂为精炼蓖麻油、伊藤改性蓖麻油F-400、伊藤改性蓖麻油F-368、卡德莱NX-9201、上海精日化工A-30中的任意一种或多种混合；
所述支链型多元醇为巴斯夫
Figure BDA0003638622080000041
750、巴斯夫
Figure BDA0003638622080000042
1006中的任意一种或多种混合；
所述小分子多元醇为三甘醇、四甘醇中的任意一种或多种混合；
所述反应型乳化剂为宁远化工生产的牌号为1306L、1309L、CQ100s的反应型乳化剂中的任意一种或多种混合；
所述环保型增塑剂为埃里克森化工生产的TXIB；
所述消泡剂为迪高TEGO-900、毕克化学BYK-1794、毕克化学BYK-057中的任意一种或多种混合。
优选的，所述B组分为WANNATE PM-200、WANNATE PM-400、WANNATE MDI-50中的任意一种或多种混合；
优选的，所述C组分为白水泥、碱土金属氢氧化物、减水剂、覆膜砂、轻质彩砂，上述五者质量比为(100-130):(8-14):(0.1-2):(100-600)：(10-30)；
优选的，所述碱土金属氢氧化物为氢氧化钙，所述减水剂为市售常规聚羧酸减水剂；所述覆膜砂为市售常规产品，采用40-80目覆膜砂、80-120目覆膜砂、120-160目覆膜砂中的任意一种；所述轻质彩砂为密胺树脂彩砂，采用40-80目轻质彩砂、80-120目轻质彩砂中的任意一种，轻质采砂颜色有红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色；
优选的，所述D组分包括载体，分散剂，颜料，三者质量比为(10-60)：(0.1-5)：(35-89)；
优选的，所述载体为生物基多元醇树脂为精炼蓖麻油、伊藤改性蓖麻油F-400、伊藤改性蓖麻油F-368、卡德莱NX-9201中的任意一种或多种混合；
优选的，所述分散剂为毕克化学BYK-104s、毕克化学BYK-101、毕克化学BYK-2150中的任意一种或多种混合；
所述颜料为康诺思生产的Kronos 2310金红石型钛白粉。
一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆的制备工艺，其特殊之处在于包括以下步骤：
1、制备A组分
将一种或几种生物基多元醇树脂20-40份，支链型多元醇树脂0-20份，小分子多元醇0-8份，反应型乳化剂0-1份，环保型增塑剂10-40份，消泡剂0.5-5份放入容器内，高速分散10-15分钟，温度小于50℃，随后缓慢加入去离子水20-40份，中速分散5-10min即得A组分；
2、制备B组分
将WANNATE PM-200、WANNATE PM-400、WANNATE MDI-50中的任意一种或多种放入容器内，低速分散5-10分钟，即得B组分；
3、制备C组分
将白水泥、碱土金属氢氧化物、减水剂、覆膜砂、轻质彩砂投入干混设备中，中速搅拌10-15分钟，即得C组分；
4、制备D组分
先将生物基多元醇树脂10-60份，分散剂1-5份，一种或几种颜料35-89份放入容器内，高速分散10-15分钟，整个过程保持温度小于50℃，随后将预分散好的浆料投入循环砂磨机内，2800-3000转/分钟研磨50-60分钟，测试细度小于10微米即得D组分。
所述循环砂磨设备为MiniZeta 03E型循环砂磨机，ZrO2研磨珠粒径为0.8-1mm；
5、四种组分混合均匀
将A组分、B组分和D组分搅拌均匀，搅拌时间为20-50秒，再将C组分加入A、B、D组分混合物中搅拌均匀，搅拌时间为1-5分钟，上述四种组分的质量比为1:(0.9-1.3):(1.5-4.6):(0-0.1)；
优选的，所述A、B、C、D组分温度控制在10-30℃之间；
优选的，所述A组分、B组分和D组分搅拌时间细分为，物料温度在20-30℃时搅拌时间为20-30秒，物料温度在10-20℃时搅拌时间为30-50s；
优选的，所述C组分加入A、B、D组分混合物中后搅拌时间细分为：物料温度在30℃以上时，搅拌时间为1-1.5分钟；物料温度在15-30℃范围内时，搅拌时间为1.5-2分钟；物料温度在10-15℃范围内时，搅拌时间为2-3分钟；物料温度在10℃以下时，搅拌时间为3-5分钟。
本发明的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆是一款四组分的反应型地坪材料，成膜体系中既存在水泥的水化反应，又有热固性生物基高分子的化学交联作用，使其具有良好机械强度，同时配合少量的轻质彩砂以及专业的调色技术，使其具有典雅的外观效果，本发明的难点在于：
1、通过对A组分中材料的改性，缓解了由于C组分中碱性物质对异氰酸酯反应的催化效果而使操作期变短的问题，在25℃条件下创造了近38分钟的操作期，这为施工完成后轻质彩砂的上浮提供了较长的反应时间；
2、通过对B组分的共混改性，使四组分混合粘度降低，提高施工性，使彩砂更容易悬浮于漆膜表面；
3、调整C组分配方，通过大量试验，引入覆膜砂作为惰性填料，覆膜砂是表面经过改性的圆粒石英砂，其与本体系相容性好，在性能上及施工性上都有一定提高；引入轻质彩砂作为惰性填料，采用密胺类树脂砂，性能优异，耐腐蚀，同时密度小于体系密度，涂装成膜后可迁移至漆膜表面，形成一定的图案，也是本发明中即使轻质彩砂用量较少，却仍能达到在漆膜表面彩砂均匀分布的效果；
4、采用生物基多元醇树脂为载体，使色浆在体系中更稳定，避免了浮色发花等难题，通过研磨工艺，可降低色粉用量，达到较好的色彩效果。
通过上述四组分制备及共混过程即得水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆涂层，组分中轻质彩砂在30分钟内上浮，使漆膜在不影响性能的前提下，达到彩砂地坪的样式。该涂料有一下特点：
1、色彩丰富，质感丰满，富有现代装饰风格；
2、整体无缝，可根据需要设计彩砂图案，高雅豪华；
3、耐磨，抗划伤，抗重载，耐冲击，耐高低温(-40℃-175℃)，耐化学介质；
4、安全环保，使用寿命与基材同寿。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，下述实施例不用于限制本发明，仅用于说明本发明。
实施例1
本实施例以下提到的A组分(B、C和D组分)均为水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆-A组分(B、C和D组分)的简称。
本实施例的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆包括以下配方：
表1试验配方及工艺
Figure BDA0003638622080000081
Figure BDA0003638622080000091
表中色浆配方如表2所示：
表2色浆配方
原料 份数
蓖麻油 20.6
104s 0.2
101 0.2
色粉 79
由表1数据可知四种生物质多元醇树脂基本性能满足要求，A-30搭配蓖麻油与PM-200反应，前期固化速度较慢，后期交联速度快，适合本发明体系。
实施例2
本实施例与实施例1的配方区别参见表3，色浆配方同实施例1中的表2；
表3试验配方及工艺
Figure BDA0003638622080000092
Figure BDA0003638622080000101
支链型多元醇树脂提供了优异的韧性，由表3数据可知在与生物基多元醇树脂蓖麻油和A-30搭配与PM-200反应满足需求基本性能要求，
Figure BDA0003638622080000103
750对前期固化速度较慢，后期交联速度快，适合本发明体系。
实施例3
本实施例与实施例1配方的区别参见表4，色浆配方同实施例1中的表2；
表4实验配方及工艺
Figure BDA0003638622080000102
Figure BDA0003638622080000111
由表4数据可知支链型多元醇树脂与生物基多元醇树脂蓖麻油和A-30搭配与上述异氰酸酯反应均满足需求基本性能要求，通过PM-200和MDI-50的共混改性使四组分混合后的操作期延长至38分钟，且抗压强度略有提高，更加适和本体系。
实施例4
对实施例3中试验3进行性能全项测试：
表5性能测试结果
Figure BDA0003638622080000112
Figure BDA0003638622080000121
本发明的水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆针对于目前产品的优势在于：
1、通过对产品参数的优化，使轻质彩砂可以在完美应用于水性聚氨酯砂浆体系中，引领其到艺术地坪的行列中。
2、通过对四组分的改性，使得本产品具有较长的操作期，降低了施工难度。
3、产品耐高低温性良好，最低耐受温度为-40℃，最高耐受温度为175℃。
4、产品具有优异的耐腐蚀性。
5、产品具有优异的机械性能。
6、产品具有极低的VOC释放量，低于2g/L。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆，其特征在于包括A、B、C和D四个组分，其中，A组分为高分子羟基供体，B组分为高分子异氰酸酯供体，C组分为填料，D组分为自磨色浆，上述四个组分的质量比为：1:(0.9-1.3):(1.5-4.6):(0-0.1)。
2.按照权利要求1所述的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆，其特征在于：
所述A组分为聚氨酯多元醇乳液，固含为50％-80％，其羟值为70-90mgKOH/g；
所述B组分为聚合MDI，其异氰酸酯当量在100-150g/Eq；
所述C组分为自配填料，包含15-60份反应型填料；
所述D组分为自磨色浆，其中包含10-80份色粉。
3.按照权利要求1或2所述的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆，其特征在于：
所述A组分包括：生物基多元醇树脂、支链型多元醇树脂、小分子多元醇、反应型乳化剂、环保型增塑剂、消泡剂、去离子水，上述七种物质的质量比为：(20-40)：(0-20)：(0-8)：(0-1)：(10-40)：(0.5-5)：(20-40)。
4.按照权利要求3所述的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆，其特征在于：
所述生物基多元醇树脂为精炼蓖麻油、伊藤改性蓖麻油F-400、伊藤改性蓖麻油F-368、卡德莱NX-9201、上海精日化工A-30中的任意一种或多种混合；
所述支链型多元醇为巴斯夫
Figure FDA0003638622070000021
750、巴斯夫
Figure FDA0003638622070000022
1006中的任意一种或多种混合；
所述小分子多元醇为三甘醇、四甘醇中的任意一种或多种混合；
所述反应型乳化剂为宁远化工生产的牌号为1306L、1309L、CQ100s的反应型乳化剂中的任意一种或多种混合；
所述环保型增塑剂为埃里克森化工生产的TXIB；
所述消泡剂为迪高TEGO-900、毕克化学BYK-1794、毕克化学BYK-057中的任意一种或多种混合。
5.按照权利要求1或2所述的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆，其特征在于：
所述B组分为WANNATE PM-200、WANNATE PM-400、WANNATE MDI-50中的任意一种或多种混合；
所述C组分为白水泥、碱土金属氢氧化物、减水剂、覆膜砂、轻质彩砂，上述五者质量比为(100-130):(8-14):(0.1-2):(100-600)：(10-30)；
所述D组分包括载体，分散剂，颜料，三者质量比为(10-60)：(0.1-5)：(35-89)。
6.按照权利要求5所述的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆，其特征在于：
所述碱土金属氢氧化物为氢氧化钙；
所述减水剂为市售常规聚羧酸减水剂；
所述覆膜砂为市售常规产品，采用40-80目覆膜砂、80-120目覆膜砂、120-160目覆膜砂中的任意一种；
所述轻质彩砂为密胺树脂彩砂，采用40-80目轻质彩砂、80-120目轻质彩砂中的任意一种，轻质采砂颜色有红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫七种颜色。
7.按照权利要求5所述的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆，其特征在于：
所述载体为生物基多元醇树脂为精炼蓖麻油、伊藤改性蓖麻油F-400、伊藤改性蓖麻油F-368、卡德莱NX-9201中的任意一种或多种混合；
所述分散剂为毕克化学BYK-104s、毕克化学BYK-101、毕克化学BYK-2150中的任意一种或多种混合；
所述颜料为康诺思生产的Kronos 2310金红石型钛白粉。
8.一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
1)制备A组分
将一种或几种生物基多元醇树脂20-40份，支链型多元醇树脂0-20份，小分子多元醇0-8份，反应型乳化剂0-1份，环保型增塑剂10-40份，消泡剂0.5-5份放入容器内，高速分散10-15分钟，温度小于50℃，随后缓慢加入去离子水20-40份，中速分散5-10min即得A组分；
2)制备B组分
将WANNATE PM-200、WANNATE PM-400、WANNATE MDI-50中的任意一种或多种放入容器内，低速分散5-10分钟，即得B组分；
3)制备C组分
将白水泥100-130份、碱土金属氢氧化物8-14份、减水剂0.1-2份、覆膜砂100-600份、轻质彩砂10-30份投入干混设备中，中速搅拌10-15分钟，即得C组分；
4)制备D组分
先将生物基多元醇树脂10-60份，分散剂1-5份，一种或几种颜料35-89份放入容器内，高速分散10-15分钟，整个过程保持温度小于50℃，随后将预分散好的浆料投入循环砂磨机内，2800-3000转/分钟研磨50-60分钟，测试细度小于10微米即得D组分；
5)四种组分混合均匀
将A组分、B组分和D组分搅拌均匀，搅拌时间为20-50秒，再将C组分加入A、B、D组分混合物中搅拌均匀，搅拌时间为1-5分钟，上述四种组分的质量比为1:(0.9-1.3):(1.5-4.6):(0-0.1)。
9.按照权利要求8所述的一种水性聚氨酯浮动彩砂自流平砂浆的制备工艺，其特征在于步骤5)中
所述A、B、C、D组分温度控制在10-30℃之间；
所述A组分、B组分和D组分搅拌时间细分为，物料温度在20-30℃时搅拌时间为20-30秒，物料温度在10-20℃时搅拌时间为30-50s；
所述C组分加入A、B、D组分混合物中后搅拌时间细分为：物料温度在30℃以上时，搅拌时间为1-1.5分钟；物料温度在15-30℃范围内时，搅拌时间为1.5-2分钟；物料温度在10-15℃范围内时，搅拌时间为2-3分钟；物料温度在10℃以下时，搅拌时间为3-5分钟。
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