CN105504781A - 一种聚氨酯沥青复合乳液及其使用方法 - Google Patents

一种聚氨酯沥青复合乳液及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合材料的制备与应用领域，具体来说是一种聚氨酯沥青复合乳液及其使用方法，其由A、B和C组分制备而成，A组分为聚氨酯预聚体乳液；B组分为石油沥青、脂肪酸乙酯、碳化二亚胺、三乙烯二胺、轻质碳酸钙及增塑剂的混合乳液，C组分为季铵盐型表面活性剂与低分子醇的混合溶液。本发明的制备及实施过程，不使用有机溶剂，且石油沥青毒性小，对环境及人类健康影响小，且本发明的复合乳液及其施工方法对基材的适应性较好，对基材的干燥性要求不高，且可用于不规整表面。本法能促使复合乳液快速破乳，粒子迅速沉淀并发生交联固化，得到强度高，低温韧性好，不透水性好的复合涂膜。

Description

一种聚氨酯沥青复合乳液及其使用方法
技术领域
本发明涉及复合材料的制备与应用领域，具体来说是一种聚氨酯沥青复合乳液及其使用方法。
背景技术
近年来，水性涂料由于具有良好的环境友好性、表面适应性及施工安全性等，在涂料领域越来越受到重视。双组份聚氨酯涂料作为水性涂料的一种，其成膜温度低、附着力较强、耐磨性较好、硬度大、耐化学性及耐候性较好，成为水性涂料的一个重要发展方向。但水性聚氨酯涂料的固化速度较慢，其表干和实干时间较长，使得施工效率降低，工期较长，且成型前易受破坏。因此，提高聚氨酯乳液的破乳速度和交联速度，缩短其表干和实干时间，使其快速形成高强度、高柔韧性及高不透水性的涂膜，成为一个有着很大实际意义的研究方向。
乳液的破乳通常有以下几个方法：
(1)利用温度变化破乳，如对乳化液进行反复的加热和冷却。加热能改变表面活性剂的溶解性能，使乳液失去稳定性而破乳。
(2)利用外力作用破乳，如对乳液施加离心力。离心力在乳化颗粒之间形成冲撞和剪切，促进颗粒的分层和聚结而破乳。
(3)利用外加电压破乳，如向乳液施加直流或交流电压。电压作用下，乳化液发生电泳作用，乳化颗粒会粘附于电极而发生破乳。
(4)通过添加破乳剂破乳，如向乳液加入电解质。电解质电离产生的带电粒子能中和乳液粒子表面的电性，破坏双电层结构，粒子由于排斥力减小而靠近并聚结，最终导致破乳。
可见，常温且无外力的情况下，聚氨酯乳液可以通过添加破乳剂实现快速破乳，同时发生交联作用，絮凝并沉淀于基材表面，成为具有一定使用性能的涂膜。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术存在的问题，提供一种聚氨酯沥青复合乳液的速凝方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种聚氨酯沥青复合乳液，由A、B和C组分制备而成，所述A组分为聚氨酯预聚体乳液；所述B组分为石油沥青、脂肪酸乙酯、碳化二亚胺、三乙烯二胺、轻质碳酸钙及增塑剂的混合乳液；所述C组分为季铵盐型表面活性剂与低分子醇的混合溶液。
进一步的，所述A组分中，聚氨酯预聚体的质量分数为30～50％；所述B组分中，沥青的质量分数为40～60％；脂肪酸乙酯的质量分数为5～10％；碳化二亚胺的质量分数为5～10％；轻质碳酸钙质量分数为10～15％；增塑剂的质量分数为5～15％；三乙烯二胺的质量分数为5～8％；水的质量分数为5～10％；所述C组分中，季铵盐的质量分数为40～60％；低分子醇的质量分数为20～30％。
进一步的，所述聚氨酯预聚体乳液为羧酸型聚氨酯；所述石油沥青乳液的粒子直径不大于5μm，固含量为30～50％；所述脂肪酸乙酯为碳原子数不小于6的长链脂肪酸酯类，所述碳化二亚胺乳液的固含量为30～60％，pH值为9～11；所述增塑剂为聚乙烯醇缩丁醛或液态聚异戊二烯；所述季铵盐型表面活性剂为十四烷基三甲基氯化铵或/和二癸基二甲基氯化铵；所述低分子醇为水溶性醇。
进一步的，所述长链脂肪酸酯为己酸乙酯或/和乙基丙基乙酸乙酯。
进一步的，所述水溶性醇为甲醇、乙醇或/和丙醇。
本发明的另一目的是提供一种聚氨酯沥青复合乳液的使用方法，分别制备A、B和C组分备用；B组分与A组分按质量比为3:1～2:1制得混合液；然后一枪内存放混合液，另一枪内存放C组分，采用双枪喷涂法喷涂厚度约为5mm。
进一步的，所述喷涂时，C组分的喷出量为复合乳液质量的5～10％。
进一步的，所述组分B制备时，搅拌速度为30～50r/min，时间20～40min。
进一步的，所述混合液制备时，搅拌速度为10～30r/min。
本发明方解：鉴于促进水性聚氨酯涂料的破乳及交联，缩短其成型时间有着重大的现实意义，本发明采用季铵盐类表面活性剂及低分子醇的混合溶液作为复配破乳剂，并在体系中加入多种组分，以促进其破乳、交联，并全面提升涂膜的物理性能。本发明采用羧酸型聚氨酯预聚乳液，其乳液粒子表面呈电负性。季铵盐溶解后，产生强烈的争水作用，并电离产生阳离子中心，能中和粒子表面的负电，破坏双电层，粒子之间由于电斥力的减小而相互靠近并聚结。而低分子醇的存在，能改变相极性，使油相极性增加，水相极性减小，进一步破坏乳液的稳定性，促进破乳。聚氨酯乳液中加入沥青组分，依靠脂肪酸乙酯的作用形成均匀稳定的混合乳液，可提升涂膜的防水性能。增塑剂的加入提高乳液的流动性，降低玻璃化温度，使其常温下固化后得到弹性较好的涂膜。碳化二亚胺的存在，能使粒子破乳后即发生交联反应，聚氨酯预聚体进一步聚合，固化并沉淀成膜。三乙烯二胺促进固化，并减小碳化二亚胺的用量。经过上述的破乳、交联过程，聚氨酯/沥青复合乳液中的聚氨酯预聚体进一步聚合并交联形成物理机械性能良好的涂膜，沥青组分在涂膜中均匀稳定分布。而轻质碳酸钙的加入，既可降低成本，改善流动性及触变性，还可充当体架材料提高成膜性和耐刮涂性。可见，本发明使用的方法，不仅能大大促进聚氨酯/沥青复合乳液的破乳，缩短其表干和实干时间，且制得的复合涂膜具有良好的综合性能，使用价值较高。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明的制备及实施过程，不使用有机溶剂，且石油沥青毒性小，对环境及人类健康影响小，且本发明的复合乳液及其施工方法对基材的适应性较好，对基材的干燥性要求不高，且可用于不规整表面。
(2)本发明所采用的方法，能使复合乳液常温下快速破乳、交联并絮凝成膜，大大缩短了水性涂料的表干时间和实干时间，施工效率大大提高。
(3)沥青本身不含活性基团，不参加聚氨酯的固化反应，使涂膜固化后的分子结构更加规整，物理化学性质更加稳定。而且沥青可以阻止聚氨酯中的亲水基团发生水解，从而使得到的复合涂膜耐水性较好，使用年限增加。经测试，对复合涂膜施加0.3MPa的压力，作用120min，不透水。
(4)本发明制得的复合涂膜，玻璃化温度低，低温下仍处于高弹态，低温弯折性较好。经测试，在-35℃下，涂膜无裂纹，接缝动态变形试验10000次，涂膜无裂纹。
(5)本发明制得的复合涂膜，有着良好的综合物理力学性能，拉伸强度最高能达6.8MPa，撕裂强度最高接近26N/mm，断裂伸长率超过450％。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
首先进行B组分的配制：将石油沥青、轻质碳酸钙与聚乙烯醇缩丁醛按比例混合，同时加入己酸乙酯、碳化二亚胺及三乙烯二胺，以40r/min的速度搅拌30min，形成均匀稳定的混合乳液。各组分在B组分中所占的质量分数为：沥青60％；己酸乙酯10％；碳化二亚胺5％；轻质碳酸钙10％；聚乙烯醇缩丁醛5％；三乙烯二胺5％；水5％。
然后进行C组分的配制：十四烷基三甲基氯化铵的质量分数为60％，丙醇的质量分数为30％。
施工前进行聚氨酯/沥青复合乳液的配制：将固含量为40％的A组分与B组分按质量比2:1进行混合，并以20r/min的速度搅拌15min，用于喷涂。
喷涂施工：采用双枪喷涂法，C组分的喷出量为复合乳液质量的10％，喷涂厚度约为5mm。
实施例2
首先进行B组分的配制：将石油沥青、轻质碳酸钙与聚乙烯醇缩丁醛按比例混合，同时加入己酸乙酯、碳化二亚胺及三乙烯二胺，以40r/min的速度搅拌30min，形成均匀稳定的混合乳液。各组分在B组分中所占的质量分数为：沥青50％；己酸乙酯5％；碳化二亚胺5％；轻质碳酸钙15％；聚乙烯醇缩丁醛15％；三乙烯二胺5％；水5％。
然后进行C组分的配制：十四烷基三甲基氯化铵的质量分数为50％，丙醇的质量分数为25％。
施工前进行聚氨酯/沥青复合乳液的配制：将固含量为40％的A组分与B组分按质量比3:1进行混合，并以20r/min的速度搅拌15min，用于喷涂。
喷涂施工：采用双枪喷涂法，C组分的喷出量为复合乳液质量的10％，喷涂厚度约为5mm。
实施例3
首先进行B组分的配制：将石油沥青、轻质碳酸钙与聚乙烯醇缩丁醛按比例混合，同时加入己酸乙酯、碳化二亚胺及三乙烯二胺，以40r/min的速度搅拌30min，形成均匀稳定的混合乳液。各组分在B组分中所占的质量分数为：沥青55％；己酸乙酯10％；碳化二亚胺10％；轻质碳酸钙10％；聚乙烯醇缩丁醛5％；三乙烯二胺5％；水5％。
然后进行C组分的配制：十四烷基三甲基氯化铵的质量分数为40％，丙醇的质量分数为20％。
施工前进行聚氨酯/沥青复合乳液的配制：将固含量为40％的A组分与B组分按质量比5:2进行混合，并以20r/min的速度搅拌15min，用于喷涂。
喷涂施工：采用双枪喷涂法，C组分的喷出量为复合乳液质量的10％，喷涂厚度约为5mm。
实施例4
首先进行B组分的配制：将石油沥青、轻质碳酸钙与聚乙烯醇缩丁醛按比例混合，同时加入己酸乙酯、碳化二亚胺及三乙烯二胺，以40r/min的速度搅拌30min，形成均匀稳定的混合乳液。各组分在B组分中所占的质量分数为：沥青50％；己酸乙酯10％；碳化二亚胺10％；轻质碳酸钙12％；聚乙烯醇缩丁醛5％；三乙烯二胺8％；水5％。
然后进行C组分的配制：十四烷基三甲基氯化铵的质量分数为55％，丙醇的质量分数为27.5％。
施工前进行聚氨酯/沥青复合乳液的配制：将固含量为40％的A组分与B组分按质量比2:1进行混合，并以20r/min的速度搅拌15min，用于喷涂。
喷涂施工：采用双枪喷涂法，C组分的喷出量为复合乳液质量的10％，喷涂厚度约为5mm。
实施例5
首先进行B组分的配制：将石油沥青、轻质碳酸钙与聚乙烯醇缩丁醛按比例混合，同时加入己酸乙酯、碳化二亚胺及三乙烯二胺，以40r/min的速度搅拌30min，形成均匀稳定的混合乳液。各组分在B组分中所占的质量分数为：沥青45％；己酸乙酯10％；碳化二亚胺10％；轻质碳酸钙15％；聚乙烯醇缩丁醛10％；三乙烯二胺5％；水5％。
然后进行C组分的配制：十四烷基三甲基氯化铵的质量分数为45％，丙醇的质量分数为22.5％。
施工前进行聚氨酯/沥青复合乳液的配制：将固含量为40％的A组分与B组分按质量比3:1进行混合，并以20r/min的速度搅拌15min，用于喷涂。
喷涂施工：采用双枪喷涂法，C组分的喷出量为复合乳液质量的10％，喷涂厚度约为5mm。
结合具体实例测得的速凝效果如表1所示(底材温度为25℃)。
表1.聚氨酯/沥青复合乳液的速凝时间
结合具体实例测得的涂膜力学性能如表2所示。
表2.聚氨酯/沥青复合涂膜的力学性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.聚氨酯沥青复合乳液，由A、B和C组分制备而成，其特征在于，所述A组分为聚氨酯预聚体乳液；所述B组分为石油沥青、脂肪酸乙酯、碳化二亚胺、三乙烯二胺、轻质碳酸钙及增塑剂的混合乳液；所述C组分为季铵盐型表面活性剂与低分子醇的混合溶液。
2.根据权利要求1所述聚氨酯沥青复合乳液，其特征在于：所述A组分中，聚氨酯预聚体的质量分数为30～50％；所述B组分中，沥青的质量分数为40～60％；脂肪酸乙酯的质量分数为5～10％；碳化二亚胺的质量分数为5～10％；轻质碳酸钙质量分数为10～15％；增塑剂的质量分数为5～15％；三乙烯二胺的质量分数为5～8％；水的质量分数为5～10％；所述C组分中，季铵盐的质量分数为40～60％；低分子醇的质量分数为20～30％。
3.根据权利要求1所述聚氨酯沥青复合乳液，其特征在于：所述聚氨酯预聚体乳液为羧酸型聚氨酯；所述石油沥青乳液的粒子直径不大于5μm，固含量为30～50％；所述脂肪酸乙酯为碳原子数不小于6的长链脂肪酸酯类，所述碳化二亚胺乳液的固含量为30～60％，pH值为9～11；所述增塑剂为聚乙烯醇缩丁醛或液态聚异戊二烯；所述季铵盐型表面活性剂为十四烷基三甲基氯化铵或/和二癸基二甲基氯化铵；所述低分子醇为水溶性醇。
4.根据权利要求3所述聚氨酯沥青复合乳液，其特征在于：所述长链脂肪酸酯为己酸乙酯或/和乙基丙基乙酸乙酯。
5.根据权利要求3所述聚氨酯沥青复合乳液，其特征在于：所述水溶性醇为甲醇、乙醇或/和丙醇。
6.根据权利要求1-5任一项所述聚氨酯沥青复合乳液的使用方法，其特征在于，分别制备A、B和C组分备用；B组分与A组分按质量比为3:1～2:1制得混合液；然后一枪内存放混合液，另一枪内存放C组分，采用双枪喷涂法喷涂厚度约为5mm。
7.根据权利要求6所述聚氨酯沥青复合乳液的使用方法，其特征在于，所述喷涂时，C组分的喷出量为复合乳液质量的5～10％。
8.根据权利要求6所述聚氨酯沥青复合乳液的使用方法，其特征在于，所述组分B制备时，搅拌速度为30～50r/min，时间20～40min。
9.根据权利要求6所述聚氨酯沥青复合乳液的使用方法，其特征在于，所述混合液制备时，搅拌速度为10～30r/min。
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