一种常温固化型杂化非异氰酸酯涂料及其制备方法与流程

本发明属于聚氨酯涂料领域，具体涉及一种常温固化型杂化非异氰酸酯涂料及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯涂料是较常见的一类涂料，可以分为双组分聚氨酯涂料和单组分聚氨酯涂料。聚氨酯涂料膜结构中含有相当数量的氨基甲酸酯键、脲键等，其涂膜具有优异的物理机械性能和耐化学介质性能，同时主体树脂具有多样性、可调性、功能性化等优点，使得聚氨酯涂料具有高性能和多功能化，广泛应用于各类钢结构、石化和工程设备等防领域的防护装饰。

2、传统的聚氨酯涂料通常使用异氰酸酯、多元醇和扩链剂聚合而成，异氰酸酯高毒性特点易造成人员伤害和环境污染，同时湿气敏感，产品使用存在一定的局限性。

3、目前，较为成熟的非异氰酸酯涂料技术是五元环状碳酸酯和含胺基的化合物进行开环反应，生成带有β-oh的氨基甲酸酯；然而，由于分子内氢键作用和环状碳酸酯反应活性较低，导致室温下反应减缓甚至不反应，所得产物的分子量和交联度较低，导致漆膜机械性能差、耐侯性不好等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有非异氰酸酯涂料室温固化困难、漆膜机械性能差、耐性不足等问题，提供一种常温固化型杂化非异氰酸酯涂料及其制备方法，避免有毒异氰酸酯化合物的使用。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。

3、一种常温固化型杂化非异氰酸酯涂料，由a组份和b组份构成，其中a组份和b组份质量比为2.4-2.8:1；

4、其中a组份由以下重量份的原料组成：成膜树脂36-40份、活性稀释剂6-8份、分散剂1-1.3份、流变助剂3.6-4.2份、颜填料35-40份、消泡剂0.1-0.3份、流平剂0.4-0.6份，余量为混合溶剂；

5、b组份由以下重量份的原料组成：改性phu型非氰酸酯聚合物55-60份、脂环族环氧树脂10-15份、催化剂4-6份、二甲苯16-20份、丙二醇甲醚6-10份。

6、进一步，所述改性phu型非氰酸酯聚合物通过以下方法制备而成：

7、步骤(1)：在氮气保护下，反应釜中加入环状碳酸酯化合物，搅拌下升温至60℃，滴加phu型非氰酸酯醇胺预聚物i,1h滴加完毕,保持2h,升温至100℃，保持10h,反应完成后过滤得到phu型非氰酸酯醇胺预聚物ii；

8、步骤(2)：在氮气保护下，将三甲基氯硅烷、催化剂三乙胺和二氯甲烷加入反应釜中，搅拌下开始滴加phu型非氰酸酯醇胺预聚物ii，0.5-1h滴加完毕，升温至90-100℃保持2h；待反应结束后，将反应产物使用蒸馏水洗涤1次，饱和食盐水洗涤1次，之后加入4a分子筛过滤，减压蒸干过量的三甲基氯硅烷、二氯甲烷和三乙胺，所得产物加入bf-5除水剂搅拌混合均匀，得到改性phu型非氰酸酯聚合物。

9、进一步，所述phu型非氰酸酯醇胺预聚物i的结构式如下：

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11、进一步，所述环状碳酸酯化合物的结构式如下：

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13、进一步，所述phu型非氰酸酯醇胺预聚物ii的结构式如下：

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15、进一步，所述改性phu型非氰酸酯聚合物的结构式如下：

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17、进一步，步骤(1)中所述环状碳酸酯化合物和phu型非氰酸酯醇胺预聚物i摩尔比为1：4-6。

18、进一步，步骤(2)中所述三甲基氯硅烷、催化剂三乙胺和phu型非氰酸酯预聚物ii摩尔比为2.5-3：3-3.5：1。

19、进一步，所述a组份中成膜树脂为氢化环氧树脂。

20、进一步，所述分散剂为byk-163、efka-4050an中的一种。

21、进一步，所述活性稀释剂为碳十二至十四烷基缩水甘油醚xy-748。

22、进一步，所述流变助剂为有机改性膨润土和聚酰胺蜡复配物。

23、进一步，所述颜填料为金红石型钛白粉、超细天然硫酸钡、长石粉中的一种或多种。

24、进一步，所述消泡剂为byk-1790、byk-052n中的一种。

25、进一步，所述流平剂由聚丙烯酸类流平剂和改性聚硅氧烷类流平剂组成，聚丙烯酸类流平剂和改性聚硅氧烷流平剂质量比为4:1，其中丙烯酸类流平剂为byk-358n、efka-3777中的一种，改性聚硅氧烷类流平剂为byk-306。

26、进一步，所述混合溶剂为二甲苯和丁醇按质量比为2:1配制的混合液。

27、本发明还提供了上述的常温固化型杂化非异氰酸酯涂料的制备方法，包括以下步骤：

28、1)制备a组份：在干净的配料罐内加入成膜树脂，在300-500转/分钟搅拌下加入活性稀释剂、分散剂、流变助剂搅拌均匀，在300-500r/min搅拌下按照先轻后重、先颜料后填料的顺序依次加入颜填料，提高搅拌转速在600-800转/分钟搅拌20分钟以上至均匀无干粉，用溶剂清洗盆壁及搅拌；采用砂磨机进行研磨分散1-2h,开启冷却系统研磨温度小于60℃,检测细度≤25μm时下磨；在300-500r/min搅拌下加入消泡剂、流平剂搅拌10-30min至均匀，之后加入混合溶剂调整黏度为70-85ku，丝绢过滤包装；

29、2)制备b组份：在干净的反应釜中，加入1/3量的二甲苯、丙二醇甲醚、改性phu型非氰酸酯聚合物，400-600转/分钟搅拌均匀,搅拌下加入脂环族环氧树脂，升温至80±2℃,保持4h,降温至40℃，加入催化剂搅拌均匀，用剩余2/3量的二甲苯兑稀，丝绢过滤包装。

30、由于采用了上述技术方案，本发明的有益技术效果：

31、1.本发明的常温固化型杂化非异氰酸酯涂料中将phu型非氰酸酯醇胺预聚物i和环状碳酸酯化合物预反应，引入一定量的-a-b-a-b-型的嵌段聚合物聚羟基氨基甲酸酯，避免后续反应的选择性问题，提高反应速率，提高漆膜的物理性能和耐化学品性。

32、2.本发明的常温固化型杂化非异氰酸酯涂料b组份通过phu型非氰酸酯聚合物ii和脂环族环氧树脂预反应工艺，实现了phu型非氰酸酯聚合物的有序链增长，所制备b组份具有不黄变性、漆膜附着力强、硬度高、柔韧性优异的特点。

33、3.本发明采用三甲基氯硅烷类有机硅材料将phu型非氰酸酯醇胺预聚物ii结构中的羟基进行保护反应形成硅氧烷基团，制得改性phu型非氰酸酯聚合物，打破氢键作用，实现高反应活性、常温固化性，提高分子交联密度形成交联网状结构，保证漆膜的机械性能、耐化学品性。

34、4.本发明的常温固化型杂化非异氰酸酯涂料a组份和b组份按配比使用所制备的涂层，具有以下特性：机械性能方面：划格试验(金属和无机非金属基材)＜1级，弯曲试验1mm，铅笔硬度(擦伤)≥h，耐冲击性50cm，耐磨性((500g/500r)/g＜0.04；耐化学品性方面：耐酸性(50g/l h2so4)＞240h，耐碱性(50g/l naoh和饱和氢氧化钙)＞240h，耐水性＞240h；耐候性方面：耐人工加速老化性＞1500h；耐盐雾性＞1000h。

35、5.本发明的常温固化型杂化非异氰酸酯涂料，具有优异的干燥性能、机械性能及良好的耐化学品性、老化性及耐盐雾性能，其性能远超聚氨酯类涂料相关标准要求，可应用于各类钢结构工程、桥梁工程、工程机械、工程设施、石油储罐、管道防腐、混凝土防护等领域。