一种水性聚氨酯耐水涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水性聚氨酯耐水涂层的制备方法，属于防腐涂层制备技术领域，解决了现有水性聚氨酯涂料在防腐性能中耐水性不足的问题，具体技术方案为：包括水性涂料的制备及防腐涂层的制备两个步骤，本涂料是以水性聚氨酯为主要基体，第一步包括乳液的预聚体及水性乳液的制备，第二步是防腐涂层的制备，在乳液制备过程中，通过加入多官能团化合物对链状分子结构进行交联改性，通过带有双键基团的封端剂对链状聚氨酯进行封端，并在干燥过程中进行光固化处理，在涂层内部构筑双重交联结构，增大了涂层内部分子链的交联程度，提高了涂层的耐水性能，此方法原料易得，操作流程易于掌握，产品性能优异，可以用于木制品及金属的防水、防腐等场景。防腐等场景。防腐等场景。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯耐水涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于防腐涂层制备
，具体涉及高分子材料、水性聚氨酯涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯涂料是由低聚物二元醇、二异氰酸酯等经加成聚合反应而成的含异氰酸酯基的预聚体，配以催化剂、流平剂、消泡剂、溶剂等，经混合等工序加工制成的单组分聚氨酯防水涂料。涂膜外观优美，具有良好的装饰性，且因其良好的柔韧性、耐冲击性、耐腐蚀性、耐化学品性及优异的耐低温性等特点，已广泛地应用于建筑、桥梁及混凝土工程等领域。
[0003]与传统的溶剂型涂料相比，水性涂料更加环保、安全、污染小，且原料成本较低，使用方便，具有非常大的应用前景。水性聚氨酯涂料是水性涂料中的一大类，其结构特征是在聚氨酯的分子链中引入了亲水性基团，使其具有了自乳化能力。亲水基团的存在，对涂层的表面性能及长期稳定性有影响，同时水性涂层固化时间长，成膜强度低，耐水性不足，制约着其应用范围。

技术实现思路

[0004]为解决现有水性聚氨酯涂料在防腐性能中耐水性不足的技术问题，本专利技术提供了一种水性聚氨酯耐水涂层的制备方法，本专利技术通过多元复合改性，在涂层内部构建多重交联结构，提高其抗水性能，从而提高其保护金属防腐蚀性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种水性聚氨酯耐水涂层的制备方法，包括水性聚氨酯乳液制备与防腐涂层制备两个步骤；一、水性聚氨酯乳液制备的具体步骤如下：1.1、水性涂料预聚体的制备：取低聚物多元醇在真空干燥箱中加热条件下脱水预处理，得到低聚物二元醇；加入催化剂，然后在惰性气体条件下，30
‑
45份低聚物二元醇与30
‑
40份二异氰酸酯在70℃反应，直至低聚物二元醇完全反应；加入2
‑
6份亲水扩链剂，80℃反应2.5h，继续加入1
‑
10份交联剂反应1h，并加入有机溶剂降低体系粘度，将体系粘度降低到使机械搅拌可以正常运行即可，得到水性聚氨酯预聚体；1.2、水性聚氨酯乳液的制备：在水性聚氨酯预聚体中加入0.05~0.15份阻聚剂和5~25份封端剂，60℃下反应3h，降温至50℃，加入2
‑
6份中和剂反应，得到封端预聚物；在封端预聚物加入去离子水，使得乳液固含量占总乳液的质量分数为30%，高速搅拌至混合物乳化分散，减压蒸馏除去反应物中的有机溶剂，最终得到水性聚氨酯乳液。
[0006]二、防腐涂层制备的具体步骤如下：2.1、干燥：将占封端预聚物4wt%的光引发剂加入水性聚氨酯乳液中并混合均匀，置于聚四氟乙烯模具中，在室温下静置两天，充分干燥；2.2、光固化交联：将充分干燥过的聚四氟乙烯模具放置在200~1000W紫外灯下，照射15min进行固化交联，成膜后取出，得到多重交联防腐功能的耐水涂层。
[0007]低聚物二元醇为分子量为500
‑
3000的聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇、植物油多元醇、环氧树脂多元醇中的一种或任意多种的组合。
[0008]二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或任意多种的组合。
[0009]亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、乙二胺基乙磺酸钠、N
‑
甲基二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或任意多种的组合。
[0010]催化剂为有机锡试剂或叔胺类催化剂。
[0011]交联剂为三羟甲基丙烷、蓖麻油中的一种或任意多种的组合。
[0012]阻聚剂为对甲氧基苯酚、对苯二酚中的一种或任意多种的组合。
[0013]封端剂为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙基酯、季戊四醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯的一种或任意多种的组合。
[0014]中和剂为三乙胺、氨水、氢氧化钠中的一种或任意多种的组合。
[0015]光引发剂为光引发剂2959、二苯甲酮、2，4，6
‑
三甲基苯甲酰二苯基氧化膦中的一种或任意多种的组合，光引发剂与乳液中封端预聚物的质量比例为1%~5%。
[0016]本专利技术与现有技术相比，具体有益效果体现在：一、本专利技术使用丙烯酸酯与蓖麻油同时对聚氨酯链状结构进行改性，两者相辅相成，使得水性涂料的存储稳定性能得到提升。
[0017]二、本专利技术使用带有双键的丙烯酸酯对链状聚氨酯分子进行封端，并通过紫外光固化，使得双键发生交联作用，增加涂层内部交联程度，提升涂层保护金属防腐蚀性质，且生产效率较高。
[0018]三、本专利技术最终所制备的水性聚氨酯涂层在耐水性和机械强度方面也同样具有较为卓越的性能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的反应流程图。
[0020]图2为本专利技术所制得的耐水涂层表面硬度、附着力、透过率的对比表。
[0021]图3为本专利技术所制得的耐水涂层拉伸性能对比图。
[0022]图4是本专利技术所制得的耐水涂层吸水率对比图。
[0023]图5是本专利技术所制得的耐水涂层水接触角的对比图。
[0024]图6是本专利技术所制得的耐水涂层涂层极化曲线图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0026]如图1所示，一种水性聚氨酯耐水涂层的制备方法，包括水性聚氨酯乳液制备与防腐涂层制备两个步骤；实施例一一、水性聚氨酯乳液的制备
I、水性聚氨酯预聚体的制备：13.43mmol的聚碳酸酯二醇（PCDL
‑
1000）进行脱水预处理，然后加入25mmol份异佛尔酮二异氰酸酯，并加入催化量二丁基锡二月桂酸酯，在70 ℃的条件下反应2 h；加入5.8mmol份的二羟甲基丙酸（DMPA）在80 ℃下反应2.5h。
[0027]II 、乳液的制备；准备11.5mmol的季戊四醇三丙烯酸酯，将其加入预聚体进行反应，在60℃下反应3 h；然后降温至50℃，加入5.8mmol的三乙胺进行中和反应，反应时间为0.5 h；加入55.48ml去离子水并将机械搅拌转速提升至1000 r/min,进行乳化，时间为20 min； 最后得到水性聚氨酯乳液。
[0028]（2）光固化聚氨酯薄膜的制备I 、干燥：将占乳液固含量4%质量的光固化剂2959加入制备的乳液中，混合均匀，置于聚四氟乙烯模具中，室温静置48h；II、光固化：将静置完成的乳液放置在35w紫外灯下进行光固化15min，成膜后取出，得到最终的紫外光固化水性聚氨酯涂层。
[0029]最终成功制备蓖麻油含量为0%的水性聚氨酯涂层。
[0030]实施例二一、水性聚氨酯乳液的制备I、水性聚氨酯预聚体的制备：11.3mmol的聚碳酸酯二醇（PCDL
‑
1000）进行脱水预处理，然后加入25mmol份异佛尔酮二异氰酸酯，并加入催化量二丁基锡二月桂酸酯，在70本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯耐水涂层的制备方法，其特征在于，包括水性聚氨酯乳液制备与防腐涂层制备两个步骤；一、水性聚氨酯乳液制备的具体步骤如下：1.1、水性涂料预聚体的制备：取低聚物多元醇在真空干燥箱中加热条件下脱水预处理，得到低聚物二元醇；加入0.1
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0.2份催化剂，然后在惰性气体条件下，30
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45份低聚物二元醇与30
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40份二异氰酸酯在70℃反应，直至低聚物二元醇完全反应；加入2
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6份亲水扩链剂，80℃反应2.5h，继续加入1
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10份交联剂反应1h，并加入有机溶剂降低体系粘度，得到水性聚氨酯预聚体；1.2、水性聚氨酯乳液的制备：在水性聚氨酯预聚体中加入0.05~0.15份阻聚剂和5~25份封端剂，60℃下反应3h，降温至50℃，加入2
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6份中和剂反应，得到封端预聚物；在封端预聚物加入去离子水，搅拌至混合物乳化分散，减压蒸馏除去反应物中的有机溶剂，最终得到水性聚氨酯乳液；二、防腐涂层制备的具体步骤如下：2.1、干燥：将占封端预聚物4wt%的光引发剂加入水性聚氨酯乳液中并混合均匀，置于聚四氟乙烯模具中，在室温下充分干燥；2.2、光固化交联：将充分干燥过的聚四氟乙烯模具放置在200~1000W紫外灯下进行光固化，成膜后取出，得到耐水涂层。2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯耐水涂层的制备方法，其特征在于，所述低聚物二元醇为分子量为500
‑
3000的聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇、植物油多元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张衡，闫益鑫，余雯雯，贾兰，陈林，郑强，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：