CN115505336A - 一种单组分沥青聚氨酯防水涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单组分沥青聚氨酯防水涂料及其制备方法和应用,其原料包括聚氨酯预聚体、沥青,聚氨酯预聚体的原料包含多元醇、多异氰酸酯,多元醇由多元醇A和多元醇B构成,多元醇A由第一聚醚多元醇与烯键式不饱和单体经自由基聚合制备得到,多元醇B由第二聚醚多元醇与烯键式不饱和单体经自由基聚合制备得到,第一聚醚多元醇的官能度为2,第二聚醚多元醇的官能度大于等于3;制备时先将多元醇和沥青混合,然后加入多异氰酸酯反应生成聚氨酯预聚体,制成后可以以膜形式应用在防水领域,本发明解决了常规聚氨酯与沥青容易发生相分离的问题。
Description
技术领域
本发明涉及防水材料技术领域,具体涉及一种单组分沥青聚氨酯防水涂料及其制备方法和应用。
背景技术
聚氨酯防水涂料以其具有整体防水效果优异、力学性能优良、低温柔性好、耐化学腐蚀性、施工方便、易修补、使用寿命长等特点,在建筑防水领域得以广泛推广使用。目前聚氨酯防水涂料主要有单组分、双组分,其中单组分聚氨酯防水涂料使用时直接涂抹于建筑防水基面,使用较方便;而双组分聚氨酯防水涂料使用时需要将两种不同的组分严格按一定的比例混合均匀后施工,因此,单组分以其使用便利性在部分施工情况下得以首选应用。但是由于聚氨酯防水涂料成本较高,为了降低成本,目前已经有技术人员在单组分聚氨酯防水涂料的生产和应用时添加沥青,理论上可以综合两种材料的性能,可以具有优异的防水等效果,但实际使用过程中,聚氨酯与沥青容易发生相分离,涂料成膜后的性能时常发生明显的降低,使其应用受到了严重的限制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的一个或多个不足,提供一种改进的单组分沥青聚氨酯防水涂料,解决了聚氨酯与沥青容易发生相分离的问题。
本发明同时还提供了一种上述单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法。
本发明同时还提供了一种包含上述单组分沥青聚氨酯防水涂料形成的防水膜的防水材料。
为达到上述目的,本发明采用的一种技术方案是:一种单组分沥青聚氨酯防水涂料,其原料包括聚氨酯预聚体、沥青,所述聚氨酯预聚体的原料包含多元醇、多异氰酸酯,所述多元醇由多元醇A和多元醇B构成,所述多元醇A与所述多元醇B的投料质量比为1∶0.1-10,所述多元醇A由第一聚醚多元醇与烯键式不饱和单体经自由基聚合制备得到,所述多元醇B由第二聚醚多元醇与烯键式不饱和单体经自由基聚合制备得到,所述第一聚醚多元醇的官能度为2,所述第二聚醚多元醇的官能度大于等于3。
根据本发明的一些优选方面,所述烯键式不饱和单体包含苯乙烯以及选择性的醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯中的至少一种。
根据本发明的一些优选方面,所述第一聚醚多元醇的分子量为500-5000,羟值为20-250mgKOH/g。进一步地,所述第一聚醚多元醇的分子量为1000-5000,羟值为20-120mgKOH/g。
进一步地,所述所述第一聚醚多元醇为聚醚二元醇。
根据本发明的一些优选方面,所述第二聚醚多元醇的分子量为500-5000,羟值为35-400mgKOH/g。进一步地,所述第二聚醚多元醇的分子量为1000-5000,羟值为20-200mgKOH/g。
进一步地,所述第二聚醚多元醇的官能度为3-5。
根据本发明的一些优选且具体的方面,所述第二聚醚多元醇为聚醚三元醇和/或聚醚四元醇。
在本发明的一些实施方式中,第一聚醚多元醇与烯键式不饱和单体两者自由基聚合的工艺过程可以参照现有技术,例如可以在自由基聚合催化剂下进行;同样地,第二聚醚多元醇与烯键式不饱和单体两者自由基聚合的工艺过程也可以参照现有技术,例如可以在自由基聚合催化剂下进行。
优选地,第一聚醚多元醇与烯键式不饱和单体两者自由基聚合的工艺过程为:在装有搅拌、回流冷凝器、氮气导管的反应装置中,加入1/2-3/4的官能度为2的聚醚多元醇和分散稳定剂,通氮气,搅拌,加热到110-130℃,滴加烯键式不饱和单体和剩余聚醚多元醇的混合物,滴加完毕后在110-130℃保温0.5-3h,减压蒸馏脱除残余单体,即得多元醇A。
第二聚醚多元醇与烯键式不饱和单体两者自由基聚合的工艺过程:在装有搅拌、回流冷凝器、氮气导管的反应装置中,加入1/2-3/4的官能度大于等于3的聚醚多元醇和分散稳定剂,通氮气,搅拌,加热到110-130℃,滴加烯键式不饱和单体和剩余聚醚多元醇的混合物,滴加完毕后在110-130℃保温0.5-3h,减压蒸馏脱除残余单体,即得多元醇B。
在本发明的一些实施方式中,所述分散稳定剂可以采用POP聚醚分散剂,例如可以采用购自淮安巴德BDF-1、淮安巴德BDF-2、淮安巴德BDF-3等。
根据本发明的一些优选方面,所述沥青、所述多元醇A、所述多元醇B和所述多异氰酸酯的投料质量比为1∶0.05-0.5∶0.05-0.5∶0.02-0.2。进一步地,所述沥青、所述多元醇A、所述多元醇B和所述多异氰酸酯的投料质量比为1∶0.1-0.4∶0.25-0.4∶0.05-0.15。
根据本发明的一些优选方面,以质量份数计,所述单组分沥青聚氨酯防水涂料的原料中,多元醇A 5-50份、多元醇B 5-50份、多异氰酸酯2-20份、沥青80-120份。
根据本发明的一些优选方面,以质量份数计,所述单组分沥青聚氨酯防水涂料的原料还包含:催化剂0.1-2份、增塑剂0-100份、颜填料0-100份、潜固化剂0-5份、溶剂0-2重量份、助剂0-2份,所述助剂为选自消泡剂、分散剂、流平剂、防沉剂、偶联剂、抗氧剂和缓凝剂中的至少一种。
进一步地,以质量份数计,所述单组分沥青聚氨酯防水涂料的原料还包含:催化剂0.1-2份、增塑剂10-100份、颜填料10-100份、潜固化剂0.5-5份、溶剂0-5重量份、助剂0-2份。
更进一步地,以质量份数计,所述单组分沥青聚氨酯防水涂料的原料还包含:催化剂0.1-2份、增塑剂20-100份、颜填料20-100份、潜固化剂0.5-5份、溶剂0-5重量份、助剂0-1.5份。
根据本发明的一些优选方面,所述多异氰酸酯为选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选方面,所述沥青为石油沥青,该石油沥青为选自70号道路石油沥青、90号道路石油沥青和200号道路石油沥青中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选方面,所述增塑剂为氯化石蜡、芳烃油、石蜡油、邻苯二甲酸酯类增塑剂和柠檬酸酯类增塑剂中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选方面,所述催化剂为选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、羧酸铋类催化剂、环烷酸锌、五甲基二亚丙基三胺、四甲基乙二胺和双吗啉类催化剂中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选方面,所述颜填料为选自炭黑、钛白粉、铁黄、高岭土、水泥、重钙、硫酸钡、氧化镁、氧化钙、硅灰石、硅微粉和滑石粉中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选方面,所述潜固化剂为亚胺型潜固化剂和/或恶唑烷型潜固化剂。
根据本发明的一些优选方面,所述溶剂为选自甲苯、二甲苯、环己烷、120#溶剂油、150#溶剂油、乙酸乙酯和乙酸丁酯中的一种或多种的组合。
本发明提供的又一技术方案:一种上述所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法,该制备方法包括:将沥青、多元醇A和多元醇B混合加热,然后升温并在真空条件下进行脱水,降温后加入多异氰酸酯,反应,反应结束后,降温并加入剩余原料,混合,获得所述单组分沥青聚氨酯防水涂料。
进一步地,所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法中,沥青、多元醇A和多元醇B在90-100℃下混合。
进一步地,所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法中,当单组分沥青聚氨酯防水涂料的原料还包括增塑剂、颜填料时,沥青、多元醇A、多元醇B、增塑剂、颜填料一起在90-100℃下混合。
进一步地,所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法中,所述真空条件的相对真空度为-0.08~-0.1MPa。
进一步地,所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法中,所述脱水在温度105-120℃下进行。
进一步地,所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法中,所述脱水的时间约为2-3h。
进一步地,所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法中,所述反应在75-85℃下进行。
进一步地,所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法中,当单组分沥青聚氨酯防水涂料的原料还包括潜固化剂时,在反应结束后,降温后先加入潜固化剂,混匀后再加入其它组分。
本发明提供的又一技术方案:一种防水材料,该防水材料包含防水膜,该防水膜由上述所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料形成。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
本发明创新地采用分别原位引入烯键式不饱和单体的不同官能度的两种多元醇作为制备聚氨酯预聚体的原料,使得制备的聚氨酯预聚体不仅与沥青具有良好的相容性,两者混合后分散均匀且稳定,使得防水涂料具有优异的储存稳定性,基本不会发生随着储存时间过久而导致分层和离析现象,而且复配的特殊改性的多元醇在聚氨酯中的链段还可以在沥青中发生溶胀现象,改善了沥青的温度敏感性,提高了沥青的耐高温性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明;应理解,这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点,而本发明不受以下实施例的范围限制;实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整,未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述实施例中未作特殊说明,所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。
下述中,聚醚二元醇2000、聚醚三元醇330分别购自东大,苯乙烯、丙烯酸酯单体分别购自国药试剂,POP聚醚分散剂购自淮安巴德BDF-1。
下述中,采用的多元醇A和多元醇B分别通过如下方法获得,具体制备工艺如下:
多元醇A:在装有搅拌、回流冷凝器、氮气导管的反应装置中,加入120g聚醚二元醇2000和10g POP聚醚分散剂,通氮气,搅拌,加热到120℃,以10滴/min的速度滴加80g苯乙烯、20g丙烯酸乙酯和80g聚醚二元醇2000的混合物,滴加完毕后在120℃保温1h,减压蒸馏脱除残余单体即得到多元醇A。
多元醇B:在装有搅拌、回流冷凝器、氮气导管的反应装置中,加入120g聚醚三元醇330和10g POP聚醚分散剂,通氮气,搅拌,加热到120℃,以10滴/min的速度滴加80g苯乙烯、20g丙烯酸乙酯和80g聚醚三元醇330的混合物,滴加完毕后在120℃保温1h,减压蒸馏脱除残余单体即得到多元醇B。
下述中,70#和90#沥青,购自京博石化;
甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)分别采购自巴斯夫,120号溶剂油,购自济南江泰化工有限公司;
环保芳烃油和石蜡油,购自山东泰畅石化科技有限公司;
HY546潜固化剂,购自山东豪耀新材料有限公司;
聚硅氧烷类消泡剂,DEFOM 6800购自广州市敬益新材料有限公司;
其他未做说明的均为常见原材料,可以通过市售得到。
实施例
实施例1-3的单组份沥青聚氨酯防水涂料组分与含量如表1所示。
表1实施例1-3的组分
组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
多元醇A | 10kg | 25kg | 40kg |
多元醇B | 40kg | 25kg | 40kg |
沥青 | 100kg | 100kg | 100kg |
增塑剂 | 20kg | 50kg | 80kg |
多异氰酸酯 | 5kg | 8kg | 15kg |
颜填料 | 20kg | 0kg | 40kg |
催化剂 | 0.5kg | 1.0kg | 1.5kg |
潜固化剂 | 0.8kg | 2.0kg | 0kg |
溶剂 | 2.0kg | 5.0kg | 0kg |
助剂 | 0kg | 0.1kg | 0.1kg |
其中,实施例1中的沥青为70#沥青,增塑剂为52#氯化石蜡,多异氰酸酯为二苯基甲烷多异氰酸酯(MDI),填料为800目重钙,催化剂为二月桂酸二丁基锡,潜固化剂为HY546潜固化,溶剂为乙酸丁酯。
实施例2中的沥青为90#沥青,增塑剂为石蜡油,多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI),催化剂为二月桂酸二丁基锡,潜固化剂为HY546潜固化剂,溶剂为二甲苯,助剂为聚硅氧烷类消泡剂。
实施例3中的沥青为70#沥青,增塑剂为环保芳烃油,多异氰酸酯为二苯基甲烷多异氰酸酯(MDI),填料为800目滑石粉,催化剂为辛酸亚锡,助剂为聚硅氧烷类消泡剂。
该单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法包括:
(1)将沥青、多元醇A、多元醇B、增塑剂和颜填料,在95±5℃加热混合,以获得第一混合物;
(2)将第一混合物在相对真空度为-0.09MPa的条件下,搅拌升温至115±5℃,脱水3h,得到第二混合物;
(3)将第二混合物降温到80±3℃,向第二混合物内加入多异氰酸酯,反应4小时,得到第三混合物;
(4)将第三混合物降温至68±2℃,向第三混合物中加入潜固化剂,搅拌15-30min,得到第四混合物;
(5)向第四混合物中加入催化剂、溶剂、助剂,搅拌30min,得到所述单组分沥青聚氨酯防水涂料。
对比例1
基本同实施例2,其区别仅在于:不对聚醚多元醇进行改性,配方中多元醇A替换为聚醚二元醇2000,多元醇B替换为聚醚三元醇330。
对比例2
基本同实施例2,其区别仅在于:不加多元醇B,调整多元醇A的添加量为50kg。
对比例3
基本同实施例2,其区别仅在于:不加多元醇A,调整多元醇B的添加量为50kg。
性能测试
通过肉眼观察实施例1-3和对比例1-3制备的单组份沥青聚氨酯防水涂料是否渗油、是否具有颗粒物和细腻程度,以及用牵线实验来判断体系相容性。具体方法如下:用玻棒蘸上杯中物料举离杯中物面,让附在玻棒上的物料从玻棒端部流入杯中,观察物料是否在玻棒端到杯中物面之间形成一根连续的下垂细线。改变举起的玻棒高度以调节玻棒端部与杯中物面的距离,可观察连续的牵线可维持的长度。相容性越好,则形成的牵线越长、越细。如果体系存在明显的相分离,则在相区域间的界面上亲和力很差,随之粘合性很差,缺乏必要的强度,受到拉伸作用极易断裂,因此不能形成牵线,附在玻棒上的物料会呈现颗粒状滴落。实施例1-3和对比例1-3的牵线实验,具体结果如表2所示。
表2实施例1-3和对比例1-3的相容性实验结果
项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
渗油 | 无渗油 | 无渗油 | 无渗油 | 表面渗油 | 无渗油 | 无渗油 |
颗粒物 | 无颗粒物 | 无颗粒物 | 无颗粒物 | 有颗粒物 | 无颗粒物 | 无颗粒物 |
细腻程度 | 均匀细腻 | 均匀细腻 | 均匀细腻 | 粗糙 | 均匀细腻 | 均匀细腻 |
牵线实验 | 牵长细线 | 牵长细线 | 牵长细线 | 不牵线 | 牵长细线 | 牵长细线 |
结果表明,实施例1-3和对比例2-3采用烯键式不饱和单体分别对两官能度和官能度大于等于3的多官能度聚醚多元醇进行改性,得到多元醇A和B。采用多元醇A和B制备得到沥青聚氨酯防水涂料,经肉眼观察:无渗油、无颗粒物、均匀细腻,牵线实验结果为牵长细线。可见,采用烯键式不饱和单体分别对两官能度和官能度大于等于3的多官能度聚醚多元醇进行改性,得到的改性聚醚多元醇与沥青具有良好的相容性。
此外,将实施例1-3和对比例1-3制备的单组份沥青聚氨酯防水涂料放置于50℃烘箱,30天后,重复以上实验,测试发现实施例1-3和对比例2-3仍然具有良好的相容性,牵线实验可以牵长细线,说明采用多元醇A与B制备的沥青聚氨酯防水涂料具有优异的储存稳定性,基本不会发生随着储存时间过久而导致分层和离析现象。
将上述实施例1-3以及对比例1-3所得防水涂料涂膜,按照GBT 19250-2013《聚氨酯防水涂料》进行如下一些性能测试,其中对比例1由于相容性不好,成膜后没有力学强度,无法进行测试,其它具体测试结果参见表3所示。
表3实施例1-3以及对比例2-3的性能
结果表明,本发明实施例1-3采用多元醇A和B改性沥青,制备得到的单组份沥青聚氨酯防水涂料具有良好的物理力学性能,可以满足聚氨酯防水涂料I型的技术指标要求。而对比例2中完全采用多元醇A改性沥青,产品的拉伸强度、撕裂强度和粘接强度有所下降,不满足标准要求,对比例3中完全采用多元醇B改性沥青,产品的断裂伸长率和粘接强度有所下降,不满足标准要求。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
Claims (10)
1.一种单组分沥青聚氨酯防水涂料,其原料包括聚氨酯预聚体、沥青,所述聚氨酯预聚体的原料包含多元醇、多异氰酸酯,其特征在于:所述多元醇由多元醇A和多元醇B构成,所述多元醇A与所述多元醇B的投料质量比为1∶0.1-10,所述多元醇A由第一聚醚多元醇与烯键式不饱和单体经自由基聚合制备得到,所述多元醇B由第二聚醚多元醇与烯键式不饱和单体经自由基聚合制备得到,所述第一聚醚多元醇的官能度为2,所述第二聚醚多元醇的官能度大于等于3。
2.根据权利要求1所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料,其特征在于:所述烯键式不饱和单体包含苯乙烯以及选择性的醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料,其特征在于:所述第一聚醚多元醇的分子量为500-5000,羟值为20-250mgKOH/g;和/或,所述第二聚醚多元醇的分子量为500-5000,羟值为35-400mgKOH/g。
4.根据权利要求1所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料,其特征在于:所述第二聚醚多元醇为聚醚三元醇和/或聚醚四元醇。
5.根据权利要求1所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料,其特征在于:所述沥青、所述多元醇A、所述多元醇B和所述多异氰酸酯的投料质量比为1∶0.05-0.5∶0.05-0.5∶0.02-0.2。
6.根据权利要求1所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料,其特征在于:以质量份数计,所述单组分沥青聚氨酯防水涂料的原料中,多元醇A 5-50份、多元醇B 5-50份、多异氰酸酯2-20份、沥青80-120份。
7.根据权利要求6所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料,其特征在于:以质量份数计,所述单组分沥青聚氨酯防水涂料的原料还包含:催化剂0.1-2份、增塑剂0-100份、颜填料0-100份、潜固化剂0-5份、溶剂0-5重量份、助剂0-2份,所述助剂为选自消泡剂、分散剂、流平剂、防沉剂、偶联剂、抗氧剂和缓凝剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料,其特征在于:所述多异氰酸酯为选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和六次甲基二异氰酸酯中的一种或多种的组合;
所述沥青为石油沥青,该石油沥青为选自70号道路石油沥青、90号道路石油沥青和200号道路石油沥青中的一种或多种的组合;
所述增塑剂为氯化石蜡、芳烃油、石蜡油、邻苯二甲酸酯类增塑剂和柠檬酸酯类增塑剂中的一种或多种的组合;
所述催化剂为选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、羧酸铋类催化剂、环烷酸锌、五甲基二亚丙基三胺、四甲基乙二胺和双吗啉类催化剂中的一种或多种的组合;
所述颜填料为选自炭黑、钛白粉、铁黄、高岭土、水泥、重钙、硫酸钡、氧化镁、氧化钙、硅灰石、硅微粉和滑石粉中的一种或多种的组合;
所述潜固化剂为亚胺型潜固化剂和/或恶唑烷型潜固化剂;
所述溶剂为选自甲苯、二甲苯、环己烷、120#溶剂油、150#溶剂油、乙酸乙酯和乙酸丁酯中的一种或多种的组合。
9.一种权利要求1-8中任一项权利要求所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料的制备方法,其特征在于:
所述制备方法包括:将沥青、多元醇A和多元醇B混合加热,然后升温并在真空条件下进行脱水,降温后加入多异氰酸酯,反应,反应结束后,降温并加入剩余原料,混合,获得所述单组分沥青聚氨酯防水涂料。
10.一种防水材料,该防水材料包含防水膜,其特征在于,该防水膜由权利要求1-8中任一项权利要求所述的单组分沥青聚氨酯防水涂料形成。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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