水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料及其制备方法.pdf

一种水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料及其制备方法，该涂料是包括聚氨酯预聚体、N-羟甲基丙烯酰胺、邻苯二甲酸二丁酯、乙烯基三氯硅烷、钛白粉、甲基硅油、超细碳酸钙、混合溶剂，其制备方法：按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入乙烯基三氯硅烷；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯；金红石型钛白粉；甲基硅油；超细碳酸钙；混合溶剂，混合均匀即可得到水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料产品，本发明具有耐化学性强、耐温高、耐候性好、耐沾污性好、光泽度高、涂膜寿命长等特点。

1.  一种水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，其特征在于：制成该涂料包括以下重量份数的原料：
聚氨酯预聚体                   40～50份；
N-羟甲基丙烯酰胺             1-2份；
邻苯二甲酸二丁酯             2～5份；
乙烯基三氯硅烷               0.5～1份；
钛白粉                           10～20份；
消泡剂                          0.1～0.3份；
超细碳酸钙                      3～10份；
混合溶剂                         10～15份；
所述的聚氨酯预聚体是带有NCO端基的预聚体，分子量在10000-4000之间；
所述的混合溶剂是木质素+乙二醇丁醚+水，重量比例为3:1:10。

2.  根据权利要求1所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，其特征在于：所述的消泡剂是甲基硅油。

3.  根据权利要求1所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，其特征在于：所述的钛白粉为金红石型钛白粉。

4.  根据权利要求1所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入乙烯基三氯硅烷；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯；金红石型钛白粉；甲基硅油；超细碳酸钙；混合溶剂，混合均匀即可得到水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料产品。

5.  根据权利要求1所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，其特征在于：所述的涂料还包括：流平剂、抗冻剂和防沉剂中的一种或多种，重量份数为1-5；所述的流平剂是聚丙烯酸酯溶液；所述的抗冻剂是1,3-丙二醇；所述的防沉剂是改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液。

6.  根据权利要求1所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，其特征在于：所述的涂料还进一步加入色料。

7.  权利要求1所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，其特征在于：该涂料在普通墙体、屋面、钢架结构、船体或石油储罐涂覆上的应用。

水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种隔热涂料的制备方法，特别是一种水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料及其制备方法，属于化学组合物及其制备技术领域。
背景技术
建筑节能是我国节能工作的重点之一，而外墙外保温已成为建筑节能的主产品。对于热工设计时以保温为主的地区，如严寒地区和寒冷地区，外墙外保温不仅合理，而且适用，发展较快。而对于热工设计时一般只考虑隔热的夏热冬暖地区，或热工设计时以隔热为主的夏热冬冷地区，目前的一些外墙外保温存在进一步完善的空间。针对不同地区的气候特点，合理选择和使用各种隔热保温涂料，组成复合体系，既保温又隔热，达到室内热环境舒适和节能降耗的目的。
而说到隔热保温涂料，人们还要考虑其耐候性和防污性，因为外墙涂料是与外界大气环境直接接触的，需要经受气候、雨水、紫外线等的挑战，因此需要具备耐酸雨、耐沾污以及易清洗等性能， 目前在建筑防水领域，溶剂型聚氨酯涂料（WPU ）应用比较广泛， 但随着环保的力度的加大，涂料势必要向无溶剂、水性化方向发展。WPU 由于引入亲水集团，涂料的耐水性不佳，无法满足建筑防水涂料的需求，所以可以通过改性来提高和改善相应性能。目前公开文献报道了许多改性方法，例如
1、中国专利，名称: 水性聚氨酯丙烯酸酯、水性聚氨酯紫外光固化涂料及其制备方法 ，申请（专利）号:  CN201310545598.8 ，申请（专利权）人: 中国科学院长春应用化学研究所公开了一种水性聚氨酯丙烯酸酯、水性聚氨酯紫外光固化涂料及其制备方法，解决了现有技术中水性聚氨酯涂料危害环境、不能进行紫外光固化的技术问题。本发明的涂料包括68-97重量份的水性聚氨酯丙烯酸酯，0.1-0.5重量份的水性流平剂，0.2-0.6重量份的水性润湿剂，0.2-0.5重量份的水性消泡剂，3-7重量份的水性助溶剂和0.1-0.5重量份光引发剂。本发明还提供了水性聚氨酯丙烯酸酯的结构及制备方法。该水性聚氨酯紫外光固化涂料具有良好的水溶性，并可进行紫外光固化，不含有稀释剂等污染物，绿色环保。
2、中国专利，名称: 复合改性水性聚氨酯乳液的制备方法 申请（专利）号: 　  CN200310117505.8 申请（专利权）人: 中国科学院广州化学研究所 一种涉及有机和无机硅化合物复合改性水性聚氨酯乳液的制备方法，该制备方法是采用高分子化学合成反应中或水乳化扩链过程中将有机硅化合物引入到聚氨酯中，再在乳液中加入一定量的无机硅化合物进一步扩链交联反应。本发明的方法不仅操作方便，且制备的水性聚氨酯乳液，其涂膜具有耐水性好、光泽、软硬度与应用性能要求适宜等优点，与未改性水性聚氨酯涂料相比，各主要技术性能都有明显的提高，可用于木器漆等的有机和无机硅化合物复合改性的水性聚氨酯涂料。主权项: 1、一种有机和无机硅化合物复合改性水性聚氨酯乳液的制备方法，是将100份二异氰酸酯、1～30份有机硅化合物、100～300份聚醚、5～30份2，2-二羟甲基丙酸在室温搅拌下加入至通有氮气的反应容器中，控温60～100℃反应3～6小时，得到预聚体；在0～15℃下，将上述预聚体缓慢滴加到溶有3～20份三乙胺的400～900份去离子水中，高速搅拌乳化，再在高速搅拌下继续加入2～50份无机硅化合物，在5～50℃反应1～6h，得到固含量在20～55wt％的乳液。
3、中国专利，名称: 一种有机硅改性水性聚氨酯涂料及其制备方法，申请（专利）号: CN201310396330.2 申请（专利权）人:盐城市昶桦户外用品有限公司 ，摘要: 一种有机硅改性水性聚氨酯及其制备方法，特别涉及一种主链上含有有机硅的水性聚氨酯涂料及其制备方法。该涂料原料组分及含量为：多异氰酸酯30～40；聚醚多元醇30～40；亲水性扩链剂3～10；扩链剂2～10；交联剂1～3；中和剂3～10。制备方法包括预聚物合成、预聚物中和、扩链及乳化等步骤。本发明所得的有机硅改性水性聚氨酯涂料在其分子主链上引入了硅氧键（-Si-O-Si-），由于硅氧键相比碳碳键（-C-C-）的键长大的多，使得链的柔顺性大大提高；同时，所用的聚醚多元醇为柔性链段；能够很好的改善聚氨酯的柔顺性，大幅度的降低聚氨酯的模量；在纺织品、皮革、建筑以及某些特殊行业有巨大的应用前景。
4、中国专利，名称: 双组分水性聚氨酯涂料组合物，申请（专利）号: CN201210452211.X 申请（专利权）人:拜耳材料科技(中国)有限公司，摘要: 一种双组分水性聚氨酯涂料组合物，所述双组分水性聚氨酯涂料组合物包含：(a)一种或多种多元醇水性分散体或水性乳液，其中所述多元醇的羟基含量为0.5-5.5wt.％，基于所述多元醇的重量按100wt.％计，所述多元醇水性分散体或水性乳液的固含量为10-70wt.％，基于所述多元醇水性分散体或水性乳液的总重量按100wt.％计；(b)一种或多种亲水改性的异佛尔酮二异氰酸酯多聚体或预聚体；其中所述组分(a)和(b)的含量使得所述双组分水性聚氨酯涂料组合物中NCO基团与羟基的当量比为0.2∶1至5∶1。所述双组分水性聚氨酯涂料组合物具有耐高温黄变性，由其制备的涂膜在150℃下烘烤1天后的色差值小于3.0。
但要制备一种具有轻质、高耐火、高耐候、环保、不易老化、长效性的外保温隔热的涂料，进而达到建筑节能的目的，还没有很成熟的技术，因此目前人们还在水性涂料方面还在不断的研究试验。
发明内容
本发明的目的提供一种建筑外表面用的隔热涂料及其制备方法，该涂料具有隔热效果好、高耐候、环保、不易老化、长效的效果。
本发明是这样实现的：
水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，制成该涂料包括以下重量份数的原料：
聚氨酯预聚体                 40～50份；
N-羟甲基丙烯酰胺           1-2份；
邻苯二甲酸二丁酯           2～5份；
乙烯基三氯硅烷              0.5～1份；
钛白粉                         10～20份；
消泡剂                        0.1～0.3份；
超细碳酸钙                    3～10份；
混合溶剂                      10～15份；
所述的混合溶剂是木质素与乙二醇丁醚加水的混合物，重量比例为3:1:10。
所述的消泡剂是甲基硅油。
所述的钛白粉为金红石型二氧化钛，由于金红石型二氧化钛其折射率为2.71，通过加入二氧化钛（金红石型）材料，能增强光线的折射与散射。因此，具有较优的反射和隔热性能，还具有很好的光线遮盖效果，从而反射太阳近红外波段，提高太阳热辐射反射，降低太阳热吸收，不让太阳在物体表面累计升温。
本发明所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，其制备方法包括以下步骤：
按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入乙烯基三氯硅烷；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯；金红石型钛白粉；甲基硅油；超细碳酸钙；混合溶剂，混合均匀即可得到水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料产品。
本发明所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，其原料还包括：流平剂、抗冻剂和防沉剂中的一种或多种，重量份数为1-5；所述的流平剂是聚丙烯酸酯溶液；所述的抗冻剂是1,3-丙二醇；所述的防沉剂是改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液。
本发明所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，还可以进一步加入色料，提供外墙色彩缤纷的涂料。
本发明所述的聚氨酯预聚体是以异氰酸酯、聚醚为主要原料，进行聚合而成，带有NCO端基的预聚体，分子量在10000-4000之间，它具有良好的物理性能，粘结力强，常温湿固化。
本发明所述的N-羟甲基丙烯酰胺，为白色结晶粉末，熔点74～75℃， 易溶于水、乙醇，溶于脂肪酸酯类，不溶于烃、卤代烃等疏水性溶剂。当水溶液有酸存在时，加热会迅速聚合成不溶的树脂。由于分子结构中含有聚合性能的乙烯基和缩合性能的羟甲基，因此使线型聚合物交联最为有效。如果与丙烯酸酯类单体共聚合，羟甲基被引入，仅加热即可交联。
本发明所述的邻苯二甲酸二丁酯是一种增塑剂，可使制品具有良好的柔软性，稳定性、耐挠曲性、黏结性和防水性均优于其他增塑剂。
本发明所述的乙烯基三氯硅烷有两方面的作用，一是作为涂料分散剂（英文为paint dispersant），是指能提高和改善固体或液体物料分散性能的助剂。不溶于水的油性液体在高剪切力搅拌下，可分散成很小的液珠，停搅拌后，在界面张力的作用下很快分层，而加入分散剂后搅拌，则能形成稳定的乳浊液。其主要作用是降低液-液和固-液间的界面张力。二是在本涂料中，起到一段与聚氨酯预聚体的NCO端基进行结合，另一端与墙体基面牢固粘合作用，甚至在墙体的水泥没有完全干透的时候还可以与水泥起到化学交联作用。
本发明所述的混合溶剂是所述的混合溶剂是木质素与乙二醇丁醚加水的混合物，木质素的官能团有酚式和羟基，在涂料中有良好的扩散性。乙二醇丁醚醋酸酯 是一种高沸点的、含多官能基的二元醇醚酯类溶剂，可用作乳胶漆的助聚结剂，它对多种漆有着优良的溶解性能，使它在多彩涂料和乳液涂料中获得广泛的应用。主要用于金属、家俱喷漆的溶剂，还可用作保护性涂料、染料、树脂、皮革、油墨的溶剂。
本发明所述的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料，可以在普通墙体、屋面、钢架结构、船体或石油储罐涂覆上的应用。
本发明的有益效果是：
1、本发明生产出来的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料成膜物由于在聚氨酯预聚体中加入邻苯二甲酸二丁酯、乙烯基三氯硅烷、金红石型二氧化钛和混合溶剂等材料以后，能够起到很好的化学交联作用，从而使成膜物在常温下具有干性、稳定坚韧、收缩率小、粘接强度高、拉伸强度强。不但保证涂膜具有耐化学性强、耐温高、耐候性好、耐沾污性好、自洁性强的特点，还保证具有反射、隔热、保温作用功能的材料牢固的粘接在涂料中，延长涂料寿命。
2、本发明的水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料适用于普通墙体、屋面、钢架结构、船体、石油储罐，可根据装饰要求，进行色彩的挑选。
3、用水作为溶剂，成本低，经济适用，施工简单。
具体实施方式
实施例1：
首先按重量份数将聚氨酯预聚体40份、N-羟甲基丙烯酰胺1份、邻苯二甲酸二丁酯2份、乙烯基三氯硅烷0.5份、金红石型钛白粉10份、消泡剂甲基硅油0.1份；超细碳酸钙（300目）5份；混合溶剂10份（木质素与乙二醇丁醚加水的混合物，重量比例为3:1:10）；流平剂聚丙烯酸酯重量份数为1，氧化铁黄2份，进行备料。
生产方法，按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入乙烯基三氯硅烷；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油、超细碳酸钙、流平剂、氧化铁黄和混合溶剂，混合均匀即可得到黄色水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料产品。
实施例2：
首先按重量份数将首先将聚氨酯预聚体45份、N-羟甲基丙烯酰胺2份、邻苯二甲酸二丁酯4份、乙烯基三氯硅烷0.8份、金红石型钛白粉15份、消泡剂甲基硅油0.2份；超细碳酸钙（300目）7份；混合溶剂12份（木质素与乙二醇丁醚加水的混合物，重量比例为3:1:10）；防沉剂改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液1份，进行备料。
生产方法，按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入乙烯基三氯硅烷；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油、超细碳酸钙、混合溶剂，防沉剂，混合均匀即可得到水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料产品。
实施例3：
首先按重量份数将首先将聚氨酯预聚体50份、N-羟甲基丙烯酰胺2份、邻苯二甲酸二丁酯5份、乙烯基三氯硅烷1份、金红石型钛白粉20份、消泡剂甲基硅油0.3份；超细碳酸钙（300目）10份；混合溶剂15份（木质素与乙二醇丁醚加水的混合物，重量比例为3:1:10）；抗冻剂1,3-丙二醇1份，氧化铁红1份，进行备料。
生产方法，按重量每公斤N-羟甲基丙烯酰胺加入2公斤的体积浓度50-70%的乙醇溶解，然后在反应釜中与聚氨酯预聚体混合，反应温度80-150℃，反应时间1小时后加入乙烯基三氯硅烷；继续反应2-5小时；然后加入邻苯二甲酸二丁酯、甲基硅油、超细碳酸钙、混合溶剂，丙二醇，氧化铁红，混合均匀即可得到水溶性聚氨酯外墙隔热保温防水涂料产品。
本发明实施例涂料与传统保温材料特点对比：
本发明的各项技术指标检测结果达到GB/T9757-2001和JG/T235-2008标准评定，为了便于参考，列于下表。

由上述检测结果可见，本发明各项指标均符合国家标准，适于工业大批量推广应用。