一种单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料的制作方法

1.本发明属于水性防水涂料领域，更具体地，涉及一种单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料。


背景技术：

2.聚氨酯防水涂料因其具有耐水、耐油、耐化学介质腐蚀、耐高低温等特性，拉伸强度高，延伸率高，粘结强度高，施工简单，被认为是防水行业性能最优异的防水涂料，具有非常广泛的应用领域。现有聚氨酯防水涂料主要为油性聚氨酯，其中，单组分聚氨酯涂料由于靠吸收空气中的水分来固化，在干燥和低温环境中固化速度慢，会大大影响工期，低温还会影响固化交联反应进行深度，进而影响涂膜力学性能；近年来，改进后的潜固化单组分防水涂料由于潜固化剂遇水反应后会释放出醛类化合物，具有较强的刺激性气味，因此不适合密闭空间施工。双组分聚氨酯涂料a组分中原料tdi有剧毒、易挥发、具有极强的刺激性气味，对生产工人和施工人员均具有较大的健康危害。b组分中原料moca有刺激性气味，是具有致癌危险的化学品。
3.伴随着全社会环保意识增强，防水涂料的环保要求逐步提高，主要体现在降低voc和减少游离tdi两个方面。聚氨酯防水涂料从最初的国标b类产品voc≤200g/l，到深圳地标voc≤150g/l，再到京津冀地标的voc≤100g/l，国标a类的≤50g/l，voc限量逐步降低，环保要求越来越高。对游离tdi的要求也是遵循相同的趋势，从国标b类产品的7g/kg，到深圳地标的4g/kg，a类产品的3g/kg。
4.综上所述，伴随着环保要求逐步提升，近年来国内聚氨酯防水涂料已经在环保方面取得了较大进步，水性聚氨酯防水涂料在环保方面具有天生优势，是发展的方向之一，但是水性聚氨酯分子中的氨基甲酸酯键具有较强的极性，因此pud分子间的内聚力比较大，如果漆膜干燥过快，漆膜容易出现应力收缩纹和开裂，另外，防水涂料干膜厚度≥1.5mm，漆膜厚度远大于汽车漆(10-100um)和建筑涂料(10-200um)等，这就导致，在湿度低，风速大，温度高及基材干燥等条件下，防水涂料漆膜易出现应力收缩纹和开裂。由于单组分水性聚氨酯近年来才应用于防水涂料领域，目前没有关于单组分水性聚氨酯防水涂料抗开裂的相关研究。
5.有鉴于此，特提出本发明用于解决水性聚氨酯防水涂料易出现应力收缩纹和开裂的问题，此防水涂料适用于屋面防水、外墙防水、室内防水、路桥防水等，特别适用于屋面防水和外墙防水。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料，单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料具有优异的疏水和防水性能，漆膜兼具耐高低温变性、较强的不透水性、高的拉伸强度和高的断裂伸长率，且漆膜外观不存在应力收缩纹和开裂。
7.为了达到上述目的，本发明提供一种单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料，该单组
分抗开裂水性聚氨酯防水涂料的组成包括：
8.水性聚氨酯树脂30wt％-60wt％、水6wt％-35wt％、颜料5wt％-20wt％、填料5wt％-30wt％、硅烷偶联剂0.001wt％-1.5wt％、保湿剂0.01wt％-5wt％、交联剂0.01wt％-5wt％。
9.作为优选方案，所述硅烷偶联剂为溶解度为18/100g水-80g/100g水的亲水改性硅烷偶联剂；该溶解度范围下，所采用的硅烷偶联剂不会影响体系的防水性。
10.作为优选方案，所述保湿剂为分子中羟基个数大于2的有机保湿剂，可充分保证保湿的功能性。
11.作为优选方案，所述交联剂为可与羧基和/或磺酸基发生反应且固含量为20％-100％的交联剂。
12.作为优选方案，该单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料的组成包括：
13.水性聚氨酯树脂38wt％-50wt％、水10wt％-20wt％、颜料5wt％-12wt％、填料20wt％-30wt％、硅烷偶联剂0.005wt％-0.1wt％、保湿剂0.05wt％-1.5wt％、交联剂0.05wt％-2.5wt％。
14.作为优选方案，所述单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料的组成还包括：
15.消泡剂0wt％-3wt％、增稠剂0wt％-5wt％、成膜助剂0wt％-5wt％、润湿剂0wt％-2wt％、分散剂0wt％-3wt％、防腐防霉剂0wt％-3wt％、中和剂0wt％-3wt％。
16.作为进一步的优选方案，所述单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料的组成还包括：
17.消泡剂0wt％-1wt％、增稠剂0wt％-2wt％、成膜助剂0wt％-2wt％、润湿剂0wt％-1wt％、分散剂0wt％-2wt％、防腐防霉剂0wt％-2wt％、中和剂0wt％-1wt％。
18.作为优选方案，所述水性聚氨酯树脂选自水性聚氨酯分散体和水性聚氨酯乳液中的至少一种，进一步优选为水性聚氨酯分散体，如万华的archsol8355。
19.作为优选方案，所述颜料选自钛白粉、氧化铁、铬酸盐和炭黑中的至少一种，进一步优选为金红石型钛白粉；
20.所述填料选自硫酸钡、改性石英粉和改性碳酸钙中的至少一种，进一步优选为硫酸钡。
21.作为优选方案，所述保湿剂选自多元醇保湿剂和糖醇类保湿剂中的至少一种，进一步优选为糖醇类保湿剂，如山梨糖醇。
22.作为优选方案，所述交联剂选自亲水性多异氰酸酯、环氧化合物、亲水性聚碳化二亚胺和多元胺中的至少一种，进一步优选为亲水改聚碳化二亚胺，如欧宝迪alberdingk resins。
23.作为优选方案，所述消泡剂选自矿物油类消泡剂、有机硅类消泡剂和醚类消泡剂中的至少一种，进一步优选为矿物油类消泡剂和有机硅类消泡剂中的至少一种，如诺普科的sn154。
24.作为优选方案，所述润湿剂选自有机硅类表面活性剂和醇类表面活性剂中的至少一种，进一步优选为醇类表面活性剂，如陶氏bd109。
25.作为优选方案，所述分散剂选自磷酸盐类分散剂、多元酸均聚物分散剂和多元酸共聚物分散剂中的至少一种，进一步优选为多元酸共聚物分散剂，如陶氏的731a。
26.作为优选方案，所述增稠剂选自纤维素醚及其衍生物类增稠剂、碱溶胀增稠剂(如
缔合型碱溶胀增稠剂hase)和聚氨酯增稠剂(heur)中的至少一种，如万华的u505。
27.作为优选方案，所述成膜助剂选自醇类成膜助剂、醇醚类成膜助剂和醇酯类成膜助剂中的至少一种，进一步优选为醇酯类成膜助剂，如伊士曼texnaol。
28.作为优选方案，所述防腐防霉剂选自取代芳烃类防腐防霉剂、杂环化合物防腐防霉剂、胺类化合物和有机金属化合物防腐防霉剂中的至少一种，进一步优选为取代芳烃类防腐防霉剂和杂环化合物防腐防霉剂中的至少一种，如舒美的parmetol df19。
29.作为优选方案，所述中和剂为有机胺类中和剂，如陶氏amp-95。
30.作为优选方案，所述硅烷偶联剂为亲水改硅烷偶联剂，如赢创的vps 4721。
31.本发明的有益效果：
32.本发明通过调整配方中水性聚氨酯树脂、颜填料及各个助剂的种类和用量，成功开发出一款具有优异的疏水和防水性能的防水涂料，漆膜兼具耐高低温变性、较强的不透水性、高的拉伸强度和断裂伸长率的水性聚氨酯防水涂料；
33.通过引入保湿剂来改善漆膜开裂：保湿剂可以延长漆膜的干燥时间，降低水分挥发的速度，让乳液微球在成膜过程中有更多的时间相互融合成为连续的膜，进而改善应力收缩纹和开裂；
34.通过引入硅烷偶联剂来改善漆膜开裂：由于硅烷偶联剂助剂分子中存在亲有机基(y)和亲无机基(x)的两种功能基团，因此它可作为连接无机粉料和pud的“分子桥”，增加树脂基料和无机填料间的结合力，从而使pud更好的包裹粉料，进而改善应力收缩纹和开裂；
35.通过引入交联剂在改善漆膜开裂的同时降低漆膜吸水率：交联剂可以和体系中的亲水基团(例如：羧基)反应，降低漆膜的亲水性，在改善应力收缩纹和开裂的过程中需要在漆膜中引入亲水成分，故需要利用交联剂降低漆膜亲水性，确保防水涂料的防水及耐水性。
36.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
37.图1示出了本发明对比例1-5、实施例1-2得到的单组分水性聚氨酯防水涂料的漆膜开裂情况比较图。
具体实施方式
38.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
39.下述对比例和实施例所述的水性聚氨酯树脂为万华的archsol 8355，所述的颜料为杜邦r706，所述的填料为硫酸钡，所述的消泡剂1为诺普科的sn154，所述的消泡剂2为巴斯夫的a10，所述的消泡剂3为诺普科的nxz，所述的润湿剂为陶氏bd109，所述的分散剂为陶氏的731a，所述的增稠剂1为亚什兰的he10k，所述的增稠剂2为万华的u505，所述的增稠剂3为陶氏的ase 60，所述的成膜助剂为伊士曼texnaol，所述的防腐防霉剂为舒美的parmetol df19，所述的中和剂为陶氏amp-95，所述的硅烷偶联剂为赢创的vps 4721(亲水改性硅烷偶联剂，溶解度为20g/100g水)，所述的保湿剂为山梨糖醇(羟基个数为6)，所述的交联剂为欧
宝迪alberdingk resins(可与羧基和磺酸基基发生反应，固含量为20％)。
40.实施例1
41.本实施例提供一种单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料及其制备方法。
42.表1
[0043][0044][0045]
此实施例制备步骤如下：
[0046]
过程1.在搅拌釜中先加入10份的水，搅拌速度为10hz，依次加入0.1份的中和剂、0.2份消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.1份的润湿剂、0.5份的分散剂搅拌10分钟；
[0047]
过程2.调整高搅至30hz然后依次加入25份的填料、8份的颜料、0.05份的增稠剂1和4.16份的水，搅拌30分钟；
[0048]
过程3.调整搅拌至15hz，加入48份的水性聚氨酯树脂，并依次加入0.1份的消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.8份的成膜助剂、0.4份的防腐防霉剂、0.04份硅烷偶联剂、0.1份的消泡剂3、1份的交联剂、1份的保湿剂，并溶胀60分钟；
[0049]
过程4.加入0.2份的增稠剂2，分散10分钟；调整搅拌至15hz，加入0.05份的增稠剂3分散，搅拌20分钟后，细度达到50-100μm，出料。
[0050]
实施例2
[0051]
本实施例提供一种单组分抗开裂水性聚氨酯防水涂料及其制备方法。
[0052]
表2
[0053][0054][0055]
此实施例制备步骤如下：
[0056]
过程1.在搅拌釜中先加入15份的水，搅拌速度为10hz，依次加入0.1份的中和剂、0.2份消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.1份的润湿剂、1份的分散剂搅拌10分钟；
[0057]
过程2.调整高搅至30hz然后依次加入26.4份的填料、5份的颜料、0.05份的增稠剂1和2.26份的水，搅拌30分钟；
[0058]
过程3.调整搅拌至15hz，加入45份的水性聚氨酯树脂，并依次加入0.1份的消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.8份的成膜助剂、0.4份的防腐防霉剂、0.04份硅烷偶联剂、0.1份的消泡剂3、2份的交联剂、1份的保湿剂，并溶胀60分钟；
[0059]
过程4.加入0.2份的增稠剂2，分散10分钟；调整搅拌至15hz，加入0.05份的增稠剂3分散，搅拌20分钟后，细度达到50-100μm，出料。
[0060]
对比例1
[0061]
本对比例提供一种单组分水性聚氨酯防水涂料及其制备方法。
[0062]
表3
[0063]
[0064][0065]
此对比例制备步骤如下：
[0066]
过程1.在搅拌釜中先加入10份的水，搅拌速度为10hz，依次加入0.1份的中和剂、0.2份消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.1份的润湿剂、1份的分散剂搅拌10分钟；
[0067]
过程2.调整高搅至30hz然后依次加入28.04份的填料、8份的颜料、0.05份的增稠剂1和2.66份的水，搅拌30分钟；
[0068]
过程3.调整搅拌至15hz，加入48份的水性聚氨酯树脂，并依次加入0.1份的消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.8份的成膜助剂、0.4份的防腐防霉剂、0.1份的消泡剂3，并溶胀60分钟；
[0069]
过程4.加入0.2份的增稠剂2，分散10分钟；调整搅拌至15hz，加入0.05份的增稠剂3分散，搅拌20分钟后，细度达到50-100μm，出料。
[0070]
对比例2
[0071]
本对比例提供一种单组分水性聚氨酯防水涂料及其制备方法。
[0072]
表4
[0073][0074]
[0075]
此对比例制备步骤如下：
[0076]
过程1.在搅拌釜中先加入10份的水，搅拌速度为10hz，依次加入0.1份的中和剂、0.2份消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.1份的润湿剂、1份的分散剂搅拌10分钟；
[0077]
过程2.调整高搅至30hz然后依次加入27份的填料、8份的颜料、0.05份的增稠剂1和2.66份的水，搅拌30分钟；
[0078]
过程3.调整搅拌至15hz，加入48份的水性聚氨酯树脂，并依次加入0.1份的消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.8份的成膜助剂、0.4份的防腐防霉剂、0.04份的硅烷偶联剂、1份的保湿剂，0.1份的消泡剂3，并溶胀60分钟；
[0079]
过程4.加入0.2份的增稠剂2，分散10分钟；调整搅拌至15hz，加入0.05份的增稠剂3分散，搅拌20分钟后，细度达到50-100μm，出料。
[0080]
对比例3
[0081]
本对比例提供一种单组分水性聚氨酯防水涂料及其制备方法。
[0082]
表5
[0083]
序号配方组分质量比例/％1水性聚氨酯树脂482水12.263颜料84填料25.245消泡剂0.66润湿剂0.17分散剂18增稠剂0.59成膜助剂0.810防腐防霉剂0.411中和剂0.112保湿剂113交联剂2
[0084]
此对比例制备步骤如下：
[0085]
过程1.在搅拌釜中先加入10份的水，搅拌速度为10hz，依次加入0.1份的中和剂、0.2份消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.1份的润湿剂、1份的分散剂搅拌10分钟；
[0086]
过程2.调整高搅至30hz然后依次加入25.24份的填料、8份的颜料、0.1份的增稠剂1和2.26份的水，搅拌30分钟；
[0087]
过程3.调整搅拌至15hz，加入48份的水性聚氨酯树脂，并依次加入0.1份的消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.8份的成膜助剂、0.4份的防腐防霉剂、0.1份的消泡剂3、2份的交联剂、1份的保湿剂，并溶胀60分钟；
[0088]
过程4.加入0.3份的增稠剂2，分散10分钟；调整搅拌至15hz，加入0.1份的增稠剂3分散，搅拌20分钟后，细度达到50-100μm，出料。
[0089]
对比例4
[0090]
本对比例提供一种单组分水性聚氨酯防水涂料及其制备方法。
[0091]
表6
[0092]
序号配方组分质量比例/％1水性聚氨酯树脂382水22.263颜料84填料25.245消泡剂0.66润湿剂0.17分散剂18增稠剂0.59成膜助剂0.810防腐防霉剂0.411中和剂0.112保湿剂113交联剂2
[0093]
此对比例制备步骤如下：
[0094]
过程1.在搅拌釜中先加入15份的水，搅拌速度为10hz，依次加入0.1份的中和剂、0.2份消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.1份的润湿剂、1份的分散剂搅拌10分钟；
[0095]
过程2.调整高搅至30hz然后依次加入25.24份的填料、8份的颜料、0.1份的增稠剂1和7.26份的水，搅拌30分钟；
[0096]
过程3.调整搅拌至15hz，加入38份的水性聚氨酯树脂，并依次加入0.1份的消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.8份的成膜助剂、0.4份的防腐防霉剂、0.1份的消泡剂3、2份的交联剂、1份的保湿剂，并溶胀60分钟；过程4.加入0.3份的增稠剂2，分散10分钟；调整搅拌至15hz，加入0.1份的增稠剂3分散，搅拌20分钟后，细度达到50-100μm，出料。
[0097]
对比例5
[0098]
本对比例提供一种单组分水性聚氨酯防水涂料及其制备方法。
[0099]
表7
[0100]
序号配方组分质量比例/％1水性聚氨酯树脂382水12.263颜料134填料30.245消泡剂0.66润湿剂0.17分散剂18增稠剂0.59成膜助剂0.810防腐防霉剂0.411中和剂0.1
12保湿剂113交联剂2
[0101]
此对比例制备步骤如下：
[0102]
过程1.在搅拌釜中先加入10份的水，搅拌速度为10hz，依次加入0.1份的中和剂、0.2份消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.1份的润湿剂、1份的分散剂搅拌10分钟；
[0103]
过程2.调整高搅至30hz然后依次加入30.24份的填料、13份的颜料、0.1份的增稠剂1和2.26份的水，搅拌30分钟；
[0104]
过程3.调整搅拌至15hz，加入38份的水性聚氨酯树脂，并依次加入0.1份的消泡剂1、0.1份的消泡剂2、0.8份的成膜助剂、0.4份的防腐防霉剂、0.1份的消泡剂3、2份的交联剂、1份的保湿剂，并溶胀60分钟；过程4.加入0.3份的增稠剂2，分散10分钟；调整搅拌至15hz，加入0.1份的增稠剂3分散，搅拌20分钟后，细度达到50-100μm，出料。
[0105]
测试例
[0106]
对实施例1-2、对比例1-5获得的水性聚氨酯防水涂料进行测试，标准为《水性聚氨酯防水涂料团标》(待发布)，结果如下表所示。
[0107]
表8
[0108][0109]
结论：
[0110]
图1示出了本发明对比例1-5、实施例1-2得到的单组分水性聚氨酯防水涂料的漆膜开裂情况比较图。如图1所示，对比例1/4/5出现了严重的漆膜开裂情况，对比例2/3出现了轻微的漆膜开裂情况。
[0111]
对比例2和对比例1的主要区别是在配方中添加了硅烷偶联剂和保湿剂，用以改善漆膜应力收缩纹和漆膜开裂；对比例3和对比例1的主要区别是在配方中添加了交联剂和保湿剂，用以改善漆膜应力收缩纹和漆膜开裂并降低漆膜吸水率；
[0112]
实施例1和对比例1的主要区别是在配方中添加了硅烷偶联剂、保湿剂和交联剂，用以改善漆膜应力收缩纹和漆膜开裂并降低漆膜吸水率；
[0113]
实施例2和对比例1的主要区别是在配方中添加了硅烷偶联剂、保湿剂和交联剂，并降低树脂含量。用以改善漆膜应力收缩纹和漆膜开裂并降低漆膜吸水率。
[0114]
实施例1和对比例4的主要区别添加了硅烷偶联剂，并提高树脂含量。用以改善漆膜应力收缩纹和并提高漆膜力学性能。
[0115]
实施例1和对比例5的主要区别是添加了硅烷偶联剂，并提高树脂含量、降低填料
和颜料含量。用以改善漆膜应力收缩纹和并提高漆膜力学性能。
[0116]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。