本发明涉及聚脲涂料技术领域，尤其涉及一种脂肪族单组分聚脲涂料及其制备方法。
背景技术：
聚脲涂层具有优异的耐磨和防腐防水性能，在防水防腐方面广泛应用于各种海洋水利大坝工程、高档建筑防水以及石油化工等领域。
通常聚脲都是由聚醚多元醇或端氨基聚醚制备的，分子链中含有大量的醚键，耐水解能力有限，尤其在酸、碱和热的情况下，聚脲的使用寿命短暂，达不到使用要求。聚四氢呋喃醚二醇(ptmeg)制备的聚脲耐水解、耐磨能力虽然有很大提高，但是在酸、碱、热的情况下使用也不容乐观；同时传统单组分聚脲中含有低沸点溶剂，voc含量较高。因此，一种耐水解、耐候以及环保的聚脲涂层的研究具有重要意义。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题在于提供一种脂肪族单组分聚脲涂料，该涂料形成的涂层具有优异的耐候、拉伸性能、耐磨性、抗老化、耐酸碱和耐水解的优点。
本申请提供了一种脂肪族单组分聚脲涂料，由以下组分制备得到：
所述多元醇选自聚碳酸酯二元醇、二聚酸聚酯二元醇和氢化端羟基液体橡胶中的一种或多种；
所述异氰酸酯选自hdi、hmdi、xdi和ipdi中的一种或多种。
优选的，所述多元醇的分子量为1000～4000，所述氢化端羟基液体橡胶选自氢化端羟基聚丁二烯、氢化端羟基丁腈橡胶、氢化端羟基异戊二烯橡胶和氢化端羟基丁苯橡胶中的一种或多种。
优选的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
优选的，所述复合光稳定剂选自质量比为1:1的受阻胺光稳定剂和反应型紫外线吸收剂。
优选的，所述受阻胺光稳定剂选自tinuvin123和adkstabla-81中的一种或两种；所述反应性紫外线吸收剂为chiguardr-455。
优选的，所述环保稀释剂为高沸点碳酸酯溶剂；所述催化剂为有机稀土类催化剂。
优选的，所述多元醇的含量为30～45wt％。
优选的，所述复合光稳定剂的含量为0.7～1.5wt％，所述环保稀释剂的含量为5～16wt％。
本申请还提供了所述的脂肪族单组分聚脲涂料的制备方法，包括以下步骤：
a)按照成分配比，将色浆、多元醇和复合光稳定剂加热真空除水后再加入异氰酸酯，反应后加入催化剂；
b)将步骤a)得到的混合物与亚胺类潜固化剂混合、加热，再加入环保稀释剂降温后加入消泡剂和抗氧剂，得到脂肪族单组分聚脲涂料。
优选的，步骤a)中，所述加热的温度为110～120℃，加入异氰酸酯的温度为60～65℃，所述反应的温度为90～100℃，时间为2～3h，所述加入催化剂的温度为65～70℃；步骤b)中，所述加热的温度为80～85℃，降温的温度为60～65℃。
本申请提供了一种脂肪族单组分聚脲涂层，其由异氰酸酯、多元醇、亚胺类潜固化剂、催化剂、色浆、抗氧化剂、复合光稳定剂、环保稀释剂以及消泡剂制备得到；本申请采用了更耐水解的多元醇制备聚脲涂料，使得聚脲涂层更耐水解，可以应用于各种酸、碱和热的环境中，使用寿命长，耐候、耐磨性更优；同时氢化端羟基液体橡胶的分子链中都是碳碳链，具有优异的耐水解、耐候性能；复合光稳定剂其中紫外线吸收剂具有反应性可以扩链到聚氨酯大分子中，更加稳定，不迁移，与受阻胺光稳定剂具有协效作用，使得耐候性能更优异。因此，本申请通过添加上述组分，且上述组分相互作用，使得制备的涂料形成的涂层具有优异的耐候、拉伸性能、耐磨性、抗老化、耐酸碱和耐水解的优点；进一步的，本申请采用高沸点的碳酸丙烯酯作为溶剂，其不含苯及芳烃类溶剂，使得涂料具有低气味、低voc，环保型更好。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于传统聚脲涂料耐水解能力有限的问题，本申请提供了一种聚脲涂料，其采用了特定的更耐水解的多元醇制备聚脲，且与其他组分配合，使得到的聚脲涂料形成的聚脲涂层具有高耐候、耐水解、耐磨的优异性能，可以应用在各种苛刻条件下的单组分聚脲防水防腐涂料。具体的，本发明实施例公开了一种脂肪族单组分聚脲涂料，由以下组分制备得到：
所述多元醇选自聚碳酸酯二元醇、二聚酸聚酯二元醇和氢化端羟基液体橡胶中的一种或多种；
所述异氰酸酯选自hdi、hmdi、xdi和ipdi中的一种或多种。
在本申请提供的脂肪族单组分聚脲涂料中，异氰酸酯是脂肪族异氰酸酯，具体选自hdi、hmdi、xdi和ipdi中的一种或多种，其含量为10～30wt％；在具体实施例中，所述异氰酸酯的含量为15～25wt％。
所述多元醇选自聚碳酸酯二元醇、二聚酸聚酯二元醇和氢化端羟基液体橡胶中的一种或多种；聚碳酸酯二元醇(pcdl)制备的聚氨酯具有更优异的耐水解能力，耐磨性能，更优异的力学性能；二聚酸聚酯二元醇是由二聚醇与二聚酸酯化形成的产物，分子链中仅有一个酯键，并且分子中有庞大的支链保护，制备的聚氨酯具有优异的耐水解，高耐磨，耐候性能；氢化端羟基液体橡胶分子链中都是碳碳(c-c)链，具有优异的耐水解，耐候性能。所述多元醇的含量为20～50w％，在具体实施例中，所述多元醇的含量为30～45wt％。所述多元醇的分子量为1000～4000，作为优选方案，可选择分子量为2000的多元醇。上述氢化端羟基液体橡胶具体可选自氢化端羟基聚丁二烯、氢化端羟基丁腈橡胶、氢化端羟基异戊二烯橡胶和氢化端羟基丁苯橡胶中的一种或多种。
所述亚胺类潜固化剂通过与水反应产生活性基团，活性基团与异氰酸酯基团交联即可固化成膜。所述亚胺类潜固化剂的含量为10～30wt％，在具体实施例中，所述亚胺类潜固化剂的含量为12～20wt％。所述亚胺类潜固化剂为本领域技术人员熟知的，对此本申请不进行特别的限制。
本申请中所述催化剂可选自有机稀土类催化剂，其含量为0.05～0.2wt％，在具体实施例中，所述催化剂的含量为0.08～0.12wt％。
所述抗氧剂具体可选自受阻酚类抗氧剂，具体可选自液体抗氧剂1135；其含量为0.1～2wt％，在具体实施例中，所述抗氧剂的含量为0.2～1.2wt％。
本发明中的复合光稳定剂选自质量比为1:1的受阻胺光稳定剂和反应型紫外线吸收剂的组合，具体的，所述受阻胺光稳定剂选自tinuvin123和adkstabla-81中的一种或两种；所述反应性紫外线吸收剂为chiguardr-455。所述复合光稳定剂不易迁移，使得聚脲涂层的稳定性更好。所述复合光稳定剂的含量为0.1～2wt％，在具体实施例中，所述复合光稳定剂的含量为0.7～1.5wt％。
本申请采用高沸点碳酸酯类溶剂作为稀释剂制备聚脲涂料，其中不含苯及芳烃类物质，环保型更高。所述环保稀释剂的含量0～20wt％，在具体实施例中，所述环保稀释剂的含量为5～16wt％。所述消泡剂为本领域技术人员熟知的，对此本申请没有特别的限制，所述消泡剂的含量为0.1～2wt％，在具体实施例中，所述消泡剂的含量为0.3～1.6wt％。
本申请还提供了所述脂肪族单组分聚脲涂料的制备方法，包括以下步骤：
a)按照成分配比，将色浆、多元醇和复合光稳定剂加热真空除水后再加入异氰酸酯，反应后加入催化剂；
b)将步骤a)得到的混合物与亚胺类潜固化剂混合、加热，再加入环保稀释剂降温后加入消泡剂和抗氧剂，得到脂肪族单组分聚脲涂料。
在上述脂肪族单组分聚脲涂层的制备过程中，在步骤a)中，所述加热的温度为110～120℃，加入异氰酸酯的温度为60～65℃，所述反应的温度为90～100℃，时间为2～3h，所述加入催化剂的温度为65～70℃；步骤b)中，所述加热的温度为80～85℃，降温的温度为60～65℃。
本申请提供的聚脲涂料采用更耐水解的聚碳酸酯二元醇pcdl、二聚酸聚酯二元醇和氢化端羟基聚丁二烯(htpb)中的一种或多种制备；普通的聚醚多元醇和端氨基聚醚中含有大量的醚键，耐水解能力一般，尤其应对酸碱热等苛刻环境下时，使用情况不乐观，聚碳酸酯二元醇更耐水解，并且属于聚酯类多元醇，更耐候，耐磨，拉伸性能更好；二聚酸聚酯二元醇分子结构中只有一个酯键，并且有庞大的侧链保护，耐水解能力突出，同样是聚酯多元醇，制备的聚脲更耐候耐磨，氢化端羟基聚丁二烯中全部都是碳碳连接，疏水性能更好，制备的聚氨酯具有高弹性，高耐候，耐水解；选用上述多元醇制备的聚脲涂层具有优异的拉伸、耐磨、耐水解性能，可以长期在苛刻的环境下使用，具有更杰出的性能，更长的使用寿命。本申请采用有机稀土类环保催化剂和高沸点碳酸酯类溶剂制备聚脲，具有voc含量低，不含苯及芳烃类物质，更环保安全；采用液体抗氧剂和液体光稳定剂组合，受阻胺光稳定剂(hals)和苯并三唑反应性紫外线吸收剂(uva)的组合具有协同作用，容易添加，反应接枝到聚氨酯大分子上不迁移，户外使用更耐老化，使用寿命长。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的脂肪族单组分聚脲涂料及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
一种脂肪族单组分聚脲防水防腐涂料，包括以下质量分数的组分：25％hmdi、45％聚碳酸酯二元醇2000、15％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、1％色浆、0.2％抗氧剂1135、0.5％tinuvin123、0.5％chiguardr-455、12.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法：1)将色浆、聚碳酸酯二元醇和复合光稳定剂投入到三口烧瓶中，加热到110～120℃真空除去水分，冷却到60～65℃，加入相应的hmdi，在95～100℃反应2h后降温到65-70℃加入催化剂；
2)通过滴加设备滴入亚胺潜固化剂，通过设置滴加速度保持反应温度平衡，加完后80～85℃保温半个小时，加入环保稀释剂并降温60～65℃，加入相应的消泡剂、抗氧剂，搅拌15min后出料。
实施例2
一种脂肪族单组分聚脲防水防腐涂料，包括以下质量分数的组分：20％hmdi、50％聚碳酸酯二元醇2000、12％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、1％色浆、0.2％抗氧剂1135、0.5％adkstabla-81、0.5％chiguardr-455、15.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种脂肪族单组分聚脲防水防腐涂料，包括以下质量分数的组分：25％hmdi、45％二聚酸聚酯二元醇2000、15％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、1％色浆、0.2％抗氧剂1135、0.5％tinuvin123、0.5％chiguardr-455、12.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
其制备方法：1)将色浆、二聚酸聚酯二元醇和复合光稳定剂投入到三口烧瓶中，加热到110～120℃真空除去水分，冷却到60～65℃，加入相应的hmdi，在95～100℃反应2h后降温到65～70℃加入催化剂；
2)通过滴加设备滴入亚胺潜固化剂，通过设置滴加速度保持反应温度平衡，加完后80-85℃保温半个小时，加入环保稀释剂并降温60～65℃，加入相应的消泡剂、抗氧剂，搅拌15min后出料。
实施例4
一种脂肪族单组分聚脲防水防腐涂料，包括以下质量分数的组分：20％hmdi、50％二聚酸聚酯二元醇2000、12％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、1％色浆、0.2％抗氧剂1135、0.5％tinuvin123、0.5％chiguardr-455、15.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法与实施例3相同。
实施例5
一种脂肪族单组分聚脲防水防腐涂料，包括以下质量分数的组分：25％hmdi、45％氢化端羟基聚丁二烯2000、15％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、1％色浆、0.2％抗氧剂1135、0.5％adkstabla-81、0.5％chiguardr-455、12.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法：1)将色浆、氢化端羟基聚丁二烯和复合光稳定剂投入到三口烧瓶中，加热到110～120℃真空除去水分，冷却到60～65℃，加入相应的hmdi，在95～100℃反应2h后降温到65～70℃加入催化剂；
2)通过滴加设备滴入亚胺潜固化剂，通过设置滴加速度保持反应温度平衡，加完后80～85℃保温半个小时，加入环保稀释剂并降温60-65℃，加入相应的消泡剂、抗氧剂，搅拌15min后出料。
实施例6
一种脂肪族单组分聚脲防水防腐涂料，包括以下质量分数的组分：20％hmdi、50％氢化端羟基聚丁二烯2000、12％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、1％色浆、0.2％抗氧剂1135、0.5％adkstabla-81、0.5％chiguardr-455、15.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法与实施例5相同。
实施例7
一种脂肪族单组分聚脲防水防腐涂料，包括以下质量分数的组分：29.5％ipdi、45％聚碳酸酯二元醇2000、15％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、1％色浆、0.2％抗氧剂1135、0.5％adkstabla-81、0.5％chiguardr-455、7.9％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法：
1)将色浆、聚碳酸酯二元醇和复合光稳定剂投入到三口烧瓶中，加热到110～120℃真空除去水分，冷却到60～65℃，加入相应的ipdi，在95～100℃反应2h后降温到65～70℃加入催化剂；
2)通过滴加设备滴入亚胺潜固化剂，通过设置滴加速度保持反应温度平衡，加完后80～85℃保温半个小时，加入环保稀释剂并降温60～65℃，加入相应的消泡剂、抗氧剂，搅拌15min后出料。
实施例8
一种脂肪族单组分聚脲防水防腐涂料，包括以下质量分数的组分：23.6％hmdi、50％聚碳酸酯二元醇2000、12％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、1％色浆、0.2％抗氧剂1135、0.5％tinuvin123、0.5％chiguardr-455、11.8％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法与实施例7相同。
实施例9(普通聚醚多元醇制备的聚脲对比试验)：
普通单组分聚脲，包括以下质量分数的组分：25％hmdi、45％聚醚多元醇2000、15％亚胺类潜固化剂、0.1％催化剂、1％色浆、0.2％抗氧剂1135、0.5％tinuvin123、0.5％chiguardr-455、12.4％环保稀释剂、0.3％消泡剂。
制备方法：1)将色浆、聚醚多元醇和复合光稳定剂投入到三口烧瓶中，加热到110-120℃真空除去水分，冷却到60-65℃，加入相应的hmdi，在95-100℃反应2h后降温到65-70℃加入催化剂；
2)通过滴加设备滴入亚胺潜固化剂，通过设置滴加速度保持反应温度平衡，加完后80～85℃保温半个小时，加入环保稀释剂并降温60-65℃，加入相应的消泡剂、抗氧剂，搅拌15min后出料。
对上述实施例制备的单组分聚脲进行涂膜，两次涂膜厚度1.5mm±0.2mm，标准条件下养护7d后进行测试，测试的物理性能如下表1所示；
表1单组分聚脲涂层的物理性能数据表
从表1可以看出制备的单组分脂肪族聚脲防水涂料具有特别优异的耐水解、耐酸碱和耐候性能，而实施例9普通聚醚多元醇制备的聚脲在上述酸碱热等苛刻环境下很快失效，实际应用起来寿命很短，而通过本发明制备的单组分聚脲具有非常优越的性能：耐磨、耐腐蚀、耐水解、耐候并且可以应用在各种酸碱热苛刻条件下的防水防腐，使用寿命长，能够解决在特殊环境中应用问题，具有明显的优越性和前瞻性；并且本发明制备的聚脲中不含苯及芳烃类溶剂，采用环保催化剂不含重金属，低voc，具有很好的应用价值。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。