CN115260228A - 含硅化合物及其制备方法、单组份聚氨酯防水涂料及其制备方法 - Google Patents
含硅化合物及其制备方法、单组份聚氨酯防水涂料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种含硅化合物及其制备方法、单组份聚氨酯防水涂料及其制备方法,含硅化合物具有式(1)所示的结构。用于单组份聚氨酯防水涂料时,用含硅化合物进行封端反应,可以合成具有环氧基、羟基、硅氧烷等结构的预聚体,该预聚体分子量大,内聚力强,增加了单组份聚氨酯防水涂料的粘接附着力,大大增强了粘接附着力。
Description
技术领域
本申请属于防水涂料技术领域,具体涉及一种含硅化合物及其制备方法、单组份聚氨酯防水涂料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯防水涂料是聚氨酯合成材料重要应用领域。聚氨酯涂料涂膜具有弹性且延伸性好,粘结性好,体积收缩小,涂膜防水层无接缝,对基层裂缝伸缩性的变形有较强的适应性等特点,并且施工维修时方便,可用于建筑物不同部位的防水堵漏,成为建筑防水的主要材料之一。单组分聚氨酯防水涂料在施工时不存在计量误差,对施工操作人员的素质要求不高,粘度较低,施工容易,同时使用期长、性能稳定、使用方便、适用面广,因此,单组份聚氨酯防水涂料已经成为聚氨酯防水涂料的发展方向。
现有硅烷封端剂在封端聚氨酯材料时,尤其是单组份聚氨酯防水涂料的制备过程中起到重要的作用,为使硅烷封端的聚氨酯材料的应用更加的简便和广泛,选择价格适中且封端效果很好的硅烷封端剂非常关键。现有伯胺基硅烷或者巯基硅烷可以对端异氰酸酯基聚氨酯预聚物进行封端改性,然而这种封端剂无法改善聚氨酯的粘结性和耐浸水性。
发明内容
鉴于此,本申请提供一种含硅化合物及其制备方法、单组份聚氨酯防水涂料及其制备方法,旨在解决单组份聚氨酯防水涂料的粘结性和耐浸水性不能满足使用要求的问题。
第一方面,本申请实施例提供了一种含硅化合物,
具有式(1)所示的结构,
式(1)中,
R1选自C1~C5亚烷基,
R2和R3分别独立地选自C1~C3烷基,
R4选自C3~C18烷基,
R5每次出现时选自式(2)所示的结构或氢,且至少有一个R5为式(2)所示的结构,
式(2)中R1、R2和R3如上所定义,
R6每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基,
R7每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基;
其中,n为1~25的整数;X为1~3的整数,m1选自0~2的整数,m选自1~3的整数,且m+m1=3。
根据本申请一个方面的实施例,1≤m1≤2,1≤m≤2,且m+m1=3。
根据本申请一个方面的实施例,R4选自C5~C8烷基;和/或,
R6每次出现时独立选自C1-C4的烷基;和/或,
R7每次出现时独立选自氢、C1-C4的烷基;和/或,
n为1~8的整数。
第二方面,本申请实施例提供了第一方面所述的含硅化合物的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(a)使溶于有机溶剂的如式(3)所示的双酚A型环氧树脂与
(b)使式(4)所示的结构与式(5)所示的异氰酸酯基硅氧烷发生反应,以得到式(6)所示的结构;
(c)使式(6)所示的结构与式(7)所示的有机酸在催化剂的作用下发生反应,以得到如式(1)所示的含硅化合物,
R4COOH (7)
在上述式(1)、(3)~(7)中,
R1选自C1~C5亚烷基,
R2和R3分别独立地选自C1~C3烷基,
R4选自C3~C18烷基,
R5每次出现时选自式(2)所示的结构或氢,且至少有一个R5为式(2)所示的结构,
式(2)中R1、R2和R3如上所定义,
R6每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基,
R7每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基;
R9每次出现时为式(8)所示的结构;
其中,n为1~25的整数,X为1~3的整数,m1选自0~2的整数,m选自1~3的整数,且m+m1=3。
根据本申请一个方面的实施例,所述有机溶剂选自正丁醇、乙二醇丁醚;和/或,
所述自由基引发剂选自过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈;和/或
所述催化剂选自叔胺催化剂、膦催化剂;和/或
和甲基丙烯酸羟乙酯的摩尔比=1:1~5:1~5;和/或,
所述有机溶剂的质量为参与步骤(a)中的反应物质总质量的10%~15%;和/或,
所述自由基引发剂为参与步骤(a)中的参加反应物质总质量的0.3%~0.5%;和/或,
步骤(a)中的发生反应的温度为90-95℃,发生反应的时间为6-7h;和/或,
步骤(b)中式(3)所示的结构与式(4)所示的异氰酸酯基硅氧烷的摩尔比为1:2~4.05;和/或,
步骤(b)中的发生反应的温度为75-85℃;和/或,
所述催化剂为参与步骤(c)中的参加反应物质总质量的0.03% ~ 0.05%;和/或,
步骤(c)中的发生反应的温度为110-120℃,发生反应的时间为4-5h。
第三方面,本申请实施例提供了一种单组分聚氨酯防水涂料,所述防水涂料包括聚氨酯成膜树脂、填料和添加剂,
其中,所述聚氨酯成膜树脂包括由端羟基聚丁二烯丙烯腈、聚醚多元醇、二异氰酸酯、有机硅二元醇、和第一方面所述含硅化合物进行封端反应得到。
根据本申请一个方面的实施例,所述防水涂料包括以重量份数计的如下原料组分:
端羟基聚丁二烯丙烯腈,100份;
聚醚多元醇,32~82份;
二异氰酸酯,42~100份;
有机硅二元醇,14~63份;
硅烷改性环氧封端剂,35~113份;
填料,89~263份;
氨基甲酸酯化反应催化剂,0.7~3.5份;
增塑剂,35~75份。
根据本申请一个方面的实施例,所述端羟基聚丁二烯丙烯腈的数均分子量≥2500,其羟值为0.55-0.7mmol/g;和/或,
所述聚醚多元醇选自聚醚二元醇、聚醚三元醇中的一种或几种,优选的,所述聚醚多元醇选自数均分子量为1000~4000的聚醚二元醇、数均分子量为2000~5000的聚醚三元醇中的一种或几种,更优选的,所述聚醚多元醇选自聚醚330N、聚醚MN1000、聚乙二醇及聚四氢呋喃二醇中的一种或几种;和/或,
所述二异氰酸酯选自芳香族二异氰酸酯或脂肪族二异氰酸酯中的一种或几种,优选的,所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯及四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种;和/或,
所述有机硅二元醇选自如以下式(9)所示的结构,所述有机硅二元醇的数均分子量为1000~4000,
在式(9)中,R8选自C1~C25烷基,a选自8~50的整数,a优选为8~12。
第四方面,本申请实施例提供了第三方面所述的单组分聚氨酯防水涂料的制备方法,包括:
将端羟基聚丁二烯丙烯腈、有机硅二元醇、聚醚多元醇、增塑剂和填料混合,以得到第一浆料;
使得所述第一浆料和二异氰酸酯在有机溶剂中在氨基甲酸酯化反应催化剂的存在下,在第一预设温度下反应第一预设时间,以得到聚氨酯预聚物;
向所述聚氨酯预聚物中加入第一方面所述的含硅化合物,并在氨基甲酸酯化反应催化剂的存在下在第二预设温度下反应第二预设时间,以得到所述单组分聚氨酯防水涂料。
与现有技术相比,本申请至少具有以下有益效果:
本申请提供的含硅化合物,具有环氧基、羟基、丙烯酸/酯基团、硅氧烷等官能团结构,可以用作聚氨酯预聚体的扩链剂/封端剂,该硅化合物分子量较大,当对聚氨酯预聚体进行扩链/封端时,可以较快速度生成较大分子量的聚氨酯树脂,即可以较快速度增强聚氨酯树脂的内聚强度和粘接强度,从而能够提高所得聚氨酯树脂作为防水涂料成膜树脂的性能;含硅化合物水解时释放出高活性的端羟基,端羟基自身能缩合反应形成三维网状弹性体,使所得聚氨酯树脂具有高弹性、低温柔韧性、耐老化性,耐腐蚀性;此外,含硅化合物中的硅氧烷、烃基等具有疏水性的基团,使合成的预聚体具有疏水性,用于单组份聚氨酯防水涂料时,提高了其耐浸水性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的单组分聚氨酯防水涂料的制备方法。
具体实施方式
为了使本申请的申请目的、技术方案和有益技术效果更加清晰,以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是,本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请,并非为了限定本申请。
为了简便,本申请仅明确地公开了一些数值范围。然而,任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围;以及任意下限可以与其他下限组合形成未明确记载的范围,同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外,尽管未明确记载,但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而,每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其他点或单个数值组合或与其他下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有说明,“以上”、“以下”为包含本数,“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及其两种以上。
本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处,通过一系列实施例提供了指导,这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中,列举仅作为代表性组,不应解释为穷举。
在本说明书的各处,化合物的取代基以组或范围公开。明确地预期这种描述包括这些组合范围的成员的每一个单独的子组合。例如,明确地预期术语“C1~C5烷基”单独地公开C1、C2、C3、C4、C5、C1~C5、C1~C4、C1~C3、C1~C2、C2~C5、C2~C4、C2~C3、C3~C5、C3~C4、C4~C5的烷基。
现有的聚氨酯防水涂料采用异氰酸酯交联固化体系,导致施工后易受施工环境的影响而导致涂膜出现针孔、起泡等问题,涂膜后在浸水情况下容易出现起鼓、蹿水等现象,另一部分采用常规的酮亚胺/醛亚胺潜固化剂,能够解决干基面及常温常湿度下的气泡问题,但是涂膜在浸水条件下容易吸水膨胀,不能在潮湿基面上直接施工,且浸水条件下涂膜吸水膨胀容易引起涂膜缓慢水解或者降解。在长期浸水条件下,聚氨酯防水涂料形成的涂膜由于吸水膨胀导致的涂膜起鼓,破裂、剥离等粘接不良的情况,最终导致防水性能失效,不能满足地下高温、高湿或者长期浸水环境条件下的使用要求。
基于此,发明人进行了大量的研究,解决了现有酮亚胺/醛亚胺潜固化剂浅固化带来的问题,发现可以通过使用大分子量的可以用于进行封端反应的化合物,在进行氨基甲酸酯化反应,使反应可以迅速发生,合成大分子量的预聚体,使单组份聚氨酯防水涂料具有优异的粘结性。
含硅化合物
本申请实施例第一方面提供了一种含硅化合物,
具有式(1)所示的结构,
式(1)中,
R1选自C1~C5亚烷基,
R2和R3分别独立地选自C1~C3烷基,
R4选自C3~C18烷基,
R5每次出现时选自式(2)所示的结构或氢,且至少有一个R5为式(2)所示的结构,
式(2)中R1、R2和R3如上所定义,
R6每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基,
R7每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基;
其中,n为1~25的整数;X为1~3的整数,m1选自0~2的整数,m选自1~3的整数,且m+m1=3。
根据本申请的实施例,含硅化合物含有环氧基、羟基、丙烯酸/酯基团、硅氧烷等官能团结构,可以用作聚氨酯预聚体的扩链剂/封端剂。根据本申请实施例的含硅化合物分子量较大,当对聚氨酯预聚物进行扩链/封端时,可以较快速度生成较大分子量的交联聚氨酯树脂,即可以较快速度增强聚氨酯树脂的内聚强度和粘接强度,从而能够提高所得聚氨酯树脂作为防水涂料成膜树脂的性能;上述含硅化合物水解时释放出高活性的端羟基,该端羟基可以缩合反应形成三维网状弹性体,使所得聚氨酯树脂具有高弹性、低温柔韧性、耐老化性,耐腐蚀性,可以改善单组份聚氨酯防水涂料的粘结性,同时交联固化过程中不释放二氧化碳气体,固化后形成密实、无气孔的涂层,解决了现有技术的潜固化带来的易起气泡问题。
根据本申请实施例,通过引入有机硅二元醇和硅氧烷,使含硅化合物具有氢羟基和具有活性的硅氧烷这类官能团,降低了含硅化合物的表面能,低表面能提升了产品的疏水性和抗溶胀性,提高了疏水性,增强了对水的抗溶胀性,避免单组份聚氨酯防水涂料形成的涂膜在使用过程中由于吸水膨胀而引起的涂膜水解或者降解问题;另外,含硅化合物具有烃基、硅氧烷等这类疏水性基团提高了耐浸水性。
在一些实施例中,含硅化合物的数均分子量为1006~2520。
根据本申请实施例,含硅化合物的数均分子量在上述范围内,具有非常大的分子量,进行氨基甲酸酯化反应合成预聚体时,使反应可以迅速发生,合成大分子量的预聚体,提高单组份聚氨酯防水涂料的粘结性。当含硅化合物用于单组分聚氨酯防水涂料时,具有多个活性基团,有利于提升单组分聚氨酯防水涂料与基材表面的基团发生反应,提升防水涂料的粘结性能。
在一些实施例中,含硅化合物的粘度为25000~70000mPa.S。
根据本申请实施例,含硅化合物的粘度在上述范围内,含硅化合物用于单组分聚氨酯防水涂料时,有利于充分与异氰酸酯官能团接触,并与其发生反应,使反应更充分和更迅速。
在一些实施例中,1≤m1≤2,1≤m≤2,且m+m1=3。
在一些实施例中,m1为0,1,2。优选的,m1为1或2。
在一些实施例中,m为1,2或3。优选的,m为1或2。
在一些实施例中,m1=0,m=3。
在一些实施例中,m1=1,m=2。
在一些实施例中,m1=2,m1=1。
在一些实施例中,R4选自C5~C8烷基。
在一些实施例中,R6每次出现时独立选自C1-C4的烷基。
在一些实施例中,R7每次出现时独立选自氢、C1-C4的烷基。
在一些实施例中,n为1~8的整数。
第二方面,本申请实施例提供了第一方面所述的含硅化合物的制备方法,所述方法包括以下步骤:
(a) 使溶于有机溶剂的如式(3)所示的双酚A型环氧树脂与
使式(4)所示的结构与式(5)所示的异氰酸酯基硅氧烷发生反应,以得到式(6)所示的结构;
(c)使式(6)所示的结构与式(7)所示的有机酸在催化剂的作用下发生反应,以得到如式(1)所示的含硅化合物,
R4COOH (7)
在上述式(1)、(3)~(7)中,
R1选自C1~C5亚烷基,
R2和R3分别独立地选自C1~C3烷基,
R4选自C3~C18烷基,
R5每次出现时选自式(2)所示的结构和氢,且至少有一个R5为式(2)所示的结构,
式(2)中R1、R2和R3如上所定义,
R6每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基,
R7每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基;
R9每次出现时为式(8)所示的结构;
其中,n为1~25的整数,X为1~3的整数,m1选自0~2的整数,m选自1~3的整数,且m+m1=3。
在一些实施例中,步骤(a)中,双酚A型环氧树脂为E44、E54、E51、E44、E42、E21和E20中至少一个。
在一些实施例中,所述有机溶剂选自正丁醇、乙二醇丁醚。
在一些实施例中,所述自由基引发剂选自过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈。
在一些实施例中,所述催化剂选自叔胺催化剂、膦催化剂。
选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸或其组合。
在一些实施例中,步骤(a)中的式(2)所示的双酚A型环氧树脂与
在一些实施例中,所述有机溶剂的质量为参与步骤(a)中的反应物质总质量的10%~15%。
在一些实施例中,所述自由基引发剂为参与步骤(a)中的参加反应物质总质量的0.3%~0.5%。
在一些实施例中,步骤(a)中的发生反应的温度为90-95℃,发生反应的时间为6-7h。
在一些实施例中,步骤(b)中式(3)所示的结构与式(4)所示的异氰酸酯基硅氧烷的摩尔比为1:2~4.05。
在一些实施例中,步骤(b)中的发生反应的温度为75-85℃。
在一些实施例中,所述催化剂为参与步骤(c)中的参加反应物质总质量的0.03% ~0.05%。
在一些实施例中,步骤(c)中的发生反应的温度为110-120℃,发生反应的时间为4-5h。
在一些实施例中,步骤(a)的反应具体可以包括如下步骤:
使溶于第一有机溶剂的式(3)所示的双酚A型环氧树脂保持在温度80-90℃下,优选为85℃;
将甲基丙烯酸和甲基丙烯酸羟乙酯以预定速度滴加于所述双酚A型环氧树脂中,优选的,式(2)所示的双酚A型环氧树脂与甲基丙烯酸和甲基丙烯酸羟乙酯的摩尔比=1:1~5:1~5;
在温度为90-95℃条件下,并在自由基引发剂的作用下,进行恒温反应6-7h,然后抽真空进行减压蒸馏0.5-1h,去除第一有机溶剂,以得到式(4)所示的结构,优选的,第一催化剂为参与步骤(a)中的参加反应物质总质量的0.3%~0.5%。
在一些实施例中,步骤(b)的反应具体可以包括如下步骤:
使式(4)所示的结构与式(5)所示的异氰酸酯基硅氧烷混合, 优选为按摩尔比为1:2~4.05进行混合,进行搅拌并升温至75~85℃进行反应,以得到式(6)所示的结构。
在一些实施例中,步骤(c)的反应具体可以包括如下步骤:
将式(6)所示的结构与式(7)所示的有机酸在第二催化剂的作用下发生反应,以得到下述式(1)所示的结构,优选的,式(6)所示的结构与式(7)所示的有机酸的摩尔比为1:1,优选的,第二催化剂为步骤(c)中参加反应物质总质量的0.03%~0.05%;
将式(6)所示的结构与式(7)所示的有机酸、第二催化剂混合,升温至110-120℃后,优选的,油浴中升温;进行保温4-5h,以使上述物质发生反应,优选的,可以进行搅拌使其反应,以得到式(1)所示的结构,即开环带有活性硅氧烷的改性环氧树脂,即本申请实施例的改性硅烷封端剂。
在一些实施例中,步骤(c)中的有机酸包括但不限于羧酸、磺酸、亚磺酸及硫羧酸等。优选的,有机酸选用正丁酸、正壬酸、正辛酸、月桂酸、硬脂酸、油酸中的一种或几种。
根据本申请实施例,制备方法可根据本领域已知的任何适宜方法来监控。例如,产物生成可通过光谱手段如核磁共振波谱法(NMR,例如1H 或13C)、红外光谱法(IR)、分光光度法(例如UV可见的)、质谱法 (MS)或通过色谱法如高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱法(GC)、凝胶渗透色谱法(GPC)或薄层色谱法(TLC)来监控。
第三方面,本申请实施例提供了一种单组分聚氨酯防水涂料,所述防水涂料包括聚氨酯成膜树脂、填料和添加剂,
其中,所述聚氨酯成膜树脂包括由端羟基聚丁二烯丙烯腈、聚醚多元醇、二异氰酸酯、有机硅二元醇、和第一方面所述含硅化合物进行封端反应得到。
在本申请实施例的防水涂料中,具有环氧基、羟基、丙烯酸/酯基团、硅氧烷等官能团结构的含硅化合物被用作聚氨酯预聚体的扩链剂/封端剂。该硅化合物分子量较大,当对聚氨酯预聚体进行扩链/封端时,可以较快速度生成较大分子量的聚氨酯树脂,即可以较快速度增强聚氨酯树脂的内聚强度和粘接强度,并且所得聚氨酯树脂具有一定的交联度,从而能够提高所得聚氨酯树脂作为防水涂料成膜树脂的性能。同时,含硅化合物水解时释放出高活性的端羟基,端羟基自身能缩合反应形成三维网状弹性体,使所得聚氨酯树脂具有高弹性、低温柔韧性、耐老化性,耐腐蚀性,可以改善单组份聚氨酯防水涂料的粘结性,同时交联固化过程中不释放二氧化碳气体,固化后形成密实、无气孔的涂层,解决了现有技术的潜固化带来的易起气泡问题。此外,含硅化合物中的硅氧烷、烃基等具有疏水性的基团,使合成的预聚体具有疏水性,用于单组份聚氨酯防水涂料时,提高了其耐浸水性。
根据本申请的实施例,通过引入上述含硅化合物,得到的聚氨酯成膜树脂具有环氧基、烷氧基、羟基、腈基、硅氧烷和丙烯酸片段,增加了产品粘接附着力。端基硅氧烷水解释放出高活性的端羟基,端羟基自身能缩合反应形成三维网状弹性体,此外,端羟基也能与基材表面的基团发生水解缩聚反应,由此能够进一步改善防水涂料的粘结性能。另外,聚氨酯成膜树脂中引入了有机硅二元醇和含硅化合物(即,硅氧烷改性的环氧树脂),降低了产品低表面能,赋予产品一定的疏水性,提高了产品对水的抗溶胀性,避免涂膜在使用过程中由于吸水膨胀而引起的涂膜水解或者降解问题,最终导致的防水性能逐渐失效。
综上所述,本申请实施例中的含硅化合物可以作为“分子桥”连接防水涂膜与混凝土基材,一方面提高了防水涂料形成的防水涂膜的粘结强度,另一方面使防水涂膜与混凝土基材通过共价键连接,这样即使长期浸水后共价键也不易受水分子影响被破坏,在长期浸水后仍具有高粘结强度保持率。
因此,本申请实施例中的含硅化合物能够从分子结构或分子量上提高单组分聚氨酯防水涂料形成的防水涂膜的粘结强度,从其硅氧烷等疏水官能团实现长期浸水性,可以有效避免涂膜在使用过程中水解或降解,具有优异的耐水性能,能够满足地下高湿或者浸水环境的使用需求。
在一些实施例中,所述防水涂料包括以重量份数计的如下原料组分:
端羟基聚丁二烯丙烯腈,100份;
聚醚多元醇,32~82份;
二异氰酸酯,42~100份;
有机硅二元醇,14~63份;
第一方面所述含硅化合物,35~113份;
填料,89~263份;
氨基甲酸酯化反应催化剂,0.7~3.5份;
增塑剂,35~75份。
根据本申请的实施例,由端羟基聚丁二烯丙烯腈、聚醚多元醇、有机硅二元醇、二异氰酸酯进行氨基甲酸酯化反应,合成的聚氨酯成膜树脂,具有游离的或未反应的异氰酸酯官能团,能与含硅化合物进行封端反应,该反应是在整个体系中较容易发生,且发生迅速;可以合成分子量较大的聚氨酯成膜树脂。
在一些实施例中,所述端羟基聚丁二烯丙烯腈的数均分子量≥2500,其羟值为0.55-0.7mmol/g。
在一些实施例中,所述聚醚多元醇选自聚醚二元醇、聚醚三元醇中的一种或几种,优选的,所述聚醚多元醇选自数均分子量为1000~4000的聚醚二元醇、数均分子量为2000~5000的聚醚三元醇中的一种或几种,更优选的,所述聚醚多元醇选自聚醚330N、聚醚MN1000、聚乙二醇及聚四氢呋喃二醇中的一种或几种。
在一些实施例中,所述二异氰酸酯选自芳香族二异氰酸酯或脂肪族二异氰酸酯中的一种或几种,优选的,所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯及四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。
在一些实施例中,所述有机硅二元醇选自如以下式(9)所示的结构,所述有机硅二元醇的数均分子量为1000~4000,
在式(9)中,R8选自C1~C25烷基,a选自8~50的整数,a优选为8~12。
作为具体的示例,有机硅双端二元醇可选用Tech-2110,分子量1000;Tech-2120,分子量2000;Tech-2140,分子量4000这些种类。
在一些实施例中,增塑剂的种类没有特别的限制,可根据实际需求进行选择。作为示例,增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异壬酯、磷酸三辛酯、柠檬酸酯及氯化石蜡中的一种或几种;和/或
在一些实施例中,填料的种类没有特别的限制,可根据实际需求进行选择。作为示例,所述填料选自炭黑、钛白粉、高岭土、气相二氧化硅、重钙、硫酸钡、硅微粉及滑石粉中的一种或几种。
在一些实施例中,所述氨基甲酸酯化反应催化剂选自有机金属催化剂或叔胺类催化剂中的一种或几种,优选的,所述有机金属催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡及异辛酸铅中的一种或几种,所述叔胺类催化剂选自脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类及醇胺类中的一种或几种。
第四方面,本申请实施例提供了第三方面所述的单组分聚氨酯防水涂料的制备方法,如图1所示,包括:
S100. 将端羟基聚丁二烯丙烯腈、有机硅二元醇、聚醚多元醇、增塑剂和填料混合,以得到第一浆料;
S200. 使得所述第一浆料和二异氰酸酯在有机溶剂中在氨基甲酸酯化反应催化剂的存在下,在第一预设温度下反应第一预设时间,以得到聚氨酯预聚物;
S300. 向所述聚氨酯预聚物中加入所述含硅化合物并在氨基甲酸酯化反应催化剂存在的条件下,在第二预设温度下反应第二预设时间,以得到所述单组分聚氨酯防水涂料。
在一些实施例中,所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯、四甲苯、三甲苯、溶剂油、乙酸乙酯、乙酸丁酯及丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种。
在一些实施例中,用于制备第三方面所述的单组分聚氨酯防水涂料的制备方法,包括:
将100重量份的端羟基聚丁二烯丙烯腈、14~63重量份有机硅二元醇、32~82重量份聚醚多元醇、35~75重量份增塑剂和89~263重量份填料混合,以得到第一浆料;
使所述第一浆料和42~100重量份二异氰酸酯,在有机溶剂中氨基甲酸酯化反应催化剂催化的条件下,在第一预设温度下反应第一预设时间,以得到聚氨酯预聚物;
向所述聚氨酯预聚物中加入35~113重量份所述含硅化合物在氨基甲酸酯化反应催化剂催化的条件下,在第二预设温度下反应第二预设时间,以得到所述单组分聚氨酯防水涂料。
在一些实施例中,步骤S100和步骤S200之间,还包括:对第一浆料进行搅拌,升温至100~110℃,在真空度为-0.08~-0.1MPa的条件下,脱水2~3小时。
在一些实施例中,步骤S200中,在降温的条件下,加入第二有机溶剂、二异氰酸酯及部分第三催化剂;优选的,降温至70~80℃。
在一些实施例中,步骤S200中,部分氨基甲酸酯化反应催化剂为第三催化剂总质量的1/4~1/2。优选地,氨基甲酸酯化反应催化剂加入量为配方量的1/3。
在一些实施例中,步骤S200中,控制二异氰酸酯滴加速度为1~2重量份/s。
在一些实施例中,步骤S200中,第一预设温度为75~85℃。
在一些实施例中,步骤S200中,第一预设时间为3~4小时。
在一些实施例中,步骤S300中,保温75~85℃,加入硅烷改性环氧封端剂,继续搅拌反应2~3小时。
在一些实施例中,步骤S300中,第二预设温度为50~60℃。
在一些实施例中,步骤S300中,第二预设时间为0.5~1小时。
在一些实施例中,单组分聚氨酯防水涂料在50℃以下的温度和在保护气体中保存,优选的,保护气体为氮气。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容,这些实施例仅仅用于阐述性说明,因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明,以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计,而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得,并且可直接使用而无需进一步处理,以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
以下实施例所用的原料来源可以如下:
端羟基聚丁二烯丙烯腈:山东淄博齐龙化工有限公司 IV型,其分子量 ≥2500,羟值 0.55-0.7mmol/g。
聚醚多元醇:蓝星东大EP330N(官能度3,分子量5000),MN1000(官能度3,分子量1000),购自江西东大化工有限公司。
有机硅二元醇选用上海泰格tech-2120或tech-2140。
其他未特别说明的原料均为普通市售产品。
实施例1
硅烷改性环氧封端剂,按如下方法制备得到:
步骤一:将计算量的已干燥的双酚A型环氧树脂E44投入反应器中,加入正丁醇和乙二醇丁醚的混合溶剂,开动搅拌至环氧树脂完全溶解,控制料温为85℃;然后往反应器中滴加计算量的甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HPMA)和过氧化苯甲酰,控制一定的滴加反应速度,继续升温搅拌反应,温度控制为90-95℃,恒温反应6-7h,然后抽真空,减压蒸馏0.5-1h。双酚A型环氧树脂E44:MAA:HPMA摩尔比=1:5:5,正丁醇和乙二醇丁醚的混合溶剂用量为该反应总质量的12%,过氧化苯甲醛为该反应总质量的0.5%。该反应的合成路线反应方式如下:
+ MAA、HPMA →
反应式1
反应式1中n为1~25的整数,X为1~3的整数。
步骤二、将步骤一所得的产物与异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷按摩尔比为1:4.05混均匀,搅拌升温至75~85℃进行反应,生成式2所示的反应物,反应方式如:
反应式2
反应式2中n为1~25的整数;X为1~3的整数。
步骤三、将计算量的步骤二得到的产物(反应式2)投入反应器中,加入计算量的正丁酸: CH3CH2CH2COOH,开动搅拌0.5h;然后往反应器中加入计算量的催化剂N,N-二甲基甲酰胺,油浴中升温搅拌反应,温度控制为110-120℃,恒温反应4-5h,降温出料,得到开环带有活性硅氧烷的改性环氧树脂。改性环氧树脂:有机酸摩尔量比= 1:1,催化剂N,N-二甲基甲酰胺用量为该反应物总质量的万分之三至万分之五。该反应的合成路线反应方式如下:
+ CH3CH2CH2COOH →
反应式3
反应式3中n为1~25的整数;X为1~3的整数。
实施例2
硅烷改性环氧封端剂,按如下方法制备得到:
步骤一:将计算量的已干燥的双酚A型环氧树脂E44投入反应器中,加入正丁醇和乙二醇丁醚的混合溶剂,开动搅拌至环氧树脂完全溶解,控制料温为85℃;然后往反应器中滴加计算量的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HPMA)和过氧化苯甲酰,控制一定的滴加反应速度,继续升温搅拌反应,温度控制为90-95℃,恒温反应6-7h,然后抽真空,减压蒸馏0.5-1h。双酚A型环氧树脂E44:MAA:HPMA摩尔比=1:1:1,正丁醇和乙二醇丁醚的混合溶剂用量为该反应总质量的14%,过氧化苯甲醛为该反应总质量的0.4%。该反应的合成路线反应方式如下:
+ MMA、HPMA →
反应式1
R9选自式(8)所示的结构和氢中任意一个,且n个结构单元中至少有一个R9为式(8)所示的结构,
反应式1中n为1~25的整数,X为1~3的整数。
步骤二、将步骤一所得的产物与异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷按摩尔比为1:2混均匀,搅拌升温至75~85℃进行反应,生成反应式2所示的反应物,反应方式如:
反应式2
R5每次出现时选自式(2)所示的结构或氢,且至少有一个R5为式(2)所示的结构,
反应式2中n为1~25的整数;X为1~3的整数。
步骤三、将计算量的步骤二得到的产物(反应式2)投入反应器中,加入计算量的正丁酸,开动搅拌0.5h;然后往反应器中加入计算量的催化剂N,N-二甲基甲酰胺,油浴中升温搅拌反应,温度控制为110-120℃,恒温反应4-5h,降温出料,得到开环带有活性硅氧烷的改性环氧树脂。改性环氧树脂:有机酸摩尔量比= 1:1,催化剂N,N-二甲基甲酰胺用量为该反应物总质量的万分之三至万分之五。该反应的合成路线反应方式如下:
+ CH3CH2CH2COOH →
反应式3
反应式3中,
R5选自式(2)所示的结构和氢中任意一个,且n个结构单元中至少有一个R5为式(2)所示的结构,
其中,n为1~25的整数;X为1~3的整数。
实施例3
一种单组份聚氨酯防水涂料,包括以下按重量份计的原料组分:
端羟基聚丁二烯丙烯腈,25重量份;
聚醚多元醇(EP330N),10重量份;
有机硅二元醇(tech-2120), 8重量份;
邻苯二甲酸二辛酯,8重量份;
纳米碳酸钙, 21重量份;
重钙 ,18重量份;
二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI),15重量份;
上述实施例2制得的硅烷改性环氧封端剂,16重量份;
辛酸亚锡,0.4重量份;
乙酸乙酯,8重量份。
所述单组份聚氨酯防水涂料的制备方法如下:
(1)在强分散机内加入端羟基聚丁二烯丙烯腈、聚醚多元醇、有机硅二元醇、增塑剂、逐步投入颜填料,分散均匀;
(2)将分散好的浆料转移至反应釜内,搅拌升温至100~110℃,相对真空度为-0.08~-0.1MPa下脱水2~3小时;
(3)将温度降低至70~80℃,加入溶剂,然后逐渐加入二异氰酸酯,搅拌,然后加入1/4~1/2配方量的催化剂,升温至75~85℃,反应3~4小时;控制二异氰酸酯滴加速度为1~2重量份/s;该过程中还加入L-赖氨酸三异氰酸酯;催化剂加入量为配方量的1/3;
(5)保温75~85℃,加入自制助剂,继续搅拌反应2~3小时;
(6)降温至50~60℃,加入剩余配方量的催化剂,搅拌0.5~1小时;
(7)降温至50℃以下,充氮保护,出料。
实施例4
一种单组份聚氨酯防水涂料,由以下按重量份计的原料组分组成:
端羟基聚丁二烯丙烯腈,28重量份;
聚醚多元醇(EP330N),10重量份;
有机硅二元醇(tech-2120),7重量份;
邻苯二甲酸二辛酯,8重量份;
纳米碳酸钙,19重量份;
重钙, 20重量份;
二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI),15重量份;
上述实施例2制得的硅烷改性环氧封端剂,16重量份;
辛酸亚锡, 0.4重量份;
乙酸乙酯, 8重量份。
本实施例所述单组份聚氨酯防水涂料的制备过程与实施例3基本相同,此处不再赘述。
实施例5
一种单组份聚氨酯防水涂料,由以下按重量份计的原料组分组成:
端羟基聚丁二烯丙烯腈,25重量份;
聚醚多元醇(EP330N),13重量份;
有机硅二元醇(tech-2120),6重量份;
邻苯二甲酸二辛酯,8重量份;
纳米碳酸钙,21重量份;
重钙,20重量份;
二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI),14重量份;
上述实施例1制得的硅烷改性环氧封端剂,15重量份;
辛酸亚锡,0.4重量份;
乙酸乙酯,8重量份。
本实施例所述单组份聚氨酯防水涂料的制备过程与实施例3基本相同,此处不再赘述。
实施例6
一种单组份聚氨酯防水涂料,由以下按重量份计的原料组分组成:
端羟基聚丁二烯丙烯腈,22重量份;
聚醚多元醇(EP330N),13重量份;
有机硅二元醇(tech-2120),10重量份;
邻苯二甲酸二辛酯,7重量份;
纳米碳酸钙,18重量份;
重钙,24重量份;
二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI),14重量份;
上述实施例1制得的硅烷改性环氧封端剂,15重量份;
辛酸亚锡 ,0.4重量份;
乙酸乙酯,10重量份。
本实施例所述单组份聚氨酯防水涂料的制备过程与实施例3基本相同,此处不再赘述。
对比例1
一种单组份聚氨酯防水涂料,其组成和制备过程与实施例3相似,区别在于,去掉了实施例3中的硅烷改性环氧封端剂。
对比例2
一种单组份聚氨酯防水涂料,其组成和制备过程与实施例3相似,区别在于,用常规的潜固化剂3-羟乙基-1,3-噁唑烷替代实施例3中的硅烷改性环氧封端剂。
测试部分
将实施例3-6和对比例1-2中制得的单组份聚氨酯防水涂料进行性能检测,检测的结构如表1和表2所示。
测试方法:
(1)性能测试参照JC/T2435-2018和GB/T19250-2013进行。
(2)泡水粘结性的测试方法具体为:按照GB/T 16777-2008 7.1(A法)中规定的方法制备试件,在标准试验条件(23±2℃,相对湿度50±10%)下养护7天测试试件的初始粘接强度。将试件完全浸泡于水中,按预定的时间取出,在标准试验条件下放置12h后测试粘接强度,强度保持率=(粘接强度/初始粘接强度)×100%。
表1实施例和对比例中单组份聚氨酯防水涂料的性能;
表2实施例和对比例中单组份聚氨酯防水涂料的泡水粘结性;
从实施例3~6与对比例1~2的对比中还可以看出,实施例3~6中涂料泡水粘结性、强度保持率等各方面性能更加优异;对比例1~2中涂料的粘结性能、泡水粘结性明显低于实施例3~6。对比例1泡水7天后强度保持率下降最严重,破坏形式均为界面破坏,对比例2随着泡水时间的延长粘接强度逐渐下降,泡水14天后破坏形式均为界面破坏。而实施例3~6中由于采用了硅烷改性环氧封端剂,可以明显看出经过30天泡水后依然保持优良的强度保持率,涂膜之间的内聚力没有被破坏,依然具有优良的性能和良好的破坏形式。
综合上述可知,使用本申请的含硅化合物,或硅烷改性环氧封端剂后,能够极大地提高涂膜对水泥基材的粘结力,使形成的涂膜在长期泡水条件下的粘结力仍较佳,由此解决了传统单组份聚氨酯防水密封胶对水泥基材粘接不牢以及不耐水的问题。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的含硅化合物,其特征在于,1≤m1≤2,1≤m≤2,且m+m1=3。
3.根据权利要求1所述的含硅化合物,其特征在于,R4选自C5~C8烷基;和/或,
R6每次出现时独立选自C1-C4的烷基;和/或,
R7每次出现时独立选自氢、C1-C4的烷基;和/或,
n为1~8的整数。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的含硅化合物的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(a)使溶于有机溶剂的如式(3)所示的双酚A型环氧树脂与
(b)使式(4)所示的结构与式(5)所示的异氰酸酯基硅氧烷发生反应,以得到式(6)所示的结构;
(c)使式(6)所示的结构与式(7)所示的有机酸在催化剂的作用下发生反应,得到式(1)所示的含硅化合物,
R4COOH (7)
在上述式(1)、(3)~(7)中,
R1选自C1~C5亚烷基,
R2和R3分别独立地选自C1~C3烷基,
R4选自C3~C18烷基,
R5每次出现时选自式(2)所示的结构或氢,且至少有一个R5为式(2)所示的结构,
式(2)中R1、R2和R3如上所定义,
R6每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基,
R7每次出现时独立选自氢、C1~C8的烷基;
R9每次出现时为式(8)所示的结构;
其中,n为1~25的整数,X为1~3的整数,m1选自0~2的整数,m选自1~3的整数,且m+m1=3。
和甲基丙烯酸羟乙酯的摩尔比=1:1~5:1~5;和/或,
所述有机溶剂的质量为参与步骤(a)中的反应物质总质量的10%~15%;和/或,
所述自由基引发剂为参与步骤(a)中的参加反应物质总质量的0.3%~0.5%;和/或,
步骤(a)中的发生反应的温度为90-95℃,发生反应的时间为6-7h;和/或,
步骤(b)中式(3)所示的结构与式(4)所示的异氰酸酯基硅氧烷的摩尔比为1:2~4.05;和/或,
步骤(b)中的发生反应的温度为75-85℃;和/或,
所述催化剂为参与步骤(c)中的参加反应物质总质量的0.03% ~ 0.05%;和/或,
步骤(c)中的发生反应的温度为110-120℃,发生反应的时间为4-5h。
7.一种单组分聚氨酯防水涂料,其特征在于,所述防水涂料包括聚氨酯成膜树脂、填料和添加剂,
其中,所述聚氨酯成膜树脂包括由端羟基聚丁二烯丙烯腈、聚醚多元醇、二异氰酸酯、有机硅二元醇和权利要求1-3任意一项所述的含硅化合物作为封端剂反应得到。
8.根据权利要求7所述的防水涂料,其特征在于,所述防水涂料包括以重量份数计的如下原料组分:
端羟基聚丁二烯丙烯腈,100份;
聚醚多元醇,32~82份;
二异氰酸酯,42~100份;
有机硅二元醇,14~63份;
权利要求1-3任意一项所述的含硅化合物,35~113份;
填料,89~263份;
氨基甲酸酯化反应催化剂,0.7~3.5份;
增塑剂,35~75份。
10.一种如权利要求7-9中任一项所述的单组分聚氨酯防水涂料的制备方法,其特征在于,包括:
将端羟基聚丁二烯丙烯腈、有机硅二元醇、聚醚多元醇、增塑剂和填料混合,以得到第一浆料;
使得所述第一浆料和二异氰酸酯在有机溶剂中在氨基甲酸酯化反应催化剂的存在下,在第一预设温度下反应第一预设时间,以得到聚氨酯预聚物;
向所述聚氨酯预聚物中加入权利要求1-3任意一项所述的含硅化合物,并在氨基甲酸酯化反应催化剂的存在下在第二预设温度下反应第二预设时间,以得到所述单组分聚氨酯防水涂料。
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