單組分聚脲型聚氨酯塗料及其製備方法
2023-04-30 00:58:51 2
專利名稱：單組分聚脲型聚氨酯塗料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種封閉型聚氨酯塗料，特別涉及一種單組分聚脲型聚氨酯塗料及其 製備方法。
背景技術：
聚氨酯塗料性能優異且價格適中，廣泛應用於地下工程、橋梁、港口、輪船等領域。 這些領域具有基面潮溼、環境溼度大的特點，一般採用溼固化的聚氨酯塗料。溼固化的聚氨 酯塗料可分為雙組份和單組份塗料。由於環境的限制，雙組份溼固化的聚氨酯塗料現場配 制不方便，而且容易造成浪費，而單組份溼固化的聚氨酯塗料的性能固定、使用方便，是施 工單位理想的塗料。目前用於該領域的單組份溼固化聚氨酯的固含量一般在70%以下。由於端NCO基 與水反應生成的CO2容易殘留在塗層中，從而影響塗層的裝飾性能和機械性能，特別是對於 較厚的塗層，對性能的影響尤其明顯，如大大降低塗層的硬度、拉伸強度和延伸率，所以端 NCO的單組份溼固化聚氨酯塗料的應用受到影響。另外為達到所需的操作粘度，目前的單組 份聚氨酯塗料通常含有一定的有機溶劑，不僅帶來物質的浪費，易燃易爆，而且隨著環保對 VOC(有機揮發分)的排放限制，其應用也受到限制。為解決上述缺點，封端技術日益得到發展。封端技術包括封閉異氰酸酯和封閉能 夠與異氰酸酯反應的官能團。用來封閉異氰酸酯的主要化合物是常見的封端劑有酚類、醇類、肟類、咪唑啉類、 醯胺類、亞硫酸氫鹽、胺類、其他具有羥基的化合物等含有活潑氫的化合物，例如於2009年 5月6日授權公告的中國專利CN100484978C、於2009年8月19日授權公告的中國專利 CN100528920C、於2007年9月5日授權公告的中國專利CN100335520C、於1994年10月4日 授權公開的美國專利US5，352，755、於1997年4月10日公開的PCT國際申請WO 97/12924、 於1996年11月27日公布的歐洲專利EP0744423A1。但是，打開這種封閉需要採取較高的 反應溫度，不適宜在常溫下使用。封閉能夠與異氰酸酯反應的官能團也有報導。例如，於1997年2月12日公開的 中國專利申請公開CN 1142521A公開了一種一元和二元聚氨酯塗料組合物，其提供的技術 方案能夠對與異氰酸酯反應的官能團進行封閉，並且作為活性稀釋劑，但體系仍然含有NCO 基，不能有效降低CO2的產生，並且貯存性受到影響。例如，於1998年8月5日公開的中國 專利申請公開CN1189817A公開了一種酮亞胺固化劑及由其製得的快速固化磁性記錄介質 和薄膜，其將特定的酮亞胺和未封閉的芳族異氰酸酯為端基的預聚物交聯劑結合成穩定的 成膜組合物。例如，於2010年1月20日公開的中國專利申請公開CN 101629047A公開了 一種噴塗型聚氨酯防水材料及其應用技術，其採取酮與多元伯胺反應生成酮亞胺，在使用 時酮亞胺與水反應生成胺，再與異氰酸酯基團反應。但是在這些體系中，仍然含有NCO基， 由於酮亞胺會與異氰酸酯基團緩慢反應，難以製成穩定的單組份塗料，多用作雙組份體系。針對單獨封閉技術，江蘇科學出版社於2002年出版的由朱呂民編著的聚氨酯合成材料在第7章給出了採用雙封閉單組分聚脲型聚氨酯漆。其封閉能夠與異氰酸酯反應 的官能團(即脂肪胺)。但是這種技術的不足之處在於，小分子脂肪胺在體系中類似於擴 鏈劑，缺乏柔性鏈段，使得成膜物的抗衝擊性等性能下降，而大分子的脂肪胺在常溫下為固 體，用於塗料體系通常要加入有機溶劑。此外，針對雙封閉單組分聚脲型聚氨酯漆，由於塗布後聚氨酯漆存在著異氰酸酯 封端劑和脂肪胺封端劑，這兩種殘留物對於雙封閉單組分聚脲型聚氨酯漆的性能產生影 響。例如酚類化合物常用作異氰酸酯封端劑，而酚類化合物是一種原型質毒物，能使蛋白 質凝固，對一切生活個體都有毒殺作用，如果不加以處理，殘留在成膜物中的酚類物質，對 環境和人體都會帶來潛在的傷害。酮常用作胺的封端劑，如上所述的中國專利申請公開 CN1189817A採用了 3-甲基_2_ 丁酮作為封端劑，但是該封端劑為易燃易爆物質，不適宜應 用，因此有必要對酮進行選擇或減少用量。
發明內容
針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在於提供一種單組分聚脲型聚氨酯塗 料及其製備方法，其無需溶劑且能對塗布過程產生的酚類封端劑進行處理。本發明的另一目的在於提供一種單組分聚脲型聚氨酯塗料及其製備方法，其採用 了合適的酮類封端劑，以降低易燃易爆的危險性以及減少酮類封端劑的用量。針對本發明的目的，在第一方面，本發明提供了一種單組分聚脲型聚氨酯塗料，包 括採用酚類封端劑封端的異氰酸酯基預聚物、封端的聚醚胺、以及氧化鈣。針對本發明的目的，在第二方面，本發明提供了一種單組分聚脲型聚氨酯塗料的 製備方法，包括製備封端的異氰酸酯基預聚物；製備封端的聚醚胺；將封端的異氰酸酯基 預聚物和封端的聚醚胺按照比例進行混合；以及加入氧化鈣，以製成單組份聚脲型聚氨酯 塗料。依據本發明的單組份聚脲型聚氨酯塗料及其製備方法中，聚醚胺封端劑包括環己 酮、環戊酮、二苯酮、苯乙酮或它們混合物組成的組。在依據本發明的單組份聚脲型聚氨酯塗料及其製備方法中，由於採用了聚醚胺， 避免引入有機溶劑，且具有更好的抗衝擊性能和伸長率。在依據本發明的單組份聚脲型聚氨酯塗料及其製備方法中，由於採用氧化鈣和酚 類封端劑，在塗布施工中氧化鈣與水反應形成氫氧化鈣，氫氧化鈣與酚類封端劑反應，從而 有效地處理了塗布過程產生的酚類封端劑。在依據本發明的單組份聚脲型聚氨酯塗料及其製備方法中，基於本發明採用酮類 封端劑，可減少易燃易爆的危險性以及酮類封端劑的用量。
具體實施例方式現在詳細說明本發明的單組份聚脲型聚氨酯塗料及其製備方法。首先簡單說明一下本發明的單組份聚脲型聚氨酯塗料的技術構思。封端的異氰酸酯基預聚物和封端的聚醚胺(聚醚胺的封端反應如化學式(1)所 示)進行混合，加入氧化鈣以及其他可選物質(例如催化劑、填充劑、助劑等)，製成單組份 聚脲型聚氨酯塗料。在施工塗布時，如化學式(2)和化學式(3)所示，基材或環境中的水分將封端的聚醚胺分解成聚醚胺封端劑和聚醚胺，聚醚胺與封端的異氰酸酯基預聚物反應生 成聚脲型聚氨酯和酚類封端劑，而氧化鈣與水反應形成氫氧化物，進而氫氧化物與酚類封 端劑反應而反應物作為沉澱物留存在塗布的塗料中，聚醚胺封端劑全部或部分揮發掉。
權利要求
1.一種單組分聚脲型聚氨酯塗料，包括採用酚類封端劑封端的異氰酸酯基預聚物，其 特徵在於，所述單組分聚脲型聚氨酯塗料還包括封端的聚醚胺和氧化鈣。
2.根據權利要求1所述的單組分聚脲型聚氨酯塗料，其特徵在於，封端異氰酸酯基預 聚物採用的異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(TDI)、苯二亞甲基二異氰酸酯(XDI)、1，6-己二 異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、它們的衍生物和/或混合物，酚類封端劑為 苯酚和1-4個碳原子的烷基取代的苯酚，異氰酸酯基預聚物中NCO與其封端劑的當量比為 1 1 1 2，優選 0.9 1 1 1，更優選 0.96 1 1 1。
3.根據權利要求1所述的單組分聚脲型聚氨酯塗料，其特徵在於，封端的聚醚胺中的 聚醚胺為聚氧丙烯二胺、聚氧乙烯二胺、聚氧丙烯三胺、聚氧乙烯三胺或它們混合物組成的 組，封端的聚醚胺採用的封端劑為環己酮、環戊酮、二苯酮、苯乙酮或它們混合物組成的組， 聚醚胺與其封端劑的當量比為0.8 1 1 1，更優選0.9 1 1 1。
4.根據權利要求1所述的單組分聚脲型聚氨酯塗料，其特徵在於，異氰酸酯基預聚物 中NCO官能度為2 3，數均分子量為450 10000。
5.根據權利要求1所述的單組分聚脲型聚氨酯塗料，其特徵在於，聚醚胺的數均分子 量為200 5000。
6.根據權利要求1所述的單組分聚脲型聚氨酯塗料，其特徵在於，異氰酸酯基預聚物 中的NCO與聚醚胺中的NH2的當量之比為2 1 2.2 1。
7.依據權利要求1所述的單組分聚脲型聚氨酯塗料，其特徵在於，氧化鈣為0.85 5重量份。
8.根據權利要求1所述的單組分聚脲型聚氨酯塗料，其特徵在於，所述單組分聚脲型 聚氨酯塗料還包括催化劑，所述催化劑為三乙胺、1，4_ 二氮雜二環-[2. 2. 2]辛烷、氧化二 丁基錫、二辛酸錫或二月桂酸二丁錫、二(2-乙基己酸)錫，所述催化劑為0. 05 0.2重量 份。
9.一種單組分聚脲型聚氨酯塗料的製備方法，用於製備依據權利要求1-8任一項所述 的單組分聚脲型聚氨酯塗料，包括步驟製備封端的異氰酸酯基預聚物；製備封端的聚醚胺；將封端的異氰酸酯基預聚物和封端的聚醚胺按照比例進行混合；以及加入氧化鈣，以製成單組份聚脲型聚氨酯塗料。
10.根據權利要求9所述的單組分聚脲型聚氨酯塗料的製備方法，其特徵在於，在加入 氧化鈣的同時、之前或之後，加入所述催化劑。
全文摘要
本發明提供了一種單組分聚脲型聚氨酯塗料及其製備方法，所述塗料包括採用酚類封端劑封端的異氰酸酯基預聚物、封端的聚醚胺、以及氧化鈣。所述製備方法包括製備封端的異氰酸酯基預聚物；製備封端的聚醚胺；將封端的異氰酸酯基預聚物和封端的聚醚胺按照比例進行混合；以及加入氧化鈣，以製成單組份聚脲型聚氨酯塗料。本發明的塗料貯存穩定性好、不含溶劑，不釋放或較少釋放CO2氣體，乾燥迅速、附著力強、耐潮、耐水、耐鹽，可作為地下工程、橋梁、港口、輪船等領域的防護塗料。
文檔編號C09D7/12GK102101967SQ20101059696
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者葉衛, 張武英, 徐玲, 林峰, 王書元 申請人:中核深圳凱利集團公司, 深圳職業技術學院