一种有机硅‑聚脲自分层涂料的制备与使用方法技术

本发明专利技术提供了一种有机硅‑聚脲自分层涂料的制备与使用方法，所述有机硅‑聚脲自分层涂料的制备方法包括有机硅改性聚氨酯固化剂组分制备和含硅树脂组分制备两个部分。所述有机硅‑聚脲自分层涂料是具有低表面能、热稳定、光稳定、低吸水率和低温柔韧的环保型高性能功能性复合材料。

A kind of silicone polyurea self stratifying coatings preparation and method of use

The present invention provides a silicone polyurea self stratifying coatings preparation and using method of the silicone polyurea self stratifying coatings preparation methods including silicone modified polyurethane curing agent composition and preparation of silicone resin was prepared by two parts. The silicone polyurea coating for environmental protection and high performance functional composite materials with low surface energy, heat stability, light stability, low water absorption and low temperature flexibility.

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅-聚脲自分层涂料的制备与使用方法
本专利技术涉及一种有机硅-聚脲自分层涂料及其使用方法，属建筑涂料

技术介绍
混凝土建筑广泛应用于道路桥梁、电视塔、工业厂房和机场建设中。在自然界暴露的过程中，雨水的侵蚀会使清水混凝土表面形成污垢、腐蚀其中的钢筋，弱酸性介质的侵入使得碱性混凝土中性化，最终影响结构质量与美观。混凝土表面保护涂层在不影响建筑物外表面固有质地和纹理的前提下，可有效防止混凝土变色、开裂和粉化，是弥补混凝土先天不足和延长寿命的必要手段。完整的混凝土涂层体系通常包括面涂、中涂和底涂三个部分，其中底涂可起到加固底材、增强与面漆附着力的作用，面涂则要求具有优异的耐老化性能和耐污性能。中国专利CN201410096108.5公开了一种用于清水混凝土的保护剂，该保护剂由底漆、中漆、面漆三部分组成，底漆为有机硅聚合物，中漆由自交联聚合物、水、颜料、填料以及其他助剂组成，面漆为氟硅树脂聚合物。中国专利CN201610185801.9公开了一种用于清水混凝土表面保护的涂料，包括底涂、中涂和面涂，均含有憎水性有机硅乳液。上述清水混凝土防护体系均包括底涂、中涂和面涂，需要进行多道施工或使用不同树脂，效率低下的同时还存在着不同涂层间附着力差的问题。研究表明，利用涂料中不同树脂在涂膜干燥和固化过程中，随两相组成以及成膜树脂界面张力的改变形成梯度分层结构，可彻底解决涂料层间附着力的问题，实现一次涂刷即可获得不同涂层性能。如美国专利US8691342利用改性环氧树脂与氟树脂的不相容性，实现了自分层。国内也有类似研究，如中国专利CN201310496288.1公开了一种海洋重防腐自分层涂料，利用有机氟树脂及其固化剂与环氧树脂及其固化剂的相分离，达到分层固化的效果，在具备良好防腐性能的同时，克服了涂层之间配伍性差的缺陷。涂层梯度分层固化技术应用于清水混凝土建筑物涂装，可降低户外施工周期，避免了夏季酷热天气或冬季阴冷气候环境下的多层多遍反复施工，大幅提升外防护涂装效率和质量。因透明涂层难以翻新，作为清水混凝土透明保护涂装首先要求材料本身具有极强的耐候性能，诸如普通的环氧、聚氨酯或丙烯酸涂料均不能满足要求。聚脲涂层技术兼具力学强度高、耐磨、耐腐蚀、耐油、耐水、耐紫外、耐温度交变等优势，在施工方面具有固化速率快、环保性好等特点，同时也存在抗污性差等缺陷。
技术实现思路
针对混凝土建筑物外防护涂装因多层施工而产生的层间附着力差以及施工效率低的问题，本专利技术提供了一种有机硅-聚脲自分层涂料的制备与使用方法，将具有优异耐侯性、粘结性、柔韧性和机械性能的改性聚脲与具有超强耐候性、保光性、防污性和疏水性的改性有机硅材料相结合，形成具有低表面能、热稳定、光稳定、低吸水率和低温柔韧的环保型高性能功能性复合材料。本专利技术所述的有机硅-聚脲自分层涂料，利用有机硅树脂成分与聚脲基体材料在涂层固化过程中形成渐变“过渡层”，聚脲链段聚集于膜内层、有机硅链段聚集于膜外层，得到基层粘结力及综合耐候性俱佳的有机硅-聚脲自分层防护涂料。本专利技术所述的有机硅-聚脲自分层涂料的制备方法，包括有机硅改性聚氨酯固化剂组分制备和含硅树脂组分制备两个部分，详细步骤如下：(1)弹性固化剂组分的制备：聚酯类多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷与脂肪族异氰酸酯单体进行亲核加成反应后，得到有机硅改性聚氨酯预聚体，向上述预聚体中加入脂肪族聚异氰酸酯、溶剂并混合均匀，即得到有机硅改性聚氨酯固化剂组分；(2)含硅树脂组分的制备：将脂肪族位阻胺化合物、仲胺基封端的聚硅氧烷和助剂混合分散均匀，得到含硅树脂组分。在本专利技术中，所述制备方法步骤(1)中所述的聚酯类多元醇为脂肪族聚酯型多元醇和/或聚碳酸酯型多元醇，均可商购。其中，所述的脂肪族聚酯型多元醇为线型或支化型脂肪族聚酯多元醇，羟基含量为1.6％～4.3％，如拜耳聚合物责任有限公司的670、680或T1665等。所述的聚碳酸酯型多元醇为聚碳酸酯二元醇，分子量为1000～2000，羟基含量为1.7～3.3％，如拜耳聚合物责任有限公司的C1100、C1200等。所述的羟基封端的聚二甲基硅氧烷选自α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、α,ω-二羟基丙基聚二甲基硅氧烷、α,ω-二羟基乙基聚二甲基硅氧烷中的至少一种；所述羟基封端的聚二甲基硅氧烷的分子量为1000～5000。在本专利技术所述的制备方法中，利用羟基封端的聚二甲基硅氧烷参于与异氰酸酯的预聚反应，可将有机硅基团引入预聚物分子结构中，使得有机硅基团能够在涂层成膜后更均匀地分布于膜表面。所述的聚酯类多元醇与羟基封端的聚二甲基硅氧烷之间的质量比为3:1～1:1。所述的脂肪族异氰酸酯单体为六亚甲基二异氰酸酯HDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、氢化二苯甲烷二异氰酸酯H12MDI中的至少一种。所述的溶剂选自丙二醇甲醚醋酸酯或乙酸丁酯。在本专利技术所述的制备方法中，利用脂肪族异氰酸酯单体与聚合物多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷反应，可形成有机硅改性聚氨酯预聚体，提高涂层柔韧性。所述的脂肪族聚异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯的缩二脲、六亚甲基二异氰酸酯的三聚体或异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体中的至少一种。在本专利技术所述的制备方法中，利用脂肪族聚异氰酸酯提高体系官能度，提升涂层耐候性和耐粘污性。所述脂肪族聚异氰酸酯与有机硅改性聚氨酯预聚体之间的质量比为1:(5-7)。所述的脂肪族位阻胺化合物与仲胺基封端的聚硅氧烷之间的质量比为4:1～1:1。具体的，在本专利技术所述制备方法步骤(1)中聚酯类多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷与脂肪族异氰酸酯单体是在催化剂的存在下反应的。所述催化剂为辛酸亚锡和/或二月硅酸二丁基锡，催化剂的用量为聚酯类多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷和脂肪族异氰酸酯单体总质量的0.01～0.03％。通常，为了方便操作，催化剂只选用一种物质，即可以为辛酸亚锡或二月硅酸二丁基锡。更为具体的操作可以是：将聚酯类多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷加入聚合釜中，真空度-0.08～-0.1MPa、110～120℃下脱水1.5～3h后，以卡尔费休法测得含水率低于万分之五，通氮气或干燥空气解除真空，降温至68-75℃，加入脂肪族异氰酸酯单体和催化剂，恒温反应30～40min后，升温至75～85℃恒温反应2～3h，得到有机硅改性聚氨酯预聚体，以甲苯二正丁胺法，参见GB/T12009.4-1989，测得上述预聚体的最终异氰酸根含量达聚合反应前设计的最终NCO％理论残留量，反应完成后降温至50～60℃，加入一定质量的聚异氰酸酯和溶剂搅拌20～30min后，得到有机硅改性聚氨酯固化剂组分。在上述制备方法中，所述有机硅改性聚氨酯预聚体的NCO％理论残留量为：5％～7％；所述的有机硅改性聚氨酯固化剂组分最终的异氰酸根含量为6％～7.5％。所述步骤(2)中所述的脂肪族位阻胺化合物实际为二聚型聚天门冬氨酸酯，数均分子量在500～700范围内，NH当量在250～350g/mol范围内，其中NH当量是指每mol聚天门冬氨酸酯分子中所含仲氨基的质量。所述仲胺基封端的聚硅氧烷实际为通过聚二甲基硅氧烷和N-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷制备的仲胺基封端的聚硅氧烷。本专利技术中所述的仲胺基封端的聚硅氧烷均为自制，其制备反应原理大致如下：其中，n＝5，6，7。具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机硅‑聚脲自分层涂料的制备方法，其特征在于，包括有机硅改性聚氨酯固化剂组分制备和含硅树脂组分制备两个部分，详细步骤如下：（1）弹性固化剂组分的制备：聚酯类多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷与脂肪族异氰酸酯单体进行亲核加成反应后，得到有机硅改性聚氨酯预聚体，向上述预聚体中加入脂肪族聚异氰酸酯和溶剂并混合均匀，即得到有机硅改性聚氨酯固化剂组分；（2）含硅树脂组分的制备：将脂肪族位阻胺化合物、仲胺基封端的聚硅氧烷和助剂混合分散均匀，得到含硅树脂组分；步骤（1）中所述的聚酯类多元醇为脂肪族聚酯型多元醇和/或聚碳酸酯型多元醇；所述的脂肪族聚酯型多元醇为线型或支化型脂肪族聚酯多元醇，羟基含量为1.6%~4.3%；所述的聚碳酸酯型多元醇为聚碳酸酯二元醇，分子量为1000~2000，羟基含量为1.7~3.3%；所述的羟基封端的聚二甲基硅氧烷选自α,ω‑二羟基聚二甲基硅氧烷、α,ω‑二羟基丙基聚二甲基硅氧烷、α,ω‑二羟基乙基聚二甲基硅氧烷中的至少一种；所述羟基封端的聚二甲基硅氧烷的分子量为1000～5000；所述的脂肪族异氰酸酯单体为六亚甲基二异氰酸酯HDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、氢化二苯甲烷二异氰酸酯H12MDI中的至少一种；所述的脂肪族聚异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯的缩二脲、六亚甲基二异氰酸酯的三聚体或异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体中的至少一种；所述的溶剂选自丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)或乙酸丁酯；步骤（2）中所述的脂肪族位阻胺化合物为二聚型聚天门冬氨酸酯，数均分子量在500~700范围内，NH当量在250~350g/mol范围内，其中NH当量是指每摩尔聚天门冬氨酸酯分子中所含仲氨基的质量；所述仲胺基封端的聚硅氧烷为通过聚二甲基硅氧烷和N‑环己基‑γ‑氨丙基三甲氧基硅烷制备的仲胺基封端的聚硅氧烷。...

【技术特征摘要】
1.一种有机硅-聚脲自分层涂料的制备方法，其特征在于，包括有机硅改性聚氨酯固化剂组分制备和含硅树脂组分制备两个部分，详细步骤如下：（1）弹性固化剂组分的制备：聚酯类多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷与脂肪族异氰酸酯单体进行亲核加成反应后，得到有机硅改性聚氨酯预聚体，向上述预聚体中加入脂肪族聚异氰酸酯和溶剂并混合均匀，即得到有机硅改性聚氨酯固化剂组分；（2）含硅树脂组分的制备：将脂肪族位阻胺化合物、仲胺基封端的聚硅氧烷和助剂混合分散均匀，得到含硅树脂组分；步骤（1）中所述的聚酯类多元醇为脂肪族聚酯型多元醇和/或聚碳酸酯型多元醇；所述的脂肪族聚酯型多元醇为线型或支化型脂肪族聚酯多元醇，羟基含量为1.6%~4.3%；所述的聚碳酸酯型多元醇为聚碳酸酯二元醇，分子量为1000~2000，羟基含量为1.7~3.3%；所述的羟基封端的聚二甲基硅氧烷选自α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、α,ω-二羟基丙基聚二甲基硅氧烷、α,ω-二羟基乙基聚二甲基硅氧烷中的至少一种；所述羟基封端的聚二甲基硅氧烷的分子量为1000～5000；所述的脂肪族异氰酸酯单体为六亚甲基二异氰酸酯HDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、氢化二苯甲烷二异氰酸酯H12MDI中的至少一种；所述的脂肪族聚异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯的缩二脲、六亚甲基二异氰酸酯的三聚体或异佛尔酮二异氰酸酯的三聚体中的至少一种；所述的溶剂选自丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)或乙酸丁酯；步骤（2）中所述的脂肪族位阻胺化合物为二聚型聚天门冬氨酸酯，数均分子量在500~700范围内，NH当量在250~350g/mol范围内，其中NH当量是指每摩尔聚天门冬氨酸酯分子中所含仲氨基的质量；所述仲胺基封端的聚硅氧烷为通过聚二甲基硅氧烷和N-环己基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷制备的仲胺基封端的聚硅氧烷。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脂肪族聚酯型多元醇为拜耳聚合物责任有限公司的Desmophen®670、Desmophen®680或Desmophen®T1665；所述的聚碳酸酯型多元醇拜耳聚合物责任有限公司的Desmophen®C1100、Desmophen®C1200等。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的聚酯类多元醇与羟基封端的聚二甲基硅氧烷之间的质量比为3:1~1:1；所述脂肪族聚异氰酸酯与有机硅改性聚氨酯预聚体之间的质量比为1:（5-7）；所述的脂肪族位阻胺化合物与仲胺基封端的聚硅氧烷之间的质量比为4:1~1:1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中聚酯类多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷与脂肪族异氰酸酯单体是在催化剂的存在下反应的；所述催化剂为辛酸亚锡和/或二月硅酸二丁基锡，催化剂的用量为聚酯类多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷和脂肪族异氰酸酯单体总质量的0.01~0.03%。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将聚酯类多元醇、羟基封端的聚二甲基硅氧烷加入聚合釜中，真空度-0.08~-0.1MPa、110~120℃下脱水1.5~3h后，测得含水率低于万分之五，通氮气或干燥空气解除真空，降温至68-75℃，加入脂肪族异氰酸酯单体和催化剂，恒温反应30~40min后，升温至75~85℃恒温反应2~3h，得到有机硅改性聚氨酯预聚体，测得上述预聚体的最终异...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉亭，孙德文，冉千平，刘娜，周进俊，李波，尹浩，万赟，
申请(专利权)人：江苏苏博特新材料股份有限公司，南京博特新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32