一种金属屋面防水涂料及其制备方法与流程

本发明涉及防水涂料技术领域，更具体的说，它涉及一种金属屋面防水涂料及其制备方法。

背景技术：

防水涂料是指涂料形成的涂膜能够防止雨水或者地下水渗漏的一种涂料；其中丙烯酸防水涂料是一种比较常用的防水涂料，是以纯丙烯酸聚合物乳液为基料，加入其它添加剂而制得的单组分水乳型防水涂料；这种防水涂料经过固化后成的防水薄膜具有一定的延伸性、弹塑性、抗裂性、抗渗性和耐候性，可以对基材起到防水、防渗以及保护的作用。

近年来，金属屋面在工业及公共建筑领域应用十分广泛，而随着金属屋面的快速发展，需要更多相适应的防护系统来保护建筑物表面，确保其不发生渗漏现象。为了提高金属屋面的防水性能，市面上也出现了很多用于金属屋面的防水涂料。现有技术中，申请公布号为cn108129930a的专利申请文件，公开了一种用于金属屋面的防水涂料及其制备使用方法，该防水涂料，包括去离子水140～160份、羟乙基纤维素0.2～1.0份、消泡剂2～6份、ph调节剂0.5～1.5份、分散剂4～9份、表面活性剂1～3份、填料400～600份、水性丙烯酸乳液300～500份、三聚磷酸钾0.5～2份、丙二醇5～10份、增塑剂4～8份、杀菌剂1～3份，还包括聚氨酯增稠剂和碱溶胀增稠剂。

防水涂料需要具有很好的防水性能，而防水涂料中起主要防水作用的是丙烯酸乳液，由丙烯酸乳液制得的防水涂料在硬化后具有优良的硬度、光学性能以及耐候性，但是其低温柔顺性较差；由于金属屋顶处于室外，在极端天气时，例如在某些地区，夏季的午后雷阵雨，会在极端时间内使得高热导率的金属屋顶迅速降温二三十度，使其产生严重的热力学张力，而由于传统防水涂料的低温柔顺性较差，导致涂料难以适应金属屋顶的热胀冷缩运动，导致漆膜被破坏，影响防水效果以及使用寿命。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种金属屋面防水涂料，其具有对基材附着力高、防水性好、低温柔韧性好且在温度急剧变化的情况仍能保持很好的抗开裂性能的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种金属屋面防水涂料的制备方法，其具有操作简单的优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种金属屋面防水涂料，包括a组分和b组分；所述a组分包括如下重量份的原料：水150-155份、分散剂6-8份、消泡剂1-3份、润湿剂1-2份、钛白粉45-55份、氧化锌8-12份、重质碳酸钙400-420份、乙二醇8-12份、羟乙基纤维素0.7-0.9份以及2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.8-1.2份；

所述b组分包括如下重量份的组分：聚合物乳液340-360份、杀菌剂1-3份、成膜助剂5-7份、消泡剂1-3份以及增稠剂5-7份；

所述聚合物乳液采用如下方法制备而得：取二异氰酸酯、聚醚多元醇、小分子扩链剂、催化剂以及1,2-二羟基-3-丙磺酸钠，聚合反应后得到聚氨酯预聚体；取丙烯酸酯单体、复合乳化剂、n-羟甲基丙烯酰胺、引发剂以及水，在85-90℃的温度搅拌后，加入一定量的聚醚丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚以及聚己内酯，保温搅拌后，得到预乳化液；将预乳化液与聚氨酯预聚体混合后，进行聚合反应，然后用碱液调节平ph至7-8，得到聚合物乳液。

通过采用上述技术方案，通过聚氨酯对丙烯酸乳液进行改性，利用聚氨酯既可以保留丙烯酸原有的耐水性、耐候性的优点，也可以保留聚氨酯的低温柔韧性好以及粘结强度高的优点，并且原料中添加了聚醚丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚以及聚己内酯后，由此制得的聚合物乳液不仅具有良好的低温柔韧性，而且，在极端天气时，当气温急剧变化，本发明制得的防水涂料形成的涂层可以很好地适应金属屋面的热胀冷缩运动，保持长期的抗裂性能，有效延长涂层的使用寿命。

进一步地，①聚氨酯预聚体的制备：以重量份数计，取2-3份二异氰酸酯以及6-8份聚醚多元醇，加入0.2-0.4份小分子扩链剂以及0.01-0.02份催化剂，在70-80℃的温度下，反应2-3h，然后将加入0.4-0.6份1,2-二羟基-3-丙磺酸钠，继续反应至nco含量保持不变为止，得到聚氨酯预聚体；

②预乳化液的制备：以重量份数计，取10-15份丙烯酸酯单体、1-2份复合乳化剂、0.3-0.5份n-羟甲基丙烯酰胺、0.1-0.2份引发剂以及100份水，搅拌升温至85-90℃，保温搅拌10-15min，然后加入0.5-0.8份聚醚丙烯酸酯、0.2-0.4份聚乙二醇单甲醚以及0.2-0.4份聚己内酯在85-90℃的温度下，保温搅拌40-60min，得到预乳化液；

③聚合物乳液的制备：取预乳化液总量的20％的预乳化液，向其中加入聚氨酯预聚体，升温至85-90℃，以1000-2000r/min的速度，搅拌10-15min，然后0.1-0.2份引发剂，在2-3h内加完剩余预乳化液，在85-90℃的温度下，保温1-2h；降温至30-40℃后，用碱液调节ph至7-8，得到聚合物乳液。

通过采用上述技术方案，通过异氰酸酯、多元醇反应生产异氰酸基封端的聚氨酯预聚体，与经过与乳化后的预乳化液进行预聚合，而后使其聚合，得到的聚合物乳液兼具聚氨酯柔韧性好、粘结强度高的以及聚丙烯酸酯耐水性好、耐候性好的优点；同时在制备预乳化液时除了以丙烯酸酯单体、复合乳化剂、n-羟甲基丙烯酰胺、引发剂预乳化外，还引入聚醚丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚以及聚己内酯，以提高聚合物乳液的低温柔韧性、耐候性以及动态力学性能，从而使制得的防水涂料形成的涂层可以很好地适应金属屋面的热胀冷缩运动，保持长期的抗裂性能，有效延长涂层的使用寿命。

进一步地，所述丙烯酸酯单体由重量比为3:4:3的丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸正辛酯混合而成。

通过采用上述技术方案，由丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯和丙烯酸正辛酯混合而成的丙烯酸酯单体制得的聚合物乳液可以保留丙烯酸乳液的优点，提高聚合物乳液的防水性能以及耐候性。

进一步地，所述复合乳化剂为由重量比为3:1:1的十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠混合而成。

通过采用上述技术方案，由十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠复合而成的复合乳化剂可以使丙烯酸酯单体均匀分散，有利于提高聚合物乳液的分散稳定性。

进一步地，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种或它们的复合。

进一步地，所述分散剂由重量比为6:1的疏水改性聚丙烯酸胺盐分散剂和焦磷酸钾混合而成。

通过采用上述技术方案，疏水改性聚丙烯酸胺盐分散剂可赋予漆膜优异的早期耐水性，以及抗雨痕性；将其与焦磷酸钾复配形成分散剂可以提高聚合物乳液以及填料在水中的分散性，从而提高涂料混合的均匀性，有利于提高涂料的贮存稳定性。

进一步地，所述杀菌剂为异噻唑啉酮杀菌剂。

通过采用上述技术方案，异噻唑啉酮类杀菌剂是一种杂环结构，主要有1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(bit)、2-n-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(oit)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(mit)、5-氯-2-甲基-4-异噻唑琳-3-酮(cmit)；其具有抗菌能力强、相容性好、毒性低等优点，可以显著提高防水涂料的保存期，有利于延长其使用寿命。

进一步地，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

通过采用上述技术方案，有机硅消泡剂具有分散性好、抑泡能力强的特点，可以有效降低涂料的表面张力，提高防水涂料的流平性。

进一步地，所述增稠剂为有机膨润土。

通过采用上述技术方案，有机膨润土是由有机季铵盐和天然膨润土的复合物，具有增稠性好、触变形好、稳定性高的优点，增稠剂的加入可以有效改变涂料体系的流体特性，使其具有触变性，提高涂料的贮存稳定性，防止涂料在涂刷垂直物体表面时发生流挂现象。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种金属屋面防水涂料的制备方法，包括如下步骤：按照比例，取水、分散剂、消泡剂、润湿剂、钛白粉、氧化锌、重质碳酸钙、乙二醇、羟乙基纤维素以及2-氨基-2-甲基-1-丙醇，搅拌均匀后，得到打浆料；

按照比例，取聚合物乳液、杀菌剂、成膜助剂以及消泡剂，搅拌均匀，然后加入增稠剂，搅拌均匀，得到调漆料；将打浆料加入到调漆料中，搅拌均匀，得到金属屋面防水涂料。

通过采用上述技术方案，金属屋面防水涂料的制备方法简单，使用方便，易于实现。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

1.通过异氰酸酯、多元醇反应生产异氰酸基封端的聚氨酯预聚体，与经过与乳化后的预乳化液进行预聚合，而后使其聚合，得到的聚合物乳液兼具聚氨酯柔韧性好、粘结强度高的以及聚丙烯酸酯耐水性好、耐候性好的优点；同时在制备预乳化液时除了以丙烯酸酯单体、复合乳化剂、n-羟甲基丙烯酰胺、引发剂预乳化外，还引入聚醚丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚以及聚己内酯，以提高聚合物乳液的低温柔韧性、耐候性以及动态力学性能，从而使制得的防水涂料形成的涂层可以很好地适应金属屋面的热胀冷缩运动，保持长期的抗裂性能，有效延长涂层的使用寿命；

2.由十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠复合而成的复合乳化剂可以使丙烯酸酯单体均匀分散，有利于提高聚合物乳液的分散稳定性；

3.疏水改性聚丙烯酸胺盐分散剂可赋予漆膜优异的早期耐水性，以及抗雨痕性；将其与焦磷酸钾复配形成分散剂可以提高聚合物乳液以及填料在水中的分散性，从而提高涂料混合的均匀性，有利于提高涂料的贮存稳定性。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

聚合物乳液制备例

聚合物乳液的制备例1：①聚氨酯预聚体的制备：取2kg异佛尔酮二异氰酸酯以及6kg聚氧化丙烯二元醇，加入0.2kg乙二醇扩链剂以及0.01kg二月桂酸二丁基锡催化剂，在70℃的温度下，反应2h，然后将加入0.4kg1,2-二羟基-3-丙磺酸钠，继续反应至nco含量保持不变为止，得到聚氨酯预聚体；

②预乳化液的制备：取3kg丙烯酸丁酯、4kg丙烯酸甲酯、3kg丙烯酸正辛酯、0.6kg十二烷基硫酸钠、0.2kg壬基酚聚氧乙烯醚、0.2kg十二烷基烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠、0.3kgn-羟甲基丙烯酰胺、0.1kg过硫酸铵以及100kg去离子水，搅拌升温至85℃，保温搅拌10min，然后加入0.5kg聚醚丙烯酸酯、0.2kg聚乙二醇单甲醚以及0.2kg聚己内酯在85℃的温度下，保温搅拌40min，得到预乳化液；

③聚合物乳液的制备：取预乳化液总量的20％的预乳化液，向其中加入聚氨酯预聚体，升温至85℃，以1000r/min的速度，搅拌10min，然后0.1kg过硫酸铵，在2h内加完剩余预乳化液，在85℃的温度下，保温1h；降温至30℃后，用氨水调节ph至7，得到聚合物乳液。

聚合物乳液的制备例2：①聚氨酯预聚体的制备：取2.5kg异佛尔酮二异氰酸酯以及7kg聚氧化丙烯二元醇，加入0.3kg乙二醇扩链剂以及0.015kg二月桂酸二丁基锡催化剂，在75℃的温度下，反应2.5h，然后将加入0.5kg1,2-二羟基-3-丙磺酸钠，继续反应至nco含量保持不变为止，得到聚氨酯预聚体；

②预乳化液的制备：取3.75kg丙烯酸丁酯、5kg丙烯酸甲酯、3.75kg丙烯酸正辛酯、0.9gkg十二烷基硫酸钠、0.3kg壬基酚聚氧乙烯醚、0.3kg十二烷基烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠、0.45kgn-羟甲基丙烯酰胺、0.15kg过硫酸钠以及100kg去离子水，搅拌升温至88℃，保温搅拌12min，然后加入0.75kg聚醚丙烯酸酯、0.3kg聚乙二醇单甲醚以及0.3kg聚己内酯在88℃的温度下，保温搅拌50min，得到预乳化液；

③聚合物乳液的制备：取预乳化液总量的20％的预乳化液，向其中加入聚氨酯预聚体，升温至88℃，以1500r/min的速度，搅拌13min，然后0.15kg过硫酸钠，在2.5h内加完剩余预乳化液，在88℃的温度下，保温1.5h；降温至35℃后，用氨水调节ph至8，得到聚合物乳液。

聚合物乳液的制备例3：①聚氨酯预聚体的制备：取3kg异佛尔酮二异氰酸酯以及8kg聚氧化丙烯二元醇，加入0.4kg乙二醇扩链剂以及0.02kg二月桂酸二丁基锡催化剂，在80℃的温度下，反应3h，然后将加入0.6kg1,2-二羟基-3-丙磺酸钠，继续反应至nco含量保持不变为止，得到聚氨酯预聚体；

②预乳化液的制备：取4.5kg丙烯酸丁酯、6kg丙烯酸甲酯、4.5kg丙烯酸正辛酯、1.2kg十二烷基硫酸钠、0.4kg壬基酚聚氧乙烯醚、0.4kg十二烷基烯丙基琥珀酸烷基酯磺酸钠、0.5kgn-羟甲基丙烯酰胺、0.2kg过硫酸钾以及100kg去离子水，搅拌升温至90℃，保温搅拌15min，然后加入0.8kg聚醚丙烯酸酯、0.4kg聚乙二醇单甲醚以及0.4kg聚己内酯在90℃的温度下，保温搅拌60min，得到预乳化液；

③聚合物乳液的制备：取预乳化液总量的20％的预乳化液，向其中加入聚氨酯预聚体，升温至90℃，以2000r/min的速度，搅拌15min，然后0.2kg过硫酸钾，在2-3h内加完剩余预乳化液，在90℃的温度下，保温2h；降温至40℃后，用氨水调节ph至8，得到聚合物乳液。

聚合物乳液的制备例4：本制备例与聚合物乳液的制备例1的不同之处在于，不包含①，步骤③中的预乳化液中未添加聚氨酯预聚体。

聚合物乳液的制备例5：本制备例与聚合物乳液的制备例1的不同之处在于，步骤②未添加聚醚丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚以及聚己内酯。

实施例

以下实施例中的分散剂由重量比为6:1的疏水改性聚丙烯酸胺盐分散剂和焦磷酸钾混合而成，疏水改性聚丙烯酸胺盐分散剂选自美国罗门哈斯提供的型号为opotanca-2500；有机硅消泡剂选自德国瓦克提供的型号为sd670的有机硅消泡剂；润湿剂选自南通永乐化工有限公司提供的型号为pe-100的润湿剂；杀菌剂选自北京沐光之源国际科技发展有限公司提供的5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮杀菌剂；成膜助剂选自美国kalamak-flex850s成膜助剂；有机膨润土选自洛克伍德提供的型号为mp100的有机膨润土。

实施例1：一种金属屋面防水涂料采用如下方法制备而得：

取水150kg、分散剂6kg、有机硅消泡剂1kg、润湿剂1kg、钛白粉45kg、氧化锌8kg、重质碳酸钙400kg、乙二醇8kg、羟乙基纤维素0.7kg以及2-氨基-2-甲基-1-丙醇0.8kg，搅拌均匀后，得到打浆料；

取聚合物乳液(选自聚合物乳液的制备例1)340kg、杀菌剂1kg、成膜助剂5kg以及有机硅消泡剂1kg，搅拌均匀，然后加入有机膨润土增稠剂5kg，搅拌均匀，得到调漆料；将打浆料加入到调漆料中，搅拌均匀，得到金属屋面防水涂料。

实施例2：一种金属屋面防水涂料采用如下方法制备而得：

取水153kg、分散剂7kg、有机硅消泡剂2kg、润湿剂1.5kg、钛白粉50kg、氧化锌10kg、重质碳酸钙410kg、乙二醇10kg、羟乙基纤维素0.8kg以及2-氨基-2-甲基-1-丙醇1.0kg，搅拌均匀后，得到打浆料；

取聚合物乳液(选自聚合物乳液的制备例2)350kg、杀菌剂2kg、成膜助剂6kg以及有机硅消泡剂2kg，搅拌均匀，然后加入有机膨润土增稠剂6kg，搅拌均匀，得到调漆料；将打浆料加入到调漆料中，搅拌均匀，得到金属屋面防水涂料。

实施例3：一种金属屋面防水涂料采用如下方法制备而得：

取水155kg、分散剂8kg、有机硅消泡剂3kg、润湿剂2kg、钛白粉55kg、氧化锌12kg、重质碳酸钙420kg、乙二醇12kg、羟乙基纤维素0.9kg以及2-氨基-2-甲基-1-丙醇1.2kg，搅拌均匀后，得到打浆料；

取聚合物乳液(选自聚合物乳液的制备例3)360kg、杀菌剂3kg、成膜助剂7kg以及有机硅消泡剂3kg，搅拌均匀，然后加入有机膨润土增稠剂7kg，搅拌均匀，得到调漆料；将打浆料加入到调漆料中，搅拌均匀，得到金属屋面防水涂料。

对比例

对比例1：采用申请公布号为cn108129930a的专利申请文件(一种用于金属屋面的防水涂料及其制备使用方法)的实施例2，一种用于金属屋面的防水涂料，包括去离子水148kg、羟乙基纤维素0.3kg、消泡剂4kg、2-氨基-2-甲基-1-丙醇1kg、铵盐7kg、非离子表面活性剂1.8kg、钛白粉270kg、硫酸钡210kg、水性丙烯酸乳液320kg、三聚磷酸钾1kg、丙二醇6kg、增塑剂4kg、杀菌剂1.5kg、聚氨酯增稠剂6.6kg、碱溶胀增稠剂70kg，其中，碱溶胀增稠剂的固含量为45％。一种用于金属屋面的防水涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)将去离子水、羟乙基纤维素以及2kg消泡剂加入分散釜，并混合均匀；(2)加入2-氨基-2-甲基-1-丙醇、铵盐分散剂、非离子表面活性剂、钛白粉、硫酸钡并混合均匀，再高速分散20min～50min；(3)加入水性丙烯酸乳液、三聚磷酸钾、丙二醇、增塑剂、杀菌剂以及剩余的2kg消泡剂，并混合均匀；(4)加入聚氨酯增稠剂和碱溶胀增稠剂将体系黏度调节至81ku，再进行过滤、包装。

对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于，聚合物乳液选自选自聚合物乳液的制备例4制备而得。

对比例3：本对比例与实施例1的不同之处在于，聚合物乳液选自聚合物乳液的制备例5制备而得。

性能测试

根据jc/t375-2012《金属屋面丙烯酸高弹防水涂料》，对实施例以及对比例中防水涂料的性能进行测试，将测试结果示于表2，防水涂料的物理性能应符合表1的要求。

此外，为了验证本发明的防水涂料在温度急剧变化的情况下，仍能保持良好的性能，对防水涂料的耐冷热循环性能进行测试，具体方法为：参考jc/t375-2012中6.6.7“低温弯折”，所不同的是，将养护到期的试件和弯板放入冷热循环试验箱中，保持1h，控制冷热循环试验箱的温度变化范围为-30℃～45℃，温度变化速率为5℃/min；然后将试件立即取出，在3s内绕弯板弯曲180°，弯曲时漆膜面向下紧贴弯板，立即取出试件目测观察漆膜表面是否出现裂纹、断裂现象，是否与基材脱落，并记录。

表1金属屋面丙烯酸高弹防水涂料物理性能

表2实施例与对比例中防水涂料的性能测试表

根据表2数据，本发明制备的防水涂料的各项性能符合jc/t375-2012《金属屋面丙烯酸高弹防水涂料》的要求，说明本发明制备的防水涂料具有很好的防水性能、低温柔韧性、耐候性以及对基材的附着力，此外本发明的防水涂料在冷热循环弯曲试验中未出现裂纹、断裂现象，说明本发明制备的防水涂料用于金属屋面，可以很好地适应金属屋面急剧的热胀冷缩，可以长期保持很好的抗裂性能。

对比例2中的聚合物乳液选自聚合物乳液的制备例4制备而得，该制备的过程中不包含①，步骤③中的预乳化液中未添加聚氨酯预聚体；相较于实施例1，对比例2中防水乳液的拉伸性能有所下降，特别是低温弯曲以及冷热循环弯曲时出现裂纹，说明采用本发明的方法制备聚合物乳液具有很好的耐低温柔韧性能，并且在温度急剧变化时，仍然保持很好的抗裂性能。

对比例3中的聚合物乳液选自聚合物乳液的制备例5制备而得，该制备的过程中步骤②未添加聚醚丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚以及聚己内酯；相较于实施例1，对比例3中的低温弯折性能无明显变化，但是冷热循环弯曲试验时出现裂纹，说明在制备聚合物乳液时，聚醚丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚以及聚己内酯的加入可以提高其抵抗复杂天气的能力，有利于提高其抗裂性能。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

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