本技術(shù)涉及聚氨酯涂料加工領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種防水性生物基聚氨酯涂料及其制備工藝。

背景技術(shù)：

1、生物基聚氨酯涂料是一種綠色環(huán)保，無毒無味，不污染環(huán)境的涂料，常用于建筑行業(yè)中，尤其是屋頂防水處理。通過將生物基聚氨酯涂料涂覆于屋頂上形成連續(xù)、致密的防水膜，有效阻止水分滲透，保護(hù)屋頂結(jié)構(gòu)免受水損害。

2、在屋頂防水處理中，生物基聚氨酯涂料能夠均勻、緊密地涂覆于屋頂表面，形成一層連續(xù)且致密的防水膜，不僅能夠有效隔絕雨水的滲透，防止屋頂結(jié)構(gòu)因長期浸水而受損，還能抵御一些常見的化學(xué)腐蝕和物理磨損，延長建筑物的使用壽命。

3、然而，在西藏、新疆、內(nèi)蒙古以及青海等特定地區(qū)，由于自然環(huán)境條件的極端性，如夏日日照時(shí)間長、太陽輻射強(qiáng)度大以及冬夏氣候溫差懸殊，這些環(huán)境因素對生物基聚氨酯涂料的使用提出了更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。西北部長時(shí)間的強(qiáng)烈陽光照射會(huì)加速涂層的氧化過程，容易導(dǎo)致生物基聚氨酯涂料分子鏈斷裂，從而引發(fā)涂層老化、變色甚至粉化。同時(shí)，大幅度的溫度變化會(huì)使涂層材料經(jīng)歷熱脹冷縮的循環(huán)應(yīng)力，涂層容易出現(xiàn)細(xì)微裂紋并逐漸擴(kuò)大，最終影響到涂層的整體防水效果與耐久性，使用時(shí)間短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決生物基聚氨酯涂料在西北部使用時(shí)間短的問題，本技術(shù)提供一種防水性生物基聚氨酯涂料及其制備工藝。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種防水性生物基聚氨酯涂料，采用如下的技術(shù)方案：一種防水性生物基聚氨酯涂料，由以下重量百分比的原料制備得到：

3、蓖麻油聚酯多元醇25-40％

4、異氰酸酯15-25％

5、生物基多元酸5-10％

6、催化劑0.2-0.6％

7、擴(kuò)鏈劑0.5-1％

8、改性納米填料15-20％

9、潤濕劑3-5％

10、固化劑1-2％

11、其余量為稀釋劑。

12、通過采用上述技術(shù)方案，制備得到的防水性生物基聚氨酯涂料具有良好的耐候性、耐高低溫性、強(qiáng)度以及防水性，可在西藏、新疆、內(nèi)蒙古及青海等地區(qū)長時(shí)間使用而不老化，延長防水涂層的使用壽命。

13、其中，異氰酸酯與蓖麻油聚酯多元醇、生物基多元酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚氨酯，使得涂層長時(shí)間強(qiáng)烈陽光照射下的氧化降解，延緩?fù)繉拥睦匣^程，減少了變色和粉化的現(xiàn)象。異氰酸酯與擴(kuò)鏈劑的合理配比，確保了涂料在固化后形成高強(qiáng)度且穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，能夠有效抵御大幅度的溫度變化帶來的熱脹冷縮應(yīng)力，減少涂層細(xì)微裂紋的形成，保持涂層的完整性和防水性能。生物基多元酸涂料的交聯(lián)反應(yīng)，增強(qiáng)聚氨酯分子鏈的剛性和韌性，使得涂層在極端環(huán)境下更能抵抗老化、變色和粉化現(xiàn)象，保持長久的外觀和性能。改性納米填料能提高防水性生物基聚氨酯涂料的耐紫外線性能、抗老化能力和機(jī)械強(qiáng)度，其原因在于：改性納米填料納米填料的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)能有效阻擋紫外線穿透，減緩?fù)繉拥难趸^程；同時(shí)，其高比表面積提供了更多的交聯(lián)點(diǎn)，增強(qiáng)了涂層的致密性和耐久性。配方中添加了適量的潤濕劑和稀釋劑，改善涂料的潤濕性和流動(dòng)性，使得施工過程更加順暢，能夠形成均勻、無缺陷的涂層。固化劑進(jìn)一步促進(jìn)了涂料的交聯(lián)固化，使涂層在固化后具有更高的硬度和更好的耐化學(xué)腐蝕性能。

14、優(yōu)選的，所述改性納米填料由以下方法制備得到：

15、1)將納米填料干燥，再將納米填料放置于乙醇下超聲分散，得到混濁液；

16、2)將混濁液、3-氨丙基三乙氧基硅烷和苯并三唑在50-70℃下攪拌1-2h，制得混合液1；

17、3)將異氰酸酯、有機(jī)硅二元醇溶于乙醇中，得到混合液2；

18、4)將混合液1和混合液2，在60-70℃下攪拌反應(yīng)1-2h，過濾，取濾渣，制得改性納米填料。

19、優(yōu)選的，制備所述改性納米填料所用原料的重量份如下：

20、納米填料30-40份

21、3-氨丙基三乙氧基硅烷5-8份

22、苯并三唑1-3份

23、異氰酸酯10-13份

24、有機(jī)硅二元醇8-10份

25、乙醇25-35份。

26、通過采用上述技術(shù)方案，制備得到改性納米填料能均勻分散于防水性生物基聚氨酯涂料體系中，進(jìn)一步提高防水性生物基聚氨酯涂料的抗紫外性性、抗老化性以及強(qiáng)度，延長涂料固化后的使用壽命。

27、步驟1)中通超聲作用使得納米填料顆粒在乙醇中達(dá)到納米級別的均勻分散，為后續(xù)的反應(yīng)提供了良好的條件。步驟2)中3-氨丙基三乙氧基硅烷能夠在納米填料表面形成一層有機(jī)硅層，提高納米填料與聚氨酯基體的相容性和界面結(jié)合力。苯并三唑則作為抗老化劑，能夠賦予納米填料更好的抗紫外線、抗氧化性能，從而保護(hù)整個(gè)涂料體系。步驟3)中通過異氰酸酯與有機(jī)硅二元醇在乙醇中的反應(yīng)，再與混合液1進(jìn)一步反應(yīng)，成功在納米填料表面引入了異氰酸酯基團(tuán)，使得改性納米填料能夠與聚氨酯涂料中的聚酯多元醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵，增強(qiáng)納米填料在涂料中的穩(wěn)定性和分散性，從而提高防水性生物基聚氨酯涂料的抗紫外性性、抗老化性以及強(qiáng)度。

28、優(yōu)選的，所述納米填料的平均粒徑為20-300nm。

29、通過采用上述技術(shù)方案，優(yōu)化納米填料的粒徑，增大納米填料的比表面積，使得納米填料與聚氨酯基體之間的接觸面積大大增加，從而增強(qiáng)了界面相互作用和結(jié)合力，有助于納米填料在涂料中更穩(wěn)定地分散，并更有效地傳遞應(yīng)力，提高涂料的整體性能。

30、優(yōu)選的，所述稀釋劑是由乙醇和酯類溶劑按照重量份比為(7-8)：10混合得到，所述酯類溶劑為乙酸乙酯、乙酸丁酯或碳酸二甲酯中的一種。

31、通過采用上述技術(shù)方案，優(yōu)化稀釋劑的種類，調(diào)節(jié)防水性生物基聚氨酯涂料的粘度，使其在施工時(shí)能夠更容易地涂布和流平。同時(shí)，乙醇和酯類溶劑均具有良好的揮發(fā)性和溶解性，能夠確保涂料在施工過程中快速均勻地涂布于基材表面，并快速干燥成膜。乙醇和酯類溶劑(乙酸乙酯、乙酸丁酯或碳酸二甲酯)均屬于環(huán)保型溶劑，具有較低的毒性和揮發(fā)性有機(jī)化合物(voc)排放，符合現(xiàn)代涂料工業(yè)對環(huán)保性能的要求，有助于減少涂料使用過程中對環(huán)境和人體的危害。

32、優(yōu)選的，所述蓖麻油聚酯多元醇的羥基值為85-150mgkoh/g，官能度為1-3。

33、通過采用上述技術(shù)方案，優(yōu)化蓖麻油的羥基值和官能度，提高蓖麻油多元醇的反應(yīng)活性，使得涂料在固化過程中形成致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而提高涂料的防水性能。同時(shí)，有助于增強(qiáng)涂料的內(nèi)聚力和粘附力，使得涂料能夠更好地附著在基材表面，形成連續(xù)的防水層優(yōu)選的，所述生物基多元酸為呋喃二甲酸、糖醇、棕櫚酸、油酸、蘋果酸、檸檬酸中的一種。

34、通過采用上述技術(shù)方案，優(yōu)化生物基多元酸的種類，進(jìn)一步促進(jìn)涂料的交聯(lián)反應(yīng)，增強(qiáng)聚氨酯分子鏈的剛性和韌性，使得涂層在極端環(huán)境下更能抵抗老化、變色和粉化現(xiàn)象，保持長久的外觀和性能。

35、優(yōu)選的，所述擴(kuò)鏈劑是由二乙基甲苯二胺和乙醇胺按照重量比為(3-4)：1混合得到。

36、通過采用上述技術(shù)方案，二乙基甲苯二胺和乙醇胺共同促進(jìn)聚氨酯涂料的交聯(lián)反應(yīng)，提高涂料的交聯(lián)密度和強(qiáng)度，還能夠改善涂料的柔韌性和耐低溫性能。其中，二乙基甲苯二胺異氰酸酯基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，形成脲鍵交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高聚氨酯涂料的內(nèi)聚力和強(qiáng)度，使其具有更好的耐磨性、耐撕裂性和耐化學(xué)品性；乙醇胺通過羥基與聚氨酯分子鏈中的其他基團(tuán)形成氫鍵，從而增強(qiáng)分子間的相互作用力，提高涂料的耐低溫性能，使涂料在低溫下仍能保持較好的物理性能。

37、優(yōu)選的，所述潤濕劑是由壬基酚聚氧乙烯醚和聚氧乙烯脂肪醇醚按照重量份比為(5-6)：3混合得到。

38、通過采用上述技術(shù)方案，提高防水性生物基聚氨酯涂料的潤濕性和和鋪展性，使得防水性生物基聚氨酯涂料更容易涂布于房頂基材表面。同時(shí)能夠提高防水性生物基聚氨酯涂料的流動(dòng)性和流平性，減少涂料在涂布過程中的氣泡和針孔等缺陷，提高涂層的光澤度和平滑度。

39、第二方面，本技術(shù)提供一種防水性生物基聚氨酯涂料的制備工藝，采用如下技術(shù)方案：

40、一種防水性生物基聚氨酯涂料的制備工藝，包括以下制備步驟：

41、s1、在干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將蓖麻油聚多元醇加入反應(yīng)容器中，升溫至110-120℃下減壓除水，接著將體系溫度降低至60-80℃；

42、s2、向所述反應(yīng)容器中加入生物基多元酸、異氰酸酯和催化劑，混合均勻后，使用溶劑調(diào)節(jié)混合液的粘度，保持60-80℃反應(yīng)7-9h；

43、s3、步驟s2反應(yīng)結(jié)束后加入擴(kuò)鏈劑進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，攪拌，再加入改性納米填料、潤濕劑、固化劑攪拌，得到生物基聚氨酯涂料。

44、通過采用上述制備工藝制得的生物基聚氨酯涂料具有優(yōu)異的防水性、耐候性、耐高低溫性和抗老化性能，能夠在極端自然環(huán)境條件下保持穩(wěn)定的性能，有效阻止水分滲透，保護(hù)屋頂結(jié)構(gòu)免受水損害。

45、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

46、1、增強(qiáng)的耐候性與抗老化性：配方中的蓖麻油聚酯多元醇作為主要成分之一，其生物基特性不僅符合環(huán)保要求，還因其良好的耐紫外線性能，有效抵抗長時(shí)間強(qiáng)烈陽光照射下的氧化降解。生物基多元酸的添加進(jìn)一步增強(qiáng)了涂料的分子穩(wěn)定性，減緩了因光照引起的老化過程，確保涂層在極端日照條件下依然保持優(yōu)異的外觀和性能。

47、2、良好的耐高低溫性能：配方中通過精確控制異氰酸酯與擴(kuò)鏈劑的配比，形成了高度交聯(lián)的聚氨酯結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷大幅度的溫度變化時(shí)能夠更好地抵抗熱脹冷縮的應(yīng)力，減少細(xì)微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。改性納米填料的加入則進(jìn)一步提升了涂層的微觀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增強(qiáng)了其抗溫變循環(huán)的能力，保持涂層的完整性和防水性能。

48、3、良好的防水性能：該涂料能夠均勻、緊密地涂覆于屋頂表面，形成一層連續(xù)且致密的防水膜，有效隔絕雨水和其他液體的滲透。同時(shí)，其良好的化學(xué)穩(wěn)定性能夠抵御常見的化學(xué)腐蝕，如酸雨、鹽霧等，保護(hù)屋頂結(jié)構(gòu)免受損害。此外，涂層的物理耐磨性也得到提升，能夠抵抗風(fēng)沙等自然因素的物理磨損，延長使用壽命。