CN1817989A - 一种喷涂聚脲高强弹性防水涂料及其施工方法 - Google Patents

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一种喷涂聚脲高强弹性防水涂料及其施工方法，它是由A、B双组份组成，A组份是由聚醚多元醇与化学计量过量的低官能度多异氰酸酯反应合成的半预聚物。A组份的制备方法：将精确计量的稀释剂和聚醚多元醇加入反应釜中，在90－100℃下减压脱水1－2小时，取样测定含水率，当含水率达到0.08％以下时，停止脱水。冷却至80－85℃并维持在该温度范围，边搅拌边向釜中滴加精确计量的第一部分多异氰酸酯，该步骤加入的多异氰酸酯的重量按n－OH/n－NCO＝1.05计算，滴加完毕后，在80－85℃温度范围继续反应2小时。然后维持在80－85℃温度范围，边搅拌边向釜中滴加剩余的多异氰酸酯，滴加完毕后继续保温反应2小时，冷却出料，即得到A组分。B组份包括氨基树脂、胺链增长剂、活性填料。使用时A组份和B组份按1∶1的体积比混合后。本发明有效克服了传统柔性防水材料的诸多缺陷，是一种施工性能和防水性能优异的新型的防水涂料。

Description

一种喷涂聚脲高强弹性防水涂料及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种喷涂聚脲高强弹性防水涂料及其施工方法。它可用于各种建筑物和构筑物的防水工程，如建筑物的屋面和地下室、人防工程、地铁、路桥、水池等的防水抗渗。
背景技术
目前，常用的柔性防水涂料主要包括：反应型双组份聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯乳液防水涂料、硅橡胶防水涂料、有机和无机复合型防水涂料等。它们都存在以下明显不足：延伸率高而强度不足，在施工过程中容易受到外力损伤，且不宜外露使用；耐穿刺力极低，不适合于用做绿化屋面的耐根系穿刺防水层；固化速度慢，立面厚涂时流挂现象严重，需多道施工才能达到设计厚度且涂层之间的施工间隔时间长，施工效率低；对施工环境的温度和湿度敏感，如在潮湿、低温环境中使用时，容易出现起泡、固化慢甚至不固化、附着力不良等；另外，大多数固化反应型防水涂料都含有易挥发性溶剂，难以满足环境保护的要求。这些都不利于提高防水工程的施工质量。
本发明提供的喷涂聚脲高强弹性防水涂料为100％固含量的双组份快速反应型聚脲防水涂料，其利用A组分的-NCO与B组分的-NH2之间的迅速反应而固化成膜，并通过双组份撞击混合喷涂施工，具有无毒环保、快速固化、对施工环境的温度和湿度不敏感、施工效率高、立面厚涂不流挂、底材适应性好、抗拉强度高、弹性丰富、耐磨损、耐穿刺、耐撕裂和抗冲击等优势。它有效克服了传统柔性防水材料的诸多缺陷，是一种施工性能和防水性能优异的新型的防水涂料。
随着经济和科技的发展以及国内防水质量意识和环保意识的不断增强，随着住宅产业、城市基础设施建设、小城镇建设和西部建设的发展，施工性能和防水防护性能优异的防水涂料具有广阔的市场前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种100％固含量的、双组份快速反应成形的喷涂聚脲高强弹性防水涂料。本发明的喷涂聚脲高强弹性防水涂料的双组份被分别称为A组份和B组份。
A组份是在非挥发性稀释剂存在下，由聚醚多元醇与化学计量过量的低官能度多异氰酸酯反应合成的半预聚物。按重量份计，聚醚多元醇用量为28-50％，多异氰酸酯用量为41-60％，稀释剂用量为8-12％。
A组份的制备方法：将精确计量的稀释剂和聚醚多元醇加入反应釜中，在90-100℃下减压脱水1-2小时，取样测定含水率，当含水率达到0.08％以下时，停止脱水。冷却至80-85℃并维持在该温度范围，边搅拌边向釜中滴加精确计量的第一部分多异氰酸酯，该步骤加入的多异氰酸酯的重量按n-OH/n-NCO＝1.05计算，滴加完毕后，在80-85℃温度范围继续反应2小时。然后维持在80-85℃温度范围，边搅拌边向釜中滴加剩余的多异氰酸酯，滴加完毕后继续保温反应2小时，冷却出料，即得到A组分。
所述的聚醚多元醇可以是数均分子量为1000-5000的聚醚二元醇、聚醚三元醇或它们的混合物，优选聚醚多元醇的数均分子量为2000-5000。
所述的多异氰酸酯可以是碳化二亚胺改性MDI、2，4-MDI的含量为35-50％(重量份)的MDI或它们的混合物，优选由碳化二亚胺改性MDI与2，4-MDI的含量为35-50％(重量份)的MDI组成的混合物。所优选的多异氰酸酯混合物中，碳化二亚胺改性MDI与2，4-MDI的含量为50％(重量份)的MDI之间的重量比可以是50∶50-70∶30，更优选为50∶50。
所述的稀释剂可采用一些非挥发性液体的非异氰酸酯反应性稀释剂，例如，邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、碳酸亚烷基酯等。邻苯二甲酸二异壬酯是优选的。
本发明通过上述方法制备的喷涂聚脲高强弹性防水涂料A组份最终含有12-16％(重量份)的异氰酸酯基(-NCO)。
B组份包括氨基树脂、胺链增长剂、活性填料。按重量份计，氨基树脂用量为28-65％，胺链增长剂用量为27-64％，活性填料用量为4-8％。
所述的氨基树脂可以是不同官能度的数均分子量不小于2000的以伯胺或仲胺封端的聚醚树脂，优选数均分子量为2000-5000的主要以伯胺封端的胺封端聚醚树脂，更优选的是Huntsman公司生产的JEFFAMINED-2000、JEFFAMINET-5000或两者的混合物。
所述的胺链增长剂可以是2，4-二氨基-3-甲硫基-5-丙基甲苯(例如山东淄博方中化工有限公司的TX-3)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(例如美国Albemarle公司的Ethacure300)、3，5-二乙基甲苯二胺(例如瑞士Lonza集团公司的LonzacureDETDA-80)、4，4′-双仲丁氨基二苯基甲烷(例如美国Dorf Ketal公司的Unilink4200)、1，4-双仲丁氨基苯(例如美国Dorf Ketal公司的Unilink4100)、2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯(例如山东淄博方中化工有限公司的TX-2)、4，4′-亚甲基双(2，6-二异丙基)苯胺(例如瑞士Lonza集团公司的Lonzacure M-DIPA)、4，4′-亚甲基双(2，6-二乙基)苯胺(例如瑞士Lonza集团公司的Lonzacure M-DEA)、脂肪族多元胺，选取其中的一种或者其中两种或两种以上的混合物，优选的是其中两种或两种以上的混合物，混合比例可以根据最终涂膜性能的需要来确定。在本发明的一个方面，合适的脂肪族多元胺包括例如美国UOP公司的C1earlinkTM1000、美国Huntsman公司的JEFFAMINET-403、美国Huntsman公司的JefflinkTM555、美国Huntsman公司的JefflinkTM7027。
所述的活性填料是活性金属氧化物，该活性金属氧化物应具有吸水性，能与H2O和CO2反应生成盐。合适的活性填料包括例如活性氧化锌、活性氧化铝或活性氧化镁等，特别合适的是活性氧化镁。
根据需要可以向B组份中加入抗氧剂、紫外光吸收剂，优选相互具有协同效应的抗氧剂和紫外光吸收剂。所加入的抗氧剂、紫外光吸收剂的量和种类是可以变化的，正如涂料配方开发技术人员所清楚的。
根据需要可以向B组份中加入色浆以调成不同的颜色，所加入的色浆的量和种类应是合适的，正如本领域技术人员所知道的。
根据需要可以向B组份中加入必要的涂料助剂，如流平剂、润湿分散剂、消泡剂、防分色剂和防沉剂等，以提高涂膜的质量。所加入助剂的种类和量应是可以变化的且合适的，正如涂料配方开发技术人员所熟悉的。
本发明喷涂聚脲高强弹性防水涂料的A组份和B组份按1∶1的体积比使用。
本发明A组份和B组份按1∶1的体积比混合后其A、B组份之间的-NCO的物质的量与-NH2的物质的量之比是0.95-1.15。
本发明的喷涂聚脲高强弹性防水涂料可以通过高压动态撞击混合A组份和B组份来喷涂施工，喷涂设备可以使用美国Gusmer公司的H-3500或H-20/35主机和GX-7或GX-8喷枪，Glas-Craft公司的MX/MH主机和Probler喷枪，Graco公司的Hydra-Cat主机和Foam-Cat喷枪等。
制备并且测试一系列涂膜以评价A组份的合成方法对喷涂聚脲高强弹性防水涂膜性能的影响。可以观察到：与将聚醚一次性滴加入多异氰酸酯中以合成半预聚物的工艺相比，本发明将配方量的多异氰酸酯分两步滴加入聚醚中，第一步按n-OH/n-NCO＝1.05计量滴加完毕后并保温反应，使多异氰酸酯成为小分子扩链剂，充分反应扩链，更有利于提高聚合物的分子量，从而使所制备的喷涂聚脲高强弹性防水涂膜具有更高的强度、弹性和耐磨性；与由碳化二亚胺改性MDI合成的半预聚物作为A组分所制备的喷涂聚脲高强弹性防水涂膜相比，由碳化二亚胺改性MDI与2，4-MDI的含量为50％(重量份)的MDI组成的混合物合成的半预聚物作为A组分，所制备的喷涂聚脲高强弹性防水涂膜具有更高的拉伸强度、伸长率和抗撕裂性。另一个方面，在A组份的合成中选用碳化二亚胺改性MDI，可使所制备的喷涂聚脲高强弹性防水涂膜的耐热性和耐水性进一步得到改善。
本发明的喷涂聚脲高强弹性防水涂料具有无毒环保、快速固化、施工效率高、对施工环境的温度和湿度不敏感、立面厚涂不流挂、底材适应性好、涂膜强度高、柔韧性好、耐磨损、耐穿刺、耐撕裂、抗冲击、耐腐蚀等显著优势，有效克服了传统柔性防水涂料的以下缺陷：延伸率高而强度不足，在施工过程中容易受到外力损伤，且不宜外露使用；固化速度慢，立面厚涂时流挂现象严重，需多道施工才能达到设计厚度且涂层之间的施工间隔时间长，施工效率低；对施工环境的温度和湿度敏感，如在潮湿、低温环境中使用时，容易出现起泡、固化慢甚至不固化、附着力不良等；大多数固化反应型防水涂料都含有易挥发性溶剂，难以满足环境保护的要求；不耐穿刺，不能用于绿化屋面的耐根系穿刺防水层。因此，本发明的喷涂聚脲高强弹性防水涂料可用于各种建筑物和构筑物的高等级防水工程，如建筑物的屋面和地下室、人防工程、地铁、路桥、水池等的防水抗渗和混凝土保护，特别适合于绿化屋面的耐根系穿刺防水层，从而延长建筑物和构筑物的使用寿命。
本发明的喷涂聚脲高强弹性防水涂料由于其优异的综合性能，还可用于石油化工设施及火力发电设施的防腐、海洋与渔政设施的防护、矿山设备的耐磨防护、防滑耐磨地坪等领域。
具体实施方式
以下给出几个典型实施例，但本发明并不局限在以下实施例中。
实施例一：
将10份(重量份)邻苯二甲酸二异壬酯和30.4份(重量份)聚醚二元醇(分子量为2000、羟值为56mgKH/g)加入反应釜中，在90-100℃下减压脱水1-2小时，取样测定含水率，当含水率达到0.08％以下时，停止脱水。冷却至80-85℃并维持在该温度范围，边搅拌边向釜中滴加4.1份(重量份)MDI-100LL，滴加完毕后，在80-85℃温度范围继续反应2小时。然后维持在80-85℃温度范围，边搅拌边向釜中滴加剩余的55.5份(重量份)MDI-100LL，滴加完毕后继续保温反应2小时，取样测定-NCO％。冷却至40℃以下，加入消泡剂并搅拌15分钟，出料。由此制得含-NCO为16.0％(重量份)的A组份。
将56份(重量份)JEFFAMINET-5000、19.9份(重量份)DETDA-80、15.1份(重量份)Ethacure300、7份(重量份)活性氧化镁、1.5份(重量份)色浆和0.5份(重量份)助剂加入拉缸中，高速搅拌分散，由此制得B组份。
A、B组份通过美国Gusmer公司的H-20/35主机和GX-8喷枪按体积比1∶1喷涂形成聚脲防水涂膜，该涂膜的主要物理性能见表1。
          表1   实施例一的喷涂聚脲防水涂膜主要物理性能
  项目   指标   项目   指标
  凝胶时间，秒   5   耐磨性，750g/500r，失重g   0.015
  抗拉强度，MPa   11.5   低温弯折性，℃   -35℃无裂纹
  断裂伸长率，％   325   不透水性(0.3MPa 30min)   不透水
  撕裂强度，kN/m   45   潮湿基面粘接强度，MPa   1.0
  抗冲击，kg.cm   50   干燥基面粘接强度，MPa   2.0
实施例2：
预先将MDI-100LL和MDI-50按重量比1∶1混合均匀，制得多异氰酸酯混合物I，用于以下合成工艺。
将8份(重量份)邻苯二甲酸二异壬酯和40.1份(重量份)聚醚二元醇(分子量为2000、羟值为56mgKH/g)加入反应釜中，在90-100℃下减压脱水1-2小时，取样测定含水率，当含水率达到0.08％以下时，停止脱水。冷却至80-85℃并维持在该温度范围，边搅拌边向釜中滴加5.14份(重量份)多异氰酸酯混合物I，滴加完毕后，在80-85℃温度范围继续反应2小时。然后维持在80-85℃温度范围，边搅拌边向釜中滴加剩余的46.76份(重量份)多异氰酸酯混合物I，滴加完毕后继续保温反应2小时，取样测定-NCO％。冷却至40℃以下，加入消泡剂并搅拌15分钟，出料。由此制得含-NCO为14.5％(重量份)的A组份。
将38份(重量份)JEFFAMINET-5000、22份(重量份)JEFFAMINED-2000、15.0份(重量份)DETDA-80、16.0份(重量份)Ethacure300、7份(重量份)活性氧化镁、1.5份(重量份)色浆和0.5份(重量份)助剂加入拉缸中，高速搅拌分散，由此制得B组份。
A、B组份通过美国Gusmer公司的H-20/35主机和GX-8喷枪按体积比1∶1喷涂形成聚脲防水涂膜，该涂膜的主要物理性能见表2。
          表2  实施例二的喷涂聚脲防水涂膜主要物理性能
  项目   指标   项目   指标
  凝胶时间，秒   8   耐磨性，750g/500r，失重g   0.012
  抗拉强度，MPa   13   低温弯折性，℃   -35℃无裂纹
  断裂伸长率，％   400   不透水性(0.3MPa 30min)   不透水
  撕裂强度，kN/m   49   潮湿基面粘接强度，MPa   0.9
  抗冲击，kg.cm   50   干燥基面粘接强度，MPa   2.2
注解：
n-OH：羟基的物质的量
n-NCO：异氰酸酯基的物质的量
MDI-100LL：碳化二亚胺改性MDI，由烟台万华聚氨酯股份公司出品。
MDI-50：二苯甲烷二异氰酸酯的三种异构体(包括4，4′-MDI、2，4′-MDI和2，2′-MDI)的混合物，其中异构体2，4′-MDI的含量占50％(重量份)。由烟台万华聚氨酯股份公司出品。
JEFFAMINET-5000：一种相对分子质量为5000的脂肪族伯胺封端的聚氧化丙烯三胺，由美国Huntsman公司出品。
JEFFAMINED-2000：一种相对分子质量为5000的脂肪族伯胺封端的聚氧化丙烯二胺，由美国Huntsman公司出品。
DETDA-80：二乙基甲苯二胺，由美国Lonza公司出品。
Ethacure300：二甲硫基甲苯二胺，由美国Albemarle公司出品。

Claims (10)

1.一种喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：由A、B两组份组成，其中A组份是在非挥发性液体的非异氰酸酯反应性稀释剂存在下，由聚醚多元醇与化学计量过量的低官能度多异氰酸酯反应合成的半预聚物，按重量份计，聚醚多元醇用量为28-50％，多异氰酸酯用量为41-60％，稀释剂用量为8-12％；B组份包括胺封端聚醚树脂、胺链增长剂、活性填料，按重量份计，胺封端聚醚树脂用量为28-65％，胺链增长剂用量为27-64％、活性填料用量为4-8％；使用时，A组份和B组份按1∶1的体积比混合；
上述A组份的合成方法：将精确计量的非挥发性液体的非异氰酸酯反应性稀释剂和聚醚多元醇加入反应釜中，在90-100℃下减压脱水1-2小时，取样测定含水率，当含水率达到0.08％以下时，停止脱水，冷却至80-85℃并维持在该温度范围，边搅拌边向釜中滴加精确计量的第一部分多异氰酸酯，该步骤加入的多异氰酸酯的重量按n-OH/n-NCO＝1.05计算，滴加完毕后，在80-85℃温度范围继续反应2小时，然后维持在80-85℃温度范围，边搅拌边向釜中滴加剩余的多异氰酸酯，滴加完毕后继续保温反应2小时，冷却出料，即得到异氰酸酯基的含量在12-16％之间的A组分。
2.根据权利要求1的喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：所述的多异氰酸酯选自碳化二亚胺改性MDI、2，4-MDI的含量为35-50％重量份的MDI或它们的混合物。
3.根据权利要求1的喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：所述的多异氰酸酯选自由碳化二亚胺改性MDI与2，4-MDI的含量为50％重量份的MDI组成的混合物。
4.根据权利要求1的喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：所述的聚醚多元醇选自聚醚二元醇、聚醚三元醇或它们的混合物。
5.根据权利要求1的喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：所述的非挥发性液体的非异氰酸酯反应性稀释剂选自邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或碳酸亚烷基酯其中的一种或两种的混合。
6.根据权利要求1的喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：所述的非挥发性液体的非异氰酸酯反应性稀释剂选自邻苯二甲酸二异壬酯。
7.根据权利要求1的喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：所述的胺链增长剂包括2，4-二氨基-3-甲硫基-5-丙基甲苯、3，5-二甲硫基甲苯二胺、3，5-二乙基甲苯二胺、4，4′-双仲丁氨基二苯基甲烷、1，4-双仲丁氨基苯、2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯、4，4′-亚甲基双(2，6-二异丙基)苯胺、4，4′-亚甲基双(2，6-二乙基)苯胺、脂肪族多元胺，选取其中的一种或者其中两种或两种以上的混合物。
8.根据权利要求1的喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：所述的活性填料选自活性氧化锌或活性氧化铝或活性氧化镁。
9.根据权利要求1的喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：所述的活性填料选自活性氧化镁。
10.根据权利要求1的喷涂聚脲高强弹性防水涂料，其特征在于：它是通过高压动态撞击混合A组份和B组份来喷涂施工。
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