聚異氰胺酸酯噁唑烷酮/聚氨酯/環(huán)氧材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體涉及一種長(zhǎng)壽命的防護(hù)材料，尤其涉及一種超長(zhǎng)壽命 聚異氰胺酸酯噁唑烷酮/聚氨酯/環(huán)氧涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技水平的發(fā)展，大型基礎(chǔ)設(shè)施逐漸增多，其在復(fù)雜服役環(huán) 境下的使用壽命要求也越來(lái)越高。以青島海灣大橋?yàn)槔靥幬覈?guó)北方冰凍地區(qū)，全年溫 差可達(dá)50°C，冰凍期約2個(gè)月，海水鹽度范圍24. 9%?32. 9%，此外還受到臺(tái)風(fēng)、暴雨、海水 的沖擊以及鹽霧、工業(yè)排放物的腐蝕，而其設(shè)計(jì)使用壽命長(zhǎng)達(dá)100年。地處珠江三角洲的港 珠澳大橋設(shè)計(jì)使用壽命則長(zhǎng)達(dá)120年，所處環(huán)境為亞熱帶海洋氣候，服役環(huán)境也十分復(fù)雜。 要達(dá)到100年及以上使用壽命要求，除了提高結(jié)構(gòu)及其建筑材料的性能之外，還需要為建 筑結(jié)構(gòu)提供長(zhǎng)效、可靠的防護(hù)措施。
[0003] 跨海大橋等基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵部位的有效防護(hù)措施，通常是在結(jié)構(gòu)表面涂裝防腐涂 料，以隔絕水、空氣、腐蝕介質(zhì)等物質(zhì)，從而產(chǎn)生防護(hù)作用，但是普通防腐涂料自身老化壽命 較短，對(duì)惡劣環(huán)境的耐受性差，很難為結(jié)構(gòu)提供30年、50年乃至100年的可靠防護(hù)。普通防 腐涂層涂裝后3?5年就要重新涂裝，造成人力、物力、財(cái)力的巨大浪費(fèi)，而我國(guó)的重防腐涂 料目前一次涂裝后的使用壽命也僅有15?20年，遠(yuǎn)無(wú)法滿足重要基礎(chǔ)設(shè)施100年以上的 防護(hù)要求。
[0004] 發(fā)明專利申請(qǐng)200810059347. 8公開了一種熱屏蔽車用強(qiáng)韌性防護(hù)涂膜材料及 其制備方法，主要由端硅亞胺I (SiCV1.5)2或端硅噁唑烷酮OX(SiOn5) 2或端硅聚異氰酸 酯-噁唑烷酮PIOX (SiOn5)3、碳納米管與金屬醇鹽、過(guò)渡金屬配位絡(luò)合物在無(wú)水醇溶劑中 于酸性條件下回流水解共縮合，或者與無(wú)機(jī)金屬鹽水解共縮合，或者上述組成與預(yù)先制備 好的功能溶膠在上述條件下回流水解共縮合制成的溶膠，并加入一定量的穩(wěn)定劑，可制得 備用產(chǎn)品。然而，該發(fā)明專利申請(qǐng)公開的防護(hù)涂膜材料存在以下問(wèn)題：（1)只能用于金屬基 材，而不適用于混凝土等基材表面；(2)其配方中包括多種金屬氧化物及碳納米管，成本昂 貴，不適合大面積推廣使用；（3)制備工藝復(fù)雜，制備過(guò)程容易受到水、副產(chǎn)物等多種因素 的影響。
[0005] 發(fā)明專利CN1390905A公開了一種新型丙烯海松酸環(huán)氧/噁唑烷酮聚氨酯廣譜 性防腐涂料，由以松香、丙烯酸（或馬來(lái)酐）、環(huán)氧樹脂制成的系列A組分和由2, 2-二甲 基-1，3-丙二醇分別同二異氰酸酯，DBTDL和DAB⑶催化作用下制成的系列B組分，加入TMA 及助劑品制備而成。然而，該發(fā)明專利申請(qǐng)公開的廣譜性防腐涂料產(chǎn)品固含量低，溶劑含量 大，不符合環(huán)保要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有防護(hù)涂料存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超長(zhǎng)壽命的聚異氰胺酸酯 噁唑烷酮/聚氨酯/環(huán)氧涂層及其制備方法。所述聚異氰胺酸酯噁唑烷酮/聚氨酯/環(huán)氧 涂層可以應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)及其它工程結(jié)構(gòu)表面防護(hù)，不但提高結(jié)構(gòu)的耐 腐蝕、耐老化、抗磨損、抗沖擊、耐高溫等性能，還有效延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：聚異氰胺酸酯噁唑烷酮/聚氨酯/環(huán)氧防護(hù)材料，由A組分 和B組分按照3. 5?4. 8:1的質(zhì)量比混合得到。
[0008] 所述A組分按重量份數(shù)計(jì)，由35?50份異氰酸酯預(yù)聚物和50?68份環(huán)氧樹脂 組成，所述異氰酸酯預(yù)聚物中游離異氰酸酯基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-15%。所述異氰酸酯預(yù)聚物 由異氰酸酯單體/異氰酸酯半預(yù)聚物與多元醇合成反應(yīng)得到；所述異氰酸酯單體/異氰酸 酯半預(yù)聚物的官能度為1. 8?3. 0,所述多元醇的的官能度為1. 6?3. 5,分子量為400? 9000 〇
[0009] 所述異氰酸酯單體為4, 4' -二苯基甲烷二異氰酸酯、2, 4' -二苯基甲烷二異氰酸 酯、多次甲基多苯基異氰酸酯和上述單體的半預(yù)聚物中的一種或幾種；所述多元醇的分子 量為600?8000,所述多元醇為環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷聚醚、聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三 醇醚、聚季戊四醇醚、聚四氫呋喃醚二醇、上述結(jié)構(gòu)的共聚物以及低不飽和度的聚醚多元醇 中的一種或幾種。所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型，所述環(huán)氧樹脂為E-44、E-42、E-39-D和E-35 中的一種或幾種。
[0010] 所述B組分按重量份數(shù)計(jì)，由8. 5?15份羥基聚醚、0. 9?1. 5份擴(kuò)鏈劑、2. 5? 8. 5份固化劑以及助劑和填料/顏料組成。所述助劑由催化劑、光穩(wěn)定劑和抗氧化劑組成； 所述催化劑在防護(hù)材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 87-1. 11%。，所述光穩(wěn)定劑在防護(hù)材料中的質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為3. 45-6. 97%。，所述抗氧化劑在防護(hù)材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4. 94-7. 84%。。所述填料/ 顏料在防護(hù)材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和不大于10%。所述羥基聚醚的羥值為50?80mgK0H/g， 所述擴(kuò)鏈劑為多元醇類擴(kuò)鏈劑，所述固化劑為脂肪族多元胺類固化劑；所述光穩(wěn)定劑為受 阻胺類或苯丙三唑類聚合物；所述抗氧劑為受阻酚類聚合物。
[0011] 所述羥基聚醚為聚四氫呋喃多元醇、共聚醚多元醇和聚氧化丙烯醚多元醇中的一 種或幾種，例如美國(guó)Acro公司的Acclaim 2200、BASF公司的POLY TH 2000。所述擴(kuò)鏈劑 為1，4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、一縮二乙二醇、新戊二醇、丙三醇、三羥甲基丙烷中的一種 或幾種。所述固化劑為二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺和己二胺中的一種或幾 種。
[0012] 所述催化劑為三亞乙基二胺、四亞乙基三胺、五亞乙基四胺或2, 4, 6-三（二甲氨 基甲基）苯酚。催化劑主要用于催化A組分和B組分之間的化學(xué)反應(yīng)，促使噁唑烷酮結(jié)構(gòu) 的生成。
[0013] 所述光穩(wěn)定劑為甲基丙烯酸（1，2, 2, 6, 6-五甲基哌啶醇）酯、癸二酸雙1-辛氧 基-2, 2, 6, 6-四甲基哌啶醇酯、2-(2' -羥基-5' -甲基）-苯并三唑、2-(2' -羥基-3'十二 烷基-5' -[1，1，3, 3-四甲基丁基])-苯并三唑或2, 2'亞甲基-(6-(2H-苯并三唑）-4-叔 辛基）苯酚。所述抗氧劑為Ν，Ν'-雙[β (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基丙酰]肼、1，3, 5-三 (3, 5-二叔丁基-4-羥基芐基）2, 4, 6-三甲基苯、1，3, 5-三（4-叔丁基-3-羥基2, 6-二甲 基芐基）1，3, 5-三嗪-2, 4. 6- (1Η，3Η，5Η)-三酮或2 (1- (2-羥基-3, 5-二叔戊基苯基）乙 基）-4, 6-二叔戊基苯基丙烯酸酯。通過(guò)光穩(wěn)定劑和抗氧化劑的引入，使得防護(hù)涂層的對(duì) 光、水、腐蝕介質(zhì)等環(huán)境因素的耐受性明顯提高。所述填料為云母粉、硅微粉或石墨粉中的 一種或幾種，所述顏料為鈦白粉、酞青藍(lán)和碳黑中的一種或幾種。
[0014] 聚異氰胺酸酯噁唑烷酮/聚氨酯/環(huán)氧防護(hù)材料的制備方法，其特征在于：包括以 下步驟：
[0015] (1)制備A組分：稱取由35?50份異氰酸酯預(yù)聚物和50?68份環(huán)氧樹脂于反 應(yīng)容器中，在常溫環(huán)境和氮?dú)獗Ｗo(hù)下高速攪拌30分鐘，即得到A組分。所述異氰酸酯預(yù)聚 物的制備方法為：在室溫下，將精確計(jì)量的多元醇滴加到勻速攪拌的定量多異氰酸酯中，并 緩慢加熱到60?75°C ;多元醇滴加完畢后，繼續(xù)攪拌，并在85?95°C保溫1小時(shí)，測(cè)游離 異氰酸酯基含量為8?15%之間，即得到異氰酸酯基過(guò)量的半預(yù)聚物；上述過(guò)程在氮?dú)獗?護(hù)環(huán)境下進(jìn)行。
[0016] (2)制備B組分：稱取8. 5?15份羥基聚醚、0· 9?L 5份擴(kuò)鏈劑、2. 5?8. 5份 固化劑以及助劑和填料/顏料。所述助劑由催化劑、光穩(wěn)定劑和抗氧化劑組成；所述催化 劑在防護(hù)材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.87-1. 11%。，所述光穩(wěn)定劑在防護(hù)材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3. 45-6. 97%。，所述抗氧化劑在防護(hù)材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4. 94-7. 84%。。所述填料/顏料在 防護(hù)材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和不大于10%。將催化劑、光穩(wěn)定劑、抗氧化劑和5?10份羥基 聚醚研磨至細(xì)度小于45目，然后與擴(kuò)鏈劑、固化劑、剩余的羥基聚醚以及填料/顏料混合均 勻，即得到B組分。研磨的目的是磨細(xì)顆粒和分散聚集體。
[0017] (3)混合：