专利名称：单组分聚脲型聚氨酯涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种封闭型聚氨酯涂料，特别涉及一种单组分聚脲型聚氨酯涂料及其 制备方法。
背景技术：
聚氨酯涂料性能优异且价格适中，广泛应用于地下工程、桥梁、港口、轮船等领域。 这些领域具有基面潮湿、环境湿度大的特点，一般采用湿固化的聚氨酯涂料。湿固化的聚氨 酯涂料可分为双组份和单组份涂料。由于环境的限制，双组份湿固化的聚氨酯涂料现场配 制不方便，而且容易造成浪费，而单组份湿固化的聚氨酯涂料的性能固定、使用方便，是施 工单位理想的涂料。目前用于该领域的单组份湿固化聚氨酯的固含量一般在70%以下。由于端NCO基 与水反应生成的CO2容易残留在涂层中，从而影响涂层的装饰性能和机械性能，特别是对于 较厚的涂层，对性能的影响尤其明显，如大大降低涂层的硬度、拉伸强度和延伸率，所以端 NCO的单组份湿固化聚氨酯涂料的应用受到影响。另外为达到所需的操作粘度，目前的单组 份聚氨酯涂料通常含有一定的有机溶剂，不仅带来物质的浪费，易燃易爆，而且随着环保对 VOC(有机挥发分)的排放限制，其应用也受到限制。为解决上述缺点，封端技术日益得到发展。封端技术包括封闭异氰酸酯和封闭能 够与异氰酸酯反应的官能团。用来封闭异氰酸酯的主要化合物是常见的封端剂有酚类、醇类、肟类、咪唑啉类、 酰胺类、亚硫酸氢盐、胺类、其他具有羟基的化合物等含有活泼氢的化合物，例如于2009年 5月6日授权公告的中国专利CN100484978C、于2009年8月19日授权公告的中国专利 CN100528920C、于2007年9月5日授权公告的中国专利CN100335520C、于1994年10月4日 授权公开的美国专利US5，352，755、于1997年4月10日公开的PCT国际申请WO 97/12924、 于1996年11月27日公布的欧洲专利EP0744423A1。但是，打开这种封闭需要采取较高的 反应温度，不适宜在常温下使用。封闭能够与异氰酸酯反应的官能团也有报道。例如，于1997年2月12日公开的 中国专利申请公开CN 1142521A公开了一种一元和二元聚氨酯涂料组合物，其提供的技术 方案能够对与异氰酸酯反应的官能团进行封闭，并且作为活性稀释剂，但体系仍然含有NCO 基，不能有效降低CO2的产生，并且贮存性受到影响。例如，于1998年8月5日公开的中国 专利申请公开CN1189817A公开了一种酮亚胺固化剂及由其制得的快速固化磁性记录介质 和薄膜，其将特定的酮亚胺和未封闭的芳族异氰酸酯为端基的预聚物交联剂结合成稳定的 成膜组合物。例如，于2010年1月20日公开的中国专利申请公开CN 101629047A公开了 一种喷涂型聚氨酯防水材料及其应用技术，其采取酮与多元伯胺反应生成酮亚胺，在使用 时酮亚胺与水反应生成胺，再与异氰酸酯基团反应。但是在这些体系中，仍然含有NCO基， 由于酮亚胺会与异氰酸酯基团缓慢反应，难以制成稳定的单组份涂料，多用作双组份体系。针对单独封闭技术，江苏科学出版社于2002年出版的由朱吕民编著的聚氨酯合成材料在第7章给出了采用双封闭单组分聚脲型聚氨酯漆。其封闭能够与异氰酸酯反应 的官能团(即脂肪胺)。但是这种技术的不足之处在于，小分子脂肪胺在体系中类似于扩 链剂，缺乏柔性链段，使得成膜物的抗冲击性等性能下降，而大分子的脂肪胺在常温下为固 体，用于涂料体系通常要加入有机溶剂。此外，针对双封闭单组分聚脲型聚氨酯漆，由于涂布后聚氨酯漆存在着异氰酸酯 封端剂和脂肪胺封端剂，这两种残留物对于双封闭单组分聚脲型聚氨酯漆的性能产生影 响。例如酚类化合物常用作异氰酸酯封端剂，而酚类化合物是一种原型质毒物，能使蛋白 质凝固，对一切生活个体都有毒杀作用，如果不加以处理，残留在成膜物中的酚类物质，对 环境和人体都会带来潜在的伤害。酮常用作胺的封端剂，如上所述的中国专利申请公开 CN1189817A采用了 3-甲基_2_ 丁酮作为封端剂，但是该封端剂为易燃易爆物质，不适宜应 用，因此有必要对酮进行选择或减少用量。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种单组分聚脲型聚氨酯涂 料及其制备方法，其无需溶剂且能对涂布过程产生的酚类封端剂进行处理。本发明的另一目的在于提供一种单组分聚脲型聚氨酯涂料及其制备方法，其采用 了合适的酮类封端剂，以降低易燃易爆的危险性以及减少酮类封端剂的用量。针对本发明的目的，在第一方面，本发明提供了一种单组分聚脲型聚氨酯涂料，包 括采用酚类封端剂封端的异氰酸酯基预聚物、封端的聚醚胺、以及氧化钙。针对本发明的目的，在第二方面，本发明提供了一种单组分聚脲型聚氨酯涂料的 制备方法，包括制备封端的异氰酸酯基预聚物；制备封端的聚醚胺；将封端的异氰酸酯基 预聚物和封端的聚醚胺按照比例进行混合；以及加入氧化钙，以制成单组份聚脲型聚氨酯 涂料。依据本发明的单组份聚脲型聚氨酯涂料及其制备方法中，聚醚胺封端剂包括环己 酮、环戊酮、二苯酮、苯乙酮或它们混合物组成的组。在依据本发明的单组份聚脲型聚氨酯涂料及其制备方法中，由于采用了聚醚胺， 避免引入有机溶剂，且具有更好的抗冲击性能和伸长率。在依据本发明的单组份聚脲型聚氨酯涂料及其制备方法中，由于采用氧化钙和酚 类封端剂，在涂布施工中氧化钙与水反应形成氢氧化钙，氢氧化钙与酚类封端剂反应，从而 有效地处理了涂布过程产生的酚类封端剂。在依据本发明的单组份聚脲型聚氨酯涂料及其制备方法中，基于本发明采用酮类 封端剂，可减少易燃易爆的危险性以及酮类封端剂的用量。
具体实施例方式现在详细说明本发明的单组份聚脲型聚氨酯涂料及其制备方法。首先简单说明一下本发明的单组份聚脲型聚氨酯涂料的技术构思。封端的异氰酸酯基预聚物和封端的聚醚胺(聚醚胺的封端反应如化学式(1)所 示)进行混合，加入氧化钙以及其他可选物质(例如催化剂、填充剂、助剂等)，制成单组份 聚脲型聚氨酯涂料。在施工涂布时，如化学式(2)和化学式(3)所示，基材或环境中的水分将封端的聚醚胺分解成聚醚胺封端剂和聚醚胺，聚醚胺与封端的异氰酸酯基预聚物反应生 成聚脲型聚氨酯和酚类封端剂，而氧化钙与水反应形成氢氧化物，进而氢氧化物与酚类封 端剂反应而反应物作为沉淀物留存在涂布的涂料中，聚醚胺封端剂全部或部分挥发掉。
权利要求
1.一种单组分聚脲型聚氨酯涂料，包括采用酚类封端剂封端的异氰酸酯基预聚物，其 特征在于，所述单组分聚脲型聚氨酯涂料还包括封端的聚醚胺和氧化钙。
2.根据权利要求1所述的单组分聚脲型聚氨酯涂料，其特征在于，封端异氰酸酯基预 聚物采用的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、1，6-己二 异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、它们的衍生物和/或混合物，酚类封端剂为 苯酚和1-4个碳原子的烷基取代的苯酚，异氰酸酯基预聚物中NCO与其封端剂的当量比为 1 1 1 2，优选 0.9 1 1 1，更优选 0.96 1 1 1。
3.根据权利要求1所述的单组分聚脲型聚氨酯涂料，其特征在于，封端的聚醚胺中的 聚醚胺为聚氧丙烯二胺、聚氧乙烯二胺、聚氧丙烯三胺、聚氧乙烯三胺或它们混合物组成的 组，封端的聚醚胺采用的封端剂为环己酮、环戊酮、二苯酮、苯乙酮或它们混合物组成的组， 聚醚胺与其封端剂的当量比为0.8 1 1 1，更优选0.9 1 1 1。
4.根据权利要求1所述的单组分聚脲型聚氨酯涂料，其特征在于，异氰酸酯基预聚物 中NCO官能度为2 3，数均分子量为450 10000。
5.根据权利要求1所述的单组分聚脲型聚氨酯涂料，其特征在于，聚醚胺的数均分子 量为200 5000。
6.根据权利要求1所述的单组分聚脲型聚氨酯涂料，其特征在于，异氰酸酯基预聚物 中的NCO与聚醚胺中的NH2的当量之比为2 1 2.2 1。
7.依据权利要求1所述的单组分聚脲型聚氨酯涂料，其特征在于，氧化钙为0.85 5重量份。
8.根据权利要求1所述的单组分聚脲型聚氨酯涂料，其特征在于，所述单组分聚脲型 聚氨酯涂料还包括催化剂，所述催化剂为三乙胺、1，4_ 二氮杂二环-[2. 2. 2]辛烷、氧化二 丁基锡、二辛酸锡或二月桂酸二丁锡、二(2-乙基己酸)锡，所述催化剂为0. 05 0.2重量 份。
9.一种单组分聚脲型聚氨酯涂料的制备方法，用于制备依据权利要求1-8任一项所述 的单组分聚脲型聚氨酯涂料，包括步骤制备封端的异氰酸酯基预聚物；制备封端的聚醚胺；将封端的异氰酸酯基预聚物和封端的聚醚胺按照比例进行混合；以及加入氧化钙，以制成单组份聚脲型聚氨酯涂料。
10.根据权利要求9所述的单组分聚脲型聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于，在加入 氧化钙的同时、之前或之后，加入所述催化剂。
全文摘要
本发明提供了一种单组分聚脲型聚氨酯涂料及其制备方法，所述涂料包括采用酚类封端剂封端的异氰酸酯基预聚物、封端的聚醚胺、以及氧化钙。所述制备方法包括制备封端的异氰酸酯基预聚物；制备封端的聚醚胺；将封端的异氰酸酯基预聚物和封端的聚醚胺按照比例进行混合；以及加入氧化钙，以制成单组份聚脲型聚氨酯涂料。本发明的涂料贮存稳定性好、不含溶剂，不释放或较少释放CO2气体，干燥迅速、附着力强、耐潮、耐水、耐盐，可作为地下工程、桥梁、港口、轮船等领域的防护涂料。
文档编号C09D7/12GK102101967SQ20101059696
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者叶卫, 张武英, 徐玲, 林峰, 王书元 申请人:中核深圳凯利集团公司, 深圳职业技术学院