CN109251292B - 聚氨酯潜固化剂及单组份聚氨酯防水涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚氨酯潜固化剂，其结构式为R1—CH══N—R2—N══CH—R3，其中，R1、R2、R3为烷基或芳基或烷芳基，所述潜固化剂的分子量不高于300。本发明还公开了采用上述潜固化剂的单组份聚氨酯防水涂料及其制备方法。本发明提供了一种聚氨酯潜固化剂，稳定性好，采用其制得的单组份聚氨酯防水涂料更加耐储存，保质期更长；单位质量的聚氨酯潜固化剂能提供更多‑NH2基团，用量小，应用成本低。本发明公开的聚氨酯防水涂料对人体伤害小，对环境友好，具有优良的储存稳定性，同时所得到的涂层性能优异，具有优异的拉伸强度和撕裂强度，可直接采用现有的生产工艺及生产设备制备，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及建筑防水涂料领域，特别是涉及一种聚氨酯潜固化剂及单组份聚氨酯防水涂料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯防水涂料属于化学反应型防水涂料，固化后是一种橡胶状的高弹性涂膜，涂膜整体无缝，因其优异的综合性能，被业界称之为“液体卷材”，在世界范围内广泛应用。我国聚氨酯防水涂料经过了20多年的发展，产品种类丰富，性能优异，在建筑防水行业占据重要的地位。
传统的双组份聚氨酯防水涂料施工要求严格，对工人的技术水平要求较高，且施工麻烦；而单组份的聚氨酯防水涂料，不需要两组份的混合，开封后，可直接涂布使用，极大的降低了施工难度。就目前而言，单组份聚氨酯防水涂料主要有湿气固化型和潜固化型两种，湿气固化型高性能单组份聚氨酯防水涂料在涂膜干燥过程中，由于-NCO基团对湿气高度敏感，易在涂膜中产生缩孔、针孔、暗泡等缺陷，而潜固化型高性能单组份聚氨酯防水涂料通常使用的潜固化剂则往往存在用量较大、应用成本高、涂料成品储存性能差的缺点。
发明内容
为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种能够在密封干燥的环境中长期稳定存在，用量小，且应用成本低的聚氨酯潜固化剂。
本发明还提供采用上述潜固化剂的单组份聚氨酯防水涂料及制备方法，该防水涂料具有优秀的储存稳定性，且无毒无污染，涂层性能优异。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：
一种聚氨酯潜固化剂，其结构式为R1—CH══N—R2—N══CH—R3，其中，R1、R2、R3为烷基或芳基或烷芳基，所述潜固化剂的分子量不高于300。
现有技术中多采用大分子型的潜固化剂，分子量至少500，然而当潜固化剂分子量过大时，导致必须使用相对大的潜固化剂用量，这可使得潜固化剂的应用变得较为昂贵，应用成本高。本发明所提供的是一种小分子的醛亚胺型聚氨酯潜固化剂，单位质量的聚氨酯潜固化剂能提供更多-NH2基团，用量小，应用成本低，其水解生成的-NH2基团与-NCO形成脲键基团，提升了高性能单组份聚氨酯防水涂料的理化性能。相对于其他潜固化剂，本发明所提供的聚氨酯潜固化剂具有更高的化学稳定性，采用其制得的单组份聚氨酯防水涂料更加耐储存，保质期更长。
作为其中的一种实施方式，R1和R3为具有1～4个碳原子的烷基，R2为烷基或芳基或烷芳基。
作为其中的一种实施方式，采用二元胺和正烷基醛反应制得。本发明优选采用低分子量及分子结构规整、对称的二元胺及醛，反应活性很高，因此合成反应能达到很高的反应程度，只需在合成反应进行过程中及时分离掉生成产物中的水，使得合成反应正向进行更加彻底。
作为其中的一种实施方式，所述聚氨酯潜固化剂根据以下方法制备而成：
S1：在氮气保护下向反应釜投入1,6-己二胺和水，在搅拌下向反应釜滴入正丁醛或丙醛；
S2：待反应完全后，在负压下除去水及挥发性成分，得到聚氨酯固化剂。
作为其中的一种实施方式，所述聚氨酯潜固化剂根据以下方法制备而成：
S1：在氮气保护下向反应釜投入正丁醛或丙醛以及甲苯，在搅拌下向反应釜中加入苯二胺，回流反应3小时；
S2：在负压下除去水及挥发性成分，得到聚氨酯固化剂。
本发明所提供的聚氨酯潜固化剂制备工艺简单，反应条件要求低，通常直接在室温条件下即可，制备过程简单，反应时间短，制备成本低廉。本发明由于采用的是低分子量及分子结构规整、对称的二元胺和醛，其反应活性很高，因此该合成反应具有很高的反应程度，且合成反应进行过程中及时分离掉生成产物中的水，使得合成反应正向进行的彻底，未能参与反应而残留的-NH2基团极少，因此本发明所制得的聚氨酯潜固化剂无需提纯即可直接添加至聚氨酯防水涂料中，不会在加入涂料体系中与-NCO基团起反应而影响成品粘度。
优选地，胺与醛的摩尔比为：胺∶醛＝1∶(2.1～2.6)。进一步优选地，胺与醛的摩尔比为：胺∶醛＝1∶(2.2～2.4)。
一种采用上述的聚氨酯潜固化剂的单组份聚氨酯防水涂料，以质量百分比计，由以下组份制备而成：二异氰酸酯2％～6.7％、聚合物多元醇25％～50％、粉体填料30％～50％、液体填料10％～20％、聚氨酯潜固化剂1％～2.5％、催化剂0.01％～0.5％，稀释剂1％～14％。
优选地，上述单组份聚氨酯防水涂料，以质量百分比计，由以下组份制备而成：二异氰酸酯4％～6％、聚合物多元醇25％～35％、粉体填料35％～42％、液体填料12％～15％、聚氨酯潜固化剂1.8％～2.5％、催化剂0.1％～0.4％，稀释剂9％～13％。
作为其中的一种实施方式，所述二异氰酸酯为液化二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的至少一种；所述聚合物多元醇为聚氧化丙烯二醇(PPG)、聚氧化丙烯三醇(PPT)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)、聚碳酸亚丙酯二醇(PPC)、聚碳酸酯二醇(PCD)中的至少一种；所述粉体填料为滑石粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、高岭土中的至少一种；所述液体填料为氯化石蜡(CP)、邻苯二甲酸二异壬酯、液体石油树脂中的至少一种；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙胺、异辛酸铋中的至少一种。
本发明提供了一种不含有游离TDI的潜固化型单组份聚氨酯防水涂料，无毒无污染，在生产和施工过程中对操作人员的健康伤害很小，对环境友好。本发明采取添加大量聚合物多元醇方法，大大降低了二异氰酸酯的用量，进一步减轻对接触人员及环境的危害。同时本发明采用自制聚氨酯潜固化剂，具有优良的储存稳定性，同时所得到的涂层性能优异，具有优异的拉伸强度和撕裂强度。
一种上述的单组份聚氨酯防水涂料的制备方法，具体步骤如下：
SⅠ：将配方中所述聚合物多元醇、粉体填料、液体填料投入分散釜中进行高速分散0.5小时，然后转移至反应釜中加热升温并开始抽真空，在温度110±5℃下连续脱水3小时；
SⅡ：脱水完毕后，降温到80±5℃，加入二异氰酸酯，保温在80±5℃搅拌反应3小时；
SⅢ：降温至75±5℃，加入催化剂，保温在75±5℃反应0.5小时；
SⅣ：保温在75±5℃，加入聚氨酯潜固化剂，保温搅拌0.5小时；
SⅤ：加入稀释剂，降温至60±5℃，真空下脱泡10分钟，然后过滤即得到产品。
与现有技术比较，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种聚氨酯潜固化剂，稳定性好，采用其制得的单组份聚氨酯防水涂料更加耐储存，保质期更长。
(2)本发明所提供的潜固化剂单位质量的聚氨酯潜固化剂能提供更多-NH2基团，用量小，应用成本低。
(3)本发明所提供的潜固化剂制备工艺简单，反应条件要求低，制备成本低，且反应程度高，适合大批量生产，且制得的产品无需提纯即可直接添加至聚氨酯防水涂料中，不会在加入涂料体系中时与异氰酸酯基团起反应而影响成品粘度。
(4)本发明还提供了采用上述潜固化剂的单组份聚氨酯防水涂料及其制备方法，该聚氨酯防水涂料对人体伤害小，对环境友好，且具有优良的储存稳定性，同时所得到的涂层性能优异，具有优异的拉伸强度和撕裂强度。另外，其制备工艺与普通型单组份聚氨酯防水涂料制备工艺无差异，可直接采用现有的生产工艺及生产设备，生产成本低，非常适合工业化大批量生产。
(5)本发明所提供的单组份聚氨酯防水涂料采用潜固化的方式，控制-NCO基团含量在合理范围内，形成聚氨酯基团和聚脲基团相互嵌段的结构，得到的涂层综合性能更好。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步详细地说明。
实施例1
以质量百分比计，本实施例中的高性能单组份聚氨酯防水涂料的原料包括如下组分：
其中，催化剂为质量比2:8的三乙胺和二月桂酸二丁基锡混合物；聚氧化丙烯三醇330N的分子量为4800，聚氧化丙烯二醇2000D的分子量为2000。
自制潜固化剂A的制备方法为：在氮气保护下于圆底烧瓶中投入116.20g1,6-己二胺和50g水，在快速搅拌下，从滴液漏斗加入160.00g正丁醛，然后在负压下除去水及其它挥发性成分(-0.1MPa)，得产物潜固化剂A。
上述单组份聚氨酯防水涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将按照配方配比的聚氧化丙烯三醇330N、聚氧化丙烯二醇2000D、PTMG2000、滑石粉、重质碳酸钙、邻苯二甲酸二异壬酯投入分散釜中进行高速分散0.5小时，然后转移至反应釜中加热升温并开始抽真空，在温度110±5℃下连续脱水3小时，真空度需小于-0.09MPa；
(2)脱水完毕后，降温到80±5℃，加入液化MDI，保温在80±5℃搅拌反应3小时；
(3)降温至75±5℃，加入催化剂，保温在75±5℃反应0.5小时；
(4)保温在75±5℃，加入自制潜固化剂A，保温搅拌0.5小时；
(5)加入稀释剂，降温至60±5℃，在真空度-0.08MPa～-0.1MPa脱泡10分钟，然后用100目双层滤网过滤放料包装即可。
实施例2
以质量百分比计，本实施例中的高性能单组份聚氨酯防水涂料的原料包括如下组分：
其中，所述催化剂为质量比2:8的三乙胺和辛酸亚锡混合物。
自制潜固化剂B的制备方法为：在氮气保护下于圆底烧瓶中投入116.20g 1,6-己二胺和50g水，在快速搅拌下，从滴液漏斗加入130.00g丙醛，然后在负压下除去水及其它挥发性成分(-0.1MPa)，得产物潜固化剂B。
高性能单组份聚氨酯防水涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将按配方配比的聚氧化丙烯三醇330N、PTMG2000、滑石粉、轻质碳酸钙、CP52、液体石油树脂投入分散釜中进行高速分散0.5小时，然后转移至反应釜中加热升温并开始抽真空，在温度110±5℃下连续脱水3小时，真空度需小于-0.09MPa；
(2)脱水完毕后，降温到80±5℃，加入液化MDI和HMDI，保温在80±5℃搅拌反应3小时；
(3)降温至75±5℃，加入催化剂，保温在75±5℃反应0.5小时；
(4)保温在75±5℃，加入自制潜固化剂B，保温搅拌0.5小时；
(5)加入稀释剂，降温至60±5℃，在真空度-0.08MPa～-0.1MPa脱泡10分钟，然后用100目双层滤网过滤放料包装即可。
实施例3
以质量百分比计，本实施例中的高性能单组份聚氨酯防水涂料的原料包括如下组分：
其中，所述催化剂为质量比4:6的异辛酸铋和辛酸亚锡混合物。
其中，自制潜固化剂C的制备方法为：在氮气保护下于圆底烧瓶中投入160.00g正丁醛和40g甲苯，在快速搅拌下，加入108.14g苯二胺，回流反应3小时，然后在负压下除去水及其它挥发性成分(-0.1MPa)，得产物。
高性能单组份聚氨酯防水涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将按配方配比的聚氧化丙烯三醇330N、PCD2000、高岭土、重质碳酸钙、邻苯二甲酸二异壬酯、CP52投入分散釜中进行高速分散0.5小时，然后转移至反应釜中加热升温并开始抽真空，在温度110±5℃下连续脱水3小时，真空度需小于-0.09MPa；
(2)脱水完毕后，降温到80±5℃，加入PAPI和HMDI，保温在80±5℃搅拌反应3小时；
(3)降温至75±5℃，加入催化剂，保温在75±5℃反应0.5小时；
(4)保温在75±5℃，加入自制潜固化剂C，保温搅拌0.5小时；
(5)加入稀释剂，降温至60±5℃，在真空度-0.08MPa～-0.1MPa脱泡10分钟，然后用100目双层滤网过滤放料包装即可。
实施例4
以质量百分比计，本实施例中的高性能单组份聚氨酯防水涂料的原料包括如下组分：
其中，催化剂为异辛酸铋。
自制潜固化剂D的制备方法为：在氮气保护下于圆底烧瓶中投入130.00g丙醛和40g甲苯，在快速搅拌下，加入108.14g苯二胺，回流反应3小时，然后在负压下除去水及其它挥发性成分(-0.1MPa)，得产物自制潜固化剂D。
上述高性能单组份聚氨酯防水涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将按配方配比的聚氧化丙烯三醇330N、PPC2000、高岭土、滑石粉、邻苯二甲酸二异壬酯、液体石油树脂投入分散釜中进行高速分散0.5小时，然后转移至反应釜中加热升温并开始抽真空，在温度110±5℃下连续脱水3小时，真空度需小于-0.09MPa；
(2)脱水完毕后，降温到80±5℃，加入液化MDI和IPDI，保温在80±5℃搅拌反应3小时；
(3)降温至75±5℃，加入催化剂，保温在75±5℃反应0.5小时；
(4)保温在75±5℃，加入自制潜固化剂D，保温搅拌0.5小时；
(5)加入稀释剂，降温至60±5℃，在真空度-0.08MPa～-0.1MPa脱泡10分钟，然后用100目双层滤网过滤放料包装即可。
实施例5
以质量百分比计，本实施例中的高性能单组份聚氨酯防水涂料的原料包括如下组分：
其中，催化剂为质量比1:9的三乙胺和二月桂酸二丁基锡混合物。
自制潜固化剂D的制备方法为：在氮气保护下于圆底烧瓶中投入130.00g丙醛和40g甲苯，在快速搅拌下，加入108.14g苯二胺，回流反应3小时，然后在负压下除去水及其它挥发性成分(-0.1MPa)，得产物自制潜固化剂D。
上述高性能单组份聚氨酯防水涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将按配方配比的聚氧化丙烯二醇2000D、PPC-2000、PCD-2000、滑石粉、邻苯二甲酸二异壬酯投入分散釜中进行高速分散0.5小时，然后转移至反应釜中加热升温并开始抽真空，在温度110±5℃下连续脱水3小时，真空度需小于-0.09MPa；
(2)脱水完毕后，降温到80±5℃，加入IPDI，保温在80±5℃搅拌反应3小时；
(3)降温至75±5℃，加入催化剂，保温在75±5℃反应0.5小时；
(4)保温在75±5℃，加入自制潜固化剂D，保温搅拌0.5小时；
(5)加入稀释剂，降温至60±5℃，在真空度-0.08MPa～-0.1MPa脱泡10分钟，然后用100目双层滤网过滤放料包装即可。
实施例6
以质量百分比计，本实施例中的高性能单组份聚氨酯防水涂料的原料包括如下组分：
其中，催化剂为质量比3:7的三乙胺和辛酸亚锡混合物。
自制潜固化剂B的制备方法为：在氮气保护下于圆底烧瓶中投入116.20g 1,6-己二胺和50g水，在快速搅拌下，从滴液漏斗加入130.00g丙醛，然后在负压下除去水及其它挥发性成分(-0.1MPa)，得产物潜固化剂B。上述高性能单组份聚氨酯防水涂料的制备方法，步骤如下：
(1)将按配方配比的PTMG-1000、重质碳酸钙、高岭土、邻苯二甲酸二异壬酯、液体石油树脂投入分散釜中进行高速分散0.5小时，然后转移至反应釜中加热升温并开始抽真空，在温度110±5℃下连续脱水3小时，真空度需小于-0.09MPa；
(2)脱水完毕后，降温到80±5℃，加入HMDI和IPDI，保温在80±5℃搅拌反应3小时；
(3)降温至75±5℃，加入催化剂，保温在75±5℃反应0.5小时；
(4)保温在75±5℃，加入自制潜固化剂D，保温搅拌0.5小时；
(5)加入稀释剂，降温至60±5℃，在真空度-0.08MPa～-0.1MPa脱泡10分钟，然后用100目双层滤网过滤放料包装即可。
性能测试
对实施例1～6所提供的单组份聚氨酯防水涂料进行性能测试，具体测试方法参照GB/T16777-2008，具体测试结果如表1所示。
表1
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种单组份聚氨酯防水涂料，其特征在于，以质量百分比计，由以下组份制备而成：二异氰酸酯2％～6.7％、聚合物多元醇25％～50％、粉体填料30％～50％、液体填料10％～20％、聚氨酯潜固化剂1％～2.5％、催化剂0.01％～0.5％，稀释剂1％～14％；
所述聚氨酯潜固化剂的结构式为R1—CH═N—R2—N═CH—R3，R1、R2、R3为烷基，所述潜固化剂的分子量不高于300；
所述聚氨酯潜固化剂根据以下方法制备而成：
S1：在氮气保护下向反应釜投入1,6-己二胺和水，在搅拌下向反应釜滴入正丁醛或丙醛；
S2：待反应完全后，在负压下除去水及挥发性成分，得到聚氨酯固化剂。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯潜固化剂，其特征在于，所述1,6-己二胺与丁醛或丙醛的摩尔比为1∶(2.1～2.6)。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯潜固化剂，其特征在于，所述1,6-己二胺与丁醛或丙醛的摩尔比为1∶(2.2～2.4)。
4.根据权利要求1所述的单组份聚氨酯防水涂料，其特征在于，所述二异氰酸酯为液化二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种；和/或所述聚合物多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇中的至少一种；和/或所述粉体填料为滑石粉、重质碳酸钙、轻质碳酸钙、高岭土中的至少一种；和/或所述液体填料为氯化石蜡、邻苯二甲酸二异壬酯、液体石油树脂中的至少一种；和/或所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙胺、异辛酸铋中的至少一种。
5.根据权利要求1-4任一所述的单组份聚氨酯防水涂料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
SⅠ：将配方中所述聚合物多元醇、粉体填料、液体填料投入分散釜中分散0.5小时，然后转移至反应釜中加热升温并开始抽真空，在温度110±5℃下连续脱水3小时；
SⅡ：脱水完毕后，降温到80±5℃，加入二异氰酸酯，保温在80±5℃搅拌反应3小时；
SⅢ：降温至75±5℃，加入催化剂，保温在75±5℃反应0.5小时；
SⅣ：保温在75±5℃，加入聚氨酯潜固化剂，保温搅拌0.5小时；
SⅤ：加入稀释剂，降温至60±5℃，真空下脱泡10分钟，然后过滤即得到产品。
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