一種水性防水涂料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性聚氨酯類水性防水涂料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水性聚氨酯的合成需要引入親水基團(tuán)，從而造成表面張力過大，防水耐水性較差。由于合成工藝的限制，相對于溶劑型聚氨酯材料而言，水性聚氨酯分散體的相對分子質(zhì)量較低。加之，自乳化體系又在其鏈段上引入了親水基團(tuán)，如氨基(-NH2)、羥基(-C00H)或磺酸基(-SO3H)等，這些親水基團(tuán)使得涂膜的防水性受到影響，使用過程中耐水性較差，容易泛白以及鼓泡，限制了水性聚氨酯涂料在高性能涂料領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]目前研究人員對提高水性聚氨酯的防水性做了很多改進(jìn)，改性方法主要分為兩類，交聯(lián)改性和表面改性。交聯(lián)改性以化學(xué)鍵的形式將線性聚氨酯大分子鏈接在一起，改性后的聚氨酯具有良好的防水性能;表面改性是通過在水性聚氨酯乳液中引入低表面能材料來降低其表面張力，從而達(dá)到提高耐水性的目的。但目前大多數(shù)體系都是采用單一方法或材料對水性聚氣酯進(jìn)彳丁改性，具有一定的局限性，不能最有效地提尚其耐水性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種具有優(yōu)異耐水性的環(huán)氧基硅烷/氟羧酸銨鹽/聚氨酯水性防水涂料。
[0005]—種水性防水涂料的制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)由聚醚二元醇和二異氰酸酯反應(yīng)得到端異氰酸酯的聚氨酯預(yù)聚體；
[0007]2)向預(yù)聚體中滴加環(huán)氧基硅烷，75-85 °C下保持反應(yīng)0.5-1.5h；
[0008]3)降溫至60-70 °C滴加親水?dāng)U鏈劑，反應(yīng)0.5-1.5h ；
[0009]4)降溫至25-35°C，滴加成鹽劑，反應(yīng)20-30min;
[0010]5)加入蒸餾水與擴(kuò)鏈劑，強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)30-50min;
[0011]6)加入氟羧酸銨鹽，強(qiáng)力攪拌混合均勻，得到環(huán)氧基硅烷/氟羧酸銨鹽/聚氨酯水性防水涂料；
[0012]其中，所用原料按重量份數(shù)計如下:
[0013]聚醚二元醇15-25份
[0014]二異氰酸酯4-6.5份
[0015]環(huán)氧基硅烷1-1.5份
[0016]親水?dāng)U鏈劑1-1.5份
[0017]成鹽劑0.8-1.1份
[0018]蒸餾水50-70份
[0019]擴(kuò)鏈劑0.2-0.4份
[0020]氟羧酸銨鹽0.2-0.4份。
[0021]按上述方案，所述氟羧酸銨鹽按以下方法制備而來:
[0022]以N-乙基，N-羥乙基全氟辛基磺酰胺(DF-10)和丁二酸酐為原材料，DMF為溶劑，4-二甲氮基吡啶(DMAP)為催化劑制備出氟羧酸(FCA);以氟羧酸和TEA為原材料，合成溶于水的氟羧酸鹽溶液。
[0023]按上述方案，步驟I)異氰酸酯基和羥基的摩爾比為3: I。
[0024]按上述方案，所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯或六亞甲基二異氰酸酯。
[0025]按上述方案，所述聚醚二元醇是平均分子量為2000的聚乙二醇(PEG2000)或聚丙二醇(PPG2000)。
[0026]按上述方案，所述親水?dāng)U鏈劑是2-2雙羥甲基丙酸(DMPA);溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)后加入反應(yīng)體系。
[0027]按上述方案，所述環(huán)氧基硅烷是γ-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)。
[0028]按上述方案，所述成鹽劑是三乙胺(TEA)。
[0029]按上述方案，所述擴(kuò)鏈劑是乙二胺(EDA)。
[0030]針對水性聚氨酯耐水性較差的問題；同時采用有機(jī)硅和有機(jī)氟對其進(jìn)行改性。環(huán)氧基硅烷具有較低的表面張力，同時環(huán)氧基可與異氰酸根反應(yīng)并形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻止水分進(jìn)入涂層內(nèi)部;氟羧酸銨鹽含有與水性聚氨酯鏈相同的官能團(tuán)，其水溶液可與水性聚氨酯乳液共混，降低乳液的表面張力，氟羧酸銨鹽在涂料成膜過程中迀移至涂層表面。
[0031]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有益效果如下:
[0032]本發(fā)明所涉及的有機(jī)氟為氟羧酸銨鹽，氟羧酸銨鹽水溶液與水性聚氨酯含有相同的官能團(tuán)，具有良好的相容性，不同于以往通過接枝或共聚引入有機(jī)氟，通過此法引入的有機(jī)氟分子較小，在成膜過程中更容易迀移至涂膜表面，只需要加入少量有機(jī)氟就可以達(dá)到表面疏水效果。
[0033]本發(fā)明合成的水性聚氨酯涂料具有優(yōu)良的耐水性，表面張力大大降低，表面接觸角也達(dá)到疏水要求。
[0034]在用作建筑墻體材料和汽車表面涂料等其他用途時，相比普通水性聚氨酯，其防水性能得到了極大改善，將擴(kuò)大水性聚氨酯在高性能涂料領(lǐng)域的應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0036]氟羧酸銨鹽的制備過程如下:
[0037]I)55-650C，N-乙基，N-羥乙基全氟辛基磺酰胺和丁二酸酐分別溶于N-N二甲基甲酰胺；
[0038]2)N-乙基，N-羥乙基全氟辛基磺酰胺溶液和丁二酸酐溶液共混，55-65°C保溫25-35min；
[0039]3)升溫至85-95 °C，加入催化劑4-二甲氮基吡啶，反應(yīng)7.5-8.5h；
[0040]4)快速倒入蒸餾水萃取，抽濾洗滌數(shù)次后干燥得到氟羧酸；
[0041]5)向氟羧酸中加入三乙胺水溶液，20-30°C反應(yīng)3-4h得到氟羧酸銨鹽(FAC)溶液。
[0042]實(shí)施例1
[0043]PPG2000置于三口燒瓶中，升溫并抽真空，進(jìn)行脫水處理，在內(nèi)溫為110°C，真空度為133.3Pa的條件下，處理時間為2.0h;向反應(yīng)器中加入PPG2000，向其中滴加TDI，氮?dú)夥諊?5 °C反應(yīng)0.5h，加入催化劑，80 0C反應(yīng)1.0h得到聚氨酯預(yù)聚體，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)速保持在60r/mino
[0044]保持體系80 °C，滴加KH-560，滴加速度為兩秒一滴，攪拌反應(yīng)1.0h，轉(zhuǎn)速60r/min ；降溫至65°C，滴加DMPA，滴加速度為兩秒一滴，攪拌反應(yīng)1.0h，轉(zhuǎn)速60r/min ；降溫至30°C，滴加TEA，滴加速度為兩秒一滴，反應(yīng)20min，轉(zhuǎn)速120r/min;加入蒸餾水與EDA，強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)40min;反應(yīng)完成后收樣得到環(huán)氧基硅烷改性水性聚氨酯乳液。
[0045]準(zhǔn)確稱取FAC溶液，加入到環(huán)氧基硅烷改性水性聚氨酯乳液，強(qiáng)力攪拌30min，轉(zhuǎn)速180r/min。反應(yīng)完成后收樣得到環(huán)氧基硅烷/氟羧酸銨鹽/聚氨酯水性防水涂料。
[0046]按相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)氧基硅烷/氟羧酸銨鹽/聚氨酯水性防水涂料的相關(guān)性能，涂料的表面張力為17.9mN/m;涂膜在水中浸泡24h后吸水率為7.14% ;表面疏水角為114°。
[0047]實(shí)施例2
[0048]PPG2000置于三口燒瓶中，升溫并抽真空，進(jìn)行脫水處理，在內(nèi)溫為110°C，真空度為133.3Pa的條件下，處理時間為2.0h;向反應(yīng)器中加入PPG2000，向其中滴加MDI，氮?dú)夥諊?5 °C反應(yīng)0.5h，加入催化劑，80 0C反應(yīng)1.0h，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)速保持在60r/min。
[0049]保持體系82 0C，滴加KH-560，滴加速度為兩秒一滴，攪拌反應(yīng)0.7h，轉(zhuǎn)速60r/min ；降溫至68°C，滴加DMPA，滴加速度為兩秒一滴，攪拌反應(yīng)0.7h，轉(zhuǎn)速60r/min ；降溫至32°C，滴加TEA，滴加速度為兩秒一滴，反應(yīng)22min，轉(zhuǎn)速120r/min;加入蒸餾水與EDA，強(qiáng)力攪拌下反應(yīng)45min