环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于涂料领域，特别是环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料及其制备方法。

背景技术：

2.随着我国工程建筑业的不断发展，人们对道路桥梁质量的要求也越来越高，对道路桥梁危害较大、最常见的就是水损害，在道路桥梁的防水防腐性能降低后，由于水的渗入和在温度及其它因素的影响下，会造成道路桥梁面层的松散、剥落，道路桥梁的强度降低，影响使用寿命。
3.现有技术cn 106905819 b，公开了一种水性环氧树脂涂料，“本发明涉及一种双组份水性环氧树脂涂料，属涂料化工领域。该水性环氧树脂涂料包括a组分和b组分，其中a组分包括：水性环氧树脂胶体30～50wt％、锌粉60～70wt％、石墨烯微片0.5～3wt％、颜填料和助剂10～20wt％；b组分为以对苯二胺作为主要胺类化合物的水性环氧固化剂；控制水性环氧乳液与水性环氧固化剂质量比为4～8:1。本发明制备的水性环氧树脂涂料操作简单，以水作为溶剂无vocs排放，得到的漆膜表面光滑平整、柔韧性好(≤1级)，附着力强(≤1级)，光泽度高，具有极好的耐酸、耐碱、耐水、耐盐雾性能。”然而,其制备的涂料的防水防腐性能较为一般，长时间使用后，容易出现腐蚀，大幅度的降低涂层的使用寿命。
4.因此，需要对现有技术进行进一步的改善。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，以解决现有技术中的不足。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，按重量份由以下成分制成：改性聚氨酯60-75份、改性稀土填料12-15份、木质素磺酸盐5-12份、消泡剂1-3份、钛白粉5-8份、纳米氢氧化镁2-5份、增塑剂1-4份、丙烯酸甲酯6-9份、硬脂酸3-5.8份、三硬脂酸甘油酯2-4份、六偏磷酸钠1-1.6份、抗冻剂0.5-1.0份、去离子水30-40份。
8.作为进一步的技术方案：所述改性聚氨酯制备方法包括：
9.(1)复合多元醇制备：
10.将二元醇、甲醇钾添加到反应釜中，缓慢加热至170℃，保温20min，然后再调节温度至155℃，搅拌反应30min，然后再滴加环氧丙醇，在2小时间里滴完，然后继续搅拌反应5小时，再经过回流冷却，即得复合多元醇；
11.(2)将复合多元醇、聚丙二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯依次添加到反应釜中，搅拌，得到反应料；
12.(3)将反应料添加到真空反应釜中，然后添加潜固化剂及催化剂，抽真空，调节温度至140℃，保温搅拌2小时，得到改性聚氨酯。
13.作为进一步的技术方案：所述二元醇为丁二醇、乙二醇按2:1质量比混合。
14.作为进一步的技术方案：所述二元醇、甲醇钾、环氧丙醇混合质量比为5:2:1。
15.作为进一步的技术方案：所述催化剂为催化剂t-12；
16.所述潜固化剂为潜固化剂403；
17.所述反应料、催化剂t-12、潜固化剂403混合质量比为40:1:2.5。
18.作为进一步的技术方案：所述抽真空的真空度为0.05pa。
19.作为进一步的技术方案：所述改性稀土填料制备方法为：
20.将稀土、膨润土按1:15质量比例混合后，进行球磨，球料比为10:1，球磨转速为1000r/min，球磨处理2小时，得到改性稀土填料；
21.所述膨润土为纳米膨润土；
22.所述稀土为稀土氧化镧。
23.作为进一步的技术方案：所述消泡剂为有机硅消泡剂；
24.所述增塑剂为邻苯二甲酸三丁酯；
25.所述抗冻剂为尿素。
26.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料的制备方法：包括以下步骤：
27.(1)按重量份称取各原料组分；
28.(2)将改性聚氨酯、改性稀土填料、添加到去离子水中，然后再在高速剪切机中进行高速剪切处理，形成均匀分散的乳液；
29.(3)调节上述得到的乳液温度至80℃，保温30min；
30.(4)向上述乳液中继续依次添加木质素磺酸盐、消泡剂、钛白粉、纳米氢氧化镁、增塑剂、丙烯酸甲酯、硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、六偏磷酸钠、抗冻剂，进行高速搅拌30min，自然冷却至室温，即可。
31.作为进一步的技术方案，所述高速剪切的速度为3000r/min。
32.传统的填料补强体系均具有一定的局限性，本技术通过引入改性稀土填料能够大幅度的改善涂料的性能，本发明制备的改性稀土填料具有粒度小、分散性好、比表面积大、径厚比高、吸附性好等特点，具有优异的补强效果，通过将本发明制备的改性稀土填料，应用于防水涂料中能产生较多积极的效果，对于涂料防水防腐性能的提升具有显著的促进作用。
33.稀土氧化物因独特的4f轨道电子结构、丰富的能级跃迁、极大的原子磁矩、较强的自旋轨道耦合等特性，本发明通过将其与膨润土进行结合，得到复合填料，能够改善传统单一填料的局限性，对涂料的力学性能具有同样较好的补强作用。
34.通过引入本发明制备的改性稀土填料制备的防水防腐桥梁涂料断裂伸长率较高，而以传统的单一膨润土为填料制备的防水涂料断裂伸长率较低，这是由于本发明制备的改性稀土填料的特殊结构，能吸附涂料大分子链到晶格夹层中，且在电荷不平衡的情况下，层间的k
+
会被ca
2+
、mg
2+
等取代，同时，改性稀土填料粒度小，在高分子相中分散性好，这些都使得改性稀土填料与涂料体系的相容性优于传统填料，较好的相容性使得其对大分子链运动的阻碍(即内摩擦)在较低的水平，从而达到增强增韧的效果，而传统的膨润土的比表面积大，吸油值高，对大分子链段的吸附作用强，从而使得分子链滑移困难，以其为填料制备的防水涂料断裂伸长率较低。
35.有益效果：
36.本发明通过对聚氨酯进行改性处理，大幅度的改善了聚氨酯的结构特点，从而显著的改善提高了涂层的防水防腐性能，并且，由于改性后的聚氨酯大分子链与其他组分之间结合更加紧密，形成致密的网络结构，从而大幅度的改善了涂层的力学性能，尤其是拉伸性能和耐冲击性能得到明显的提高。
附图说明
37.图1是不同改性稀土填料添加量对涂料断裂伸长率的影响。
具体实施方式
38.实施例1
39.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，按重量份由以下成分制成：改性聚氨酯60份、改性稀土填料12份、木质素磺酸盐5份、消泡剂1份、钛白粉5份、纳米氢氧化镁2份、增塑剂1份、丙烯酸甲酯6份、硬脂酸3份、三硬脂酸甘油酯2份、六偏磷酸钠1份、抗冻剂0.5份、去离子水30份。
40.作为进一步的技术方案：所述改性聚氨酯制备方法包括：
41.(1)复合多元醇制备：
42.将二元醇、甲醇钾添加到反应釜中，缓慢加热至170℃，保温20min，然后再调节温度至155℃，搅拌反应30min，然后再滴加环氧丙醇，在2小时间里滴完，然后继续搅拌反应5小时，再经过回流冷却，即得复合多元醇；
43.(2)将复合多元醇、聚丙二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯依次添加到反应釜中，搅拌，得到反应料；
44.(3)将反应料添加到真空反应釜中，然后添加潜固化剂及催化剂，抽真空，调节温度至140℃，保温搅拌2小时，得到改性聚氨酯。
45.作为进一步的技术方案：所述二元醇为丁二醇、乙二醇按2:1质量比混合。
46.作为进一步的技术方案：所述二元醇、甲醇钾、环氧丙醇混合质量比为5:2:1。
47.作为进一步的技术方案：所述催化剂为催化剂t-12；
48.所述潜固化剂为潜固化剂403；
49.所述反应料、催化剂t-12、潜固化剂403混合质量比为40:1:2.5。
50.作为进一步的技术方案：所述抽真空的真空度为0.05pa。
51.作为进一步的技术方案：所述改性稀土填料制备方法为：
52.将稀土、膨润土按1:15质量比例混合后，进行球磨，球料比为10:1，球磨转速为1000r/min，球磨处理2小时，得到改性稀土填料；
53.所述膨润土为纳米膨润土；
54.所述稀土为稀土氧化镧。
55.作为进一步的技术方案：所述消泡剂为有机硅消泡剂；
56.所述增塑剂为邻苯二甲酸三丁酯；
57.所述抗冻剂为尿素。
58.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料的制备方法：包括以下步骤：
59.(1)按重量份称取各原料组分；
60.(2)将改性聚氨酯、改性稀土填料、添加到去离子水中，然后再在高速剪切机中进行高速剪切处理，形成均匀分散的乳液；
61.(3)调节上述得到的乳液温度至80℃，保温30min；
62.(4)向上述乳液中继续依次添加木质素磺酸盐、消泡剂、钛白粉、纳米氢氧化镁、增塑剂、丙烯酸甲酯、硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、六偏磷酸钠、抗冻剂，进行高速搅拌30min，自然冷却至室温，即可。
63.作为进一步的技术方案，所述高速剪切的速度为3000r/min。
64.实施例2
65.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，按重量份由以下成分制成：改性聚氨酯75份、改性稀土填料15份、木质素磺酸盐12份、消泡剂3份、钛白粉8份、纳米氢氧化镁5份、增塑剂4份、丙烯酸甲酯9份、硬脂酸5.8份、三硬脂酸甘油酯4份、六偏磷酸钠1.6份、抗冻剂1.0份、去离子水40份。
66.作为进一步的技术方案：所述改性聚氨酯制备方法包括：
67.(1)复合多元醇制备：
68.将二元醇、甲醇钾添加到反应釜中，缓慢加热至170℃，保温20min，然后再调节温度至155℃，搅拌反应30min，然后再滴加环氧丙醇，在2小时间里滴完，然后继续搅拌反应5小时，再经过回流冷却，即得复合多元醇；
69.(2)将复合多元醇、聚丙二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯依次添加到反应釜中，搅拌，得到反应料；
70.(3)将反应料添加到真空反应釜中，然后添加潜固化剂及催化剂，抽真空，调节温度至140℃，保温搅拌2小时，得到改性聚氨酯。
71.作为进一步的技术方案：所述二元醇为丁二醇、乙二醇按2:1质量比混合。
72.作为进一步的技术方案：所述二元醇、甲醇钾、环氧丙醇混合质量比为5:2:1。
73.作为进一步的技术方案：所述催化剂为催化剂t-12；
74.所述潜固化剂为潜固化剂403；
75.所述反应料、催化剂t-12、潜固化剂403混合质量比为40:1:2.5。
76.作为进一步的技术方案：所述抽真空的真空度为0.05pa。
77.作为进一步的技术方案：所述改性稀土填料制备方法为：
78.将稀土、膨润土按1:15质量比例混合后，进行球磨，球料比为10:1，球磨转速为1000r/min，球磨处理2小时，得到改性稀土填料；
79.所述膨润土为纳米膨润土；
80.所述稀土为稀土氧化镧。
81.作为进一步的技术方案：所述消泡剂为有机硅消泡剂；
82.所述增塑剂为邻苯二甲酸三丁酯；
83.所述抗冻剂为尿素。
84.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料的制备方法：包括以下步骤：
85.(1)按重量份称取各原料组分；
86.(2)将改性聚氨酯、改性稀土填料、添加到去离子水中，然后再在高速剪切机中进行高速剪切处理，形成均匀分散的乳液；
87.(3)调节上述得到的乳液温度至80℃，保温30min；
88.(4)向上述乳液中继续依次添加木质素磺酸盐、消泡剂、钛白粉、纳米氢氧化镁、增塑剂、丙烯酸甲酯、硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、六偏磷酸钠、抗冻剂，进行高速搅拌30min，自然冷却至室温，即可。
89.作为进一步的技术方案，所述高速剪切的速度为3000r/min。
90.实施例3
91.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，按重量份由以下成分制成：改性聚氨酯66份、改性稀土填料13份、木质素磺酸盐8份、消泡剂2份、钛白粉6份、纳米氢氧化镁3份、增塑剂2份、丙烯酸甲酯7份、硬脂酸3份、三硬脂酸甘油酯4份、六偏磷酸钠1份、抗冻剂0.5份、去离子水30份。
92.作为进一步的技术方案：所述改性聚氨酯制备方法包括：
93.(1)复合多元醇制备：
94.将二元醇、甲醇钾添加到反应釜中，缓慢加热至170℃，保温20min，然后再调节温度至155℃，搅拌反应30min，然后再滴加环氧丙醇，在2小时间里滴完，然后继续搅拌反应5小时，再经过回流冷却，即得复合多元醇；
95.(2)将复合多元醇、聚丙二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯依次添加到反应釜中，搅拌，得到反应料；
96.(3)将反应料添加到真空反应釜中，然后添加潜固化剂及催化剂，抽真空，调节温度至140℃，保温搅拌2小时，得到改性聚氨酯。
97.作为进一步的技术方案：所述二元醇为丁二醇、乙二醇按2:1质量比混合。
98.作为进一步的技术方案：所述二元醇、甲醇钾、环氧丙醇混合质量比为5:2:1。
99.作为进一步的技术方案：所述催化剂为催化剂t-12；
100.所述潜固化剂为潜固化剂403；
101.所述反应料、催化剂t-12、潜固化剂403混合质量比为40:1:2.5。
102.作为进一步的技术方案：所述抽真空的真空度为0.05pa。
103.作为进一步的技术方案：所述改性稀土填料制备方法为：
104.将稀土、膨润土按1:15质量比例混合后，进行球磨，球料比为10:1，球磨转速为1000r/min，球磨处理2小时，得到改性稀土填料；
105.所述膨润土为纳米膨润土；
106.所述稀土为稀土氧化镧。
107.作为进一步的技术方案：所述消泡剂为有机硅消泡剂；
108.所述增塑剂为邻苯二甲酸三丁酯；
109.所述抗冻剂为尿素。
110.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料的制备方法：包括以下步骤：
111.(1)按重量份称取各原料组分；
112.(2)将改性聚氨酯、改性稀土填料、添加到去离子水中，然后再在高速剪切机中进行高速剪切处理，形成均匀分散的乳液；
113.(3)调节上述得到的乳液温度至80℃，保温30min；
114.(4)向上述乳液中继续依次添加木质素磺酸盐、消泡剂、钛白粉、纳米氢氧化镁、增
塑剂、丙烯酸甲酯、硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、六偏磷酸钠、抗冻剂，进行高速搅拌30min，自然冷却至室温，即可。
115.作为进一步的技术方案，所述高速剪切的速度为3000r/min。
116.实施例4
117.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，按重量份由以下成分制成：改性聚氨酯68份、改性稀土填料14份、木质素磺酸盐10份、消泡剂2份、钛白粉7份、纳米氢氧化镁4份、增塑剂3份、丙烯酸甲酯8份、硬脂酸4份、三硬脂酸甘油酯3份、六偏磷酸钠1.5份、抗冻剂0.8份、去离子水36份。
118.作为进一步的技术方案：所述改性聚氨酯制备方法包括：
119.(1)复合多元醇制备：
120.将二元醇、甲醇钾添加到反应釜中，缓慢加热至170℃，保温20min，然后再调节温度至155℃，搅拌反应30min，然后再滴加环氧丙醇，在2小时间里滴完，然后继续搅拌反应5小时，再经过回流冷却，即得复合多元醇；
121.(2)将复合多元醇、聚丙二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯依次添加到反应釜中，搅拌，得到反应料；
122.(3)将反应料添加到真空反应釜中，然后添加潜固化剂及催化剂，抽真空，调节温度至140℃，保温搅拌2小时，得到改性聚氨酯。
123.作为进一步的技术方案：所述二元醇为丁二醇、乙二醇按2:1质量比混合。
124.作为进一步的技术方案：所述二元醇、甲醇钾、环氧丙醇混合质量比为5:2:1。
125.作为进一步的技术方案：所述催化剂为催化剂t-12；
126.所述潜固化剂为潜固化剂403；
127.所述反应料、催化剂t-12、潜固化剂403混合质量比为40:1:2.5。
128.作为进一步的技术方案：所述抽真空的真空度为0.05pa。
129.作为进一步的技术方案：所述改性稀土填料制备方法为：
130.将稀土、膨润土按1:15质量比例混合后，进行球磨，球料比为10:1，球磨转速为1000r/min，球磨处理2小时，得到改性稀土填料；
131.所述膨润土为纳米膨润土；
132.所述稀土为稀土氧化镧。
133.作为进一步的技术方案：所述消泡剂为有机硅消泡剂；
134.所述增塑剂为邻苯二甲酸三丁酯；
135.所述抗冻剂为尿素。
136.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料的制备方法：包括以下步骤：
137.(1)按重量份称取各原料组分；
138.(2)将改性聚氨酯、改性稀土填料、添加到去离子水中，然后再在高速剪切机中进行高速剪切处理，形成均匀分散的乳液；
139.(3)调节上述得到的乳液温度至80℃，保温30min；
140.(4)向上述乳液中继续依次添加木质素磺酸盐、消泡剂、钛白粉、纳米氢氧化镁、增塑剂、丙烯酸甲酯、硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、六偏磷酸钠、抗冻剂，进行高速搅拌30min，自然冷却至室温，即可。
141.作为进一步的技术方案，所述高速剪切的速度为3000r/min。
142.对比例1：与实施例1区别为将改性聚氨酯替换为未改性处理的聚氨酯；
143.对比例2：与实施例1区别为将改性稀土填料替换为常规膨润土。
144.实验
145.使用上海梭伦sl200b接触角测量仪，测量2μl纯净去离子水在实施例与对比例涂层表面的接触角：
146.表1
[0147] 接触角/
°
实施例1115.3实施例2113.8实施例3113.2实施例4114.6对比例196对比例2103
[0148]
由表1可以看出，本发明制备的涂料具有优异的防水性能，通过对聚氨酯的改性处理，能够使得涂层表面的疏水性能得到大幅度提高，防水性能优异。
[0149]
对实施例与对比例涂料形成的涂层断裂伸长率进行检测，对比，按照gb/t16777-1997中8.2.2的规定进行：
[0150]
表2
[0151] 断裂伸长率％实施例1165.6实施例2160.3实施例3161.8实施例4162.5对比例188.1
[0152]
由表2可以看出，本发明制备的涂料形成的涂层具有优异的力学性能，尤其是拉伸性能得到大幅度的提高，通过对拉伸性能的提高，进一步的改善了涂层的使用寿命。
[0153]
耐冲击性能检测，对实施例与对比例涂料涂层进行检测，参照gb/t19250-2013；
[0154]
表3
[0155][0156][0157]
由表3可以看出，本发明制备的涂料具有优异的耐冲击性能。
[0158]
以实施例1为基础试样，对比不同改性稀土填料添加量对涂料断裂伸长率的影响，如图1，由图1可以看出，随着改性稀土填料添加量的增加，涂料的断裂伸长率先增加后降低。
[0159]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于：按重量份由以下成分制成：改性聚氨酯60-75份、改性稀土填料12-15份、木质素磺酸盐5-12份、消泡剂1-3份、钛白粉5-8份、纳米氢氧化镁2-5份、增塑剂1-4份、丙烯酸甲酯6-9份、硬脂酸3-5.8份、三硬脂酸甘油酯2-4份、六偏磷酸钠1-1.6份、抗冻剂0.5-1.0份、去离子水30-40份。2.根据权利要求1所述的环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于：所述改性聚氨酯制备方法包括：（1）复合多元醇制备：将二元醇、甲醇钾添加到反应釜中，缓慢加热至170℃，保温20min，然后再调节温度至155℃，搅拌反应30min，然后再滴加环氧丙醇，在2小时间里滴完，然后继续搅拌反应5小时，再经过回流冷却，即得复合多元醇；（2）将复合多元醇、聚丙二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯依次添加到反应釜中，搅拌，得到反应料；（3）将反应料添加到真空反应釜中，然后添加潜固化剂及催化剂，抽真空，调节温度至140℃，保温搅拌2小时，得到改性聚氨酯。3.根据权利要求2所述的环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于：所述二元醇为丁二醇、乙二醇按2:1质量比混合。4.根据权利要求2所述的环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于：所述二元醇、甲醇钾、环氧丙醇混合质量比为5:2:1。5.根据权利要求2所述的环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于：所述催化剂为催化剂t-12；所述潜固化剂为潜固化剂403；所述反应料、催化剂t-12、潜固化剂403混合质量比为40:1:2.5。6.根据权利要求2所述的环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于：所述抽真空的真空度为0.05pa。7.根据权利要求2所述的环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于：所述改性稀土填料制备方法为：将稀土、膨润土按1:15质量比例混合后，进行球磨，球料比为10:1，球磨转速为1000r/min，球磨处理2小时，得到改性稀土填料；所述膨润土为纳米膨润土；所述稀土为稀土氧化镧。8.根据权利要求1所述的环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料，其特征在于：所述消泡剂为有机硅消泡剂；所述增塑剂为邻苯二甲酸三丁酯；所述抗冻剂为尿素。9.根据权利要求1所述的环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）按重量份称取各原料组分；（2）将改性聚氨酯、改性稀土填料、添加到去离子水中，然后再在高速剪切机中进行高速剪切处理，形成均匀分散的乳液；
（3）调节上述得到的乳液温度至80℃，保温30min；（4）向上述乳液中继续依次添加木质素磺酸盐、消泡剂、钛白粉、纳米氢氧化镁、增塑剂、丙烯酸甲酯、硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、六偏磷酸钠、抗冻剂，进行高速搅拌30min，自然冷却至室温，即可。10.根据权利要求9所述的环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料的制备方法，其特征在于，所述高速剪切的速度为3000r/min。

技术总结

本发明公开了环保型高性能聚氨酯防水防腐涂料及制备方法，涉及涂料技术领域，由以下成分制成：改性聚氨酯、改性稀土填料、木质素磺酸盐、消泡剂、钛白粉、纳米氢氧化镁、增塑剂、丙烯酸甲酯、硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、六偏磷酸钠、抗冻剂、去离子水；本发明通过对聚氨酯进行改性处理，大幅度的改善了聚氨酯的结构特点，从而显著的改善提高了涂层的防水防腐性能，并且，由于改性后的聚氨酯大分子链与其他组分之间结合更加紧密，形成致密的网络结构，从而大幅度的改善了涂层的力学性能，尤其是拉伸性能和耐冲击性能得到明显的提高。和耐冲击性能得到明显的提高。和耐冲击性能得到明显的提高。