本發(fā)明涉及非異氰酸酯聚脲類產(chǎn)品領(lǐng)域，具體地，涉及一種非異氰酸酯聚脲及其制備方法、一種水性非異氰酸酯聚脲及其制備方法、一種包含所述非異氰酸酯聚脲的防腐涂料、一種包含所述非異氰酸酯聚脲的防水涂料、一種包含所述水性非異氰酸酯聚脲的水性聚脲基膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、一種包含所述水性非異氰酸酯聚脲的透明飾面型防火涂料。

背景技術(shù)：

1、聚脲(簡稱pur)是含有重復(fù)脲鍵結(jié)構(gòu)的聚合物，其力學(xué)性能可在彈性至剛性體范圍內(nèi)變化，且耐磨防滑、耐腐蝕和強(qiáng)度等綜合性能優(yōu)異。目前，聚脲主要是由異氰酸酯的預(yù)聚體和胺類物質(zhì)反應(yīng)得到。然而，異氰酸酯具有很強(qiáng)的刺激性和毒性，且制備異氰酸酯的原料同樣是劇毒物質(zhì)光氣，對人體和環(huán)境由極大的危害。隨著“綠色化學(xué)”的提倡，利用無毒、環(huán)保的原料制備非異氰酸酯聚脲(nipur)成為了現(xiàn)階段的研究熱點，而且nipur逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚脲是聚脲行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。

2、目前非異氰酸酯類聚脲(簡稱nipur)的合成國內(nèi)鮮有報道，已有的合成方法常常反應(yīng)不完全、且伴有較多副反應(yīng)產(chǎn)物，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)，極大地限制了nipur的應(yīng)用與發(fā)展。

3、另外，隨著大眾對環(huán)境保護(hù)的要求越來越迫切和嚴(yán)格，在化工新材料領(lǐng)域，聚合物樹脂的制備工藝正逐步由溶劑型轉(zhuǎn)向水性化。水性聚脲作為一種新型的水性聚合物，是近年來聚脲涂料研究的熱點方向。水性聚脲具有施工操作簡單，成本低，產(chǎn)品更具實用性等優(yōu)點，且以水為分散介質(zhì)，符合環(huán)保法規(guī)要求。但還面臨一些如涂膜的綜合性能差、涂膜的耐水性差、光澤性較低等問題，這在一定程度上制約了水性聚脲的發(fā)展進(jìn)程。

4、因此，水性聚脲領(lǐng)域亟待開發(fā)出一種物理性能較高、涂膜耐水性能優(yōu)異、使用壽命較長的產(chǎn)品以應(yīng)用于更廣領(lǐng)域，從而推動水性聚脲的應(yīng)用和發(fā)展。

5、成膜物質(zhì)作為涂料的主要組成部分，其作用主要是將涂料牢固的附著在材料的表面，使涂料形成連續(xù)的涂膜，所以成膜物質(zhì)的性能決定著涂料的性能。目前，以傳統(tǒng)樹脂(如聚氨酯、環(huán)氧樹脂或丙烯酸樹脂)為成膜物質(zhì)的涂料產(chǎn)品，受樹脂自身物理化學(xué)性能的限制，較大地制約了防腐涂料、防水涂料、防火涂料的應(yīng)用與發(fā)展。

6、因此，涂料領(lǐng)域亟待開發(fā)出高理化性能、長使用壽命的涂料產(chǎn)品，推動涂料產(chǎn)品的應(yīng)用和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種非異氰酸酯聚脲及其制備方法、包含所述非異氰酸酯聚脲的衍生產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明的非異氰酸酯聚脲工藝簡單且反應(yīng)率高，以其為原料制備水性非異氰酸酯聚脲時，涂膜力學(xué)性能(包括拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、撕裂強(qiáng)度)優(yōu)異；并且，當(dāng)以此非異氰酸酯聚脲為成膜物質(zhì)制備防腐涂料時，所得涂膜具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、較高的物理性能和較長的使用壽命；并且，當(dāng)以此非異氰酸酯聚脲為成膜物質(zhì)制備防水涂料時，所得涂膜具有良好的斷裂伸長率、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度；并且，當(dāng)使用以此非異氰酸酯聚脲制備得到的水性非異氰酸酯聚脲為成膜物質(zhì)制備膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和透明飾面型防火涂料時，所得涂膜具有優(yōu)異的耐火性能、較好的耐水性和優(yōu)異的粘接強(qiáng)度。

2、為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種非異氰酸酯聚脲的制備方法，所述方法包括以下步驟：

4、(1)將堿金屬醇鹽和離子液體混合，以得到堿金屬醇鹽/離子液體復(fù)合催化劑；和

5、(2)在所述堿金屬醇鹽/離子液體復(fù)合催化劑的存在下，將聚醚胺與有機(jī)溶劑混合，然后通入二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)，以得到所述非異氰酸酯聚脲，其中所述聚醚胺為數(shù)均分子量在230至5000的范圍內(nèi)的氨基封端聚氧丙烯二胺或氨基封端聚氧丙烯三胺。

6、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述堿金屬醇鹽選自甲醇鈉、叔丁醇鈉、叔丁醇鋰、叔丁醇鉀和乙醇鈉中的一種或多種。

7、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述離子液體為咪唑醋酸鹽類離子液體、吡啶醋酸鹽類離子液體或其組合物。

8、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述離子液體選自1，3-二甲基咪唑醋酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-丙基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-戊基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-庚基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-癸基-3-甲基咪唑醋酸鹽、1-乙基-2，3-二甲基咪唑醋酸鹽、1-丁基-2，3-二甲基咪唑醋酸鹽、n-乙基吡啶醋酸鹽和n-丁基吡啶醋酸鹽中的一種或多種。

9、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述有機(jī)溶劑為二甲苯、丙酮、乙酸乙酯和乙二醇二甲醚中的一種或多種。

10、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述氨基封端聚氧丙烯二胺的數(shù)均分子量在230至4000的范圍內(nèi)。

11、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述氨基封端聚氧丙烯三胺的數(shù)均分子量在440至5000的范圍內(nèi)。

12、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述非異氰酸酯聚脲的數(shù)均分子量在5萬-60萬、優(yōu)選20萬-35萬的范圍內(nèi)。

13、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述氨基封端的聚氧丙烯二胺具有由下列通式(1)表示的結(jié)構(gòu)：

14、

15、其中n為聚合度。

16、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述氨基封端聚氧丙烯三胺具有由下列通式(2)表示的結(jié)構(gòu)：

17、

18、其中a、b和c為聚合度。

19、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，在步驟(1)中，在惰性氣體的保護(hù)下，將堿金屬醇鹽和離子液體在室溫混合，以得到堿金屬醇鹽/離子液體復(fù)合催化劑。

20、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，在步驟(1)中，所述堿金屬醇鹽和所述離子液體的重量比在1：5至1：20的范圍內(nèi)。

21、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，在步驟(2)中，所述堿金屬醇鹽/離子液體復(fù)合催化劑的重量與所述聚醚胺的重量之間的比率在1×10-5：1至1×10-3：1的范圍內(nèi)。

22、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，在步驟(2)中，所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為150-190℃，反應(yīng)壓力為10.6-23.5mpa，反應(yīng)時間為6-11h。

23、根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種非異氰酸酯聚脲，所述非異氰酸酯聚脲根據(jù)以上所述方法制備。

24、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述非異氰酸酯聚脲為胺基封端的線型聚合物。

25、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，所述非異氰酸酯聚脲為胺基封端的支化聚合物。

26、根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種水性非異氰酸酯聚脲的制備方法，所述制備方法包括下列步驟：

27、(1)根據(jù)以上所述的制備方法制備非異氰酸酯聚脲；

28、(2)在分散條件下，向步驟(1)中制備的非異氰酸酯聚脲中加入乳化劑，隨后緩慢加入水，以得到水性非異氰酸酯聚脲。

29、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，步驟(2)中所述乳化劑為聚氧乙烯醚類乳化劑。

30、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，步驟(2)中，以所述非異氰酸酯聚脲的重量為100％計，所述乳化劑的添加量為2-10重量％。

31、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，步驟(2)中所述非異氰酸酯聚脲的重量與所加入水的重量的比率在1：1至1∶5的范圍內(nèi)。

32、根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種非異氰酸酯聚脲防腐涂料，所述非異氰酸酯聚脲防腐涂料包括：50-80重量份根據(jù)以上所述的制備方法制備的非異氰酸酯聚脲，10-30重量份的鈦白粉，0.5-1.5重量份的分散劑，0.5-0.8重量份的消泡劑，0.3-1.0重量份的紫外線吸收劑和2-20重量份的溶劑。

33、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，在所述非異氰酸酯聚脲防腐涂料中：

34、所述鈦白粉為金紅石型鈦白粉；和/或

35、所述消泡劑為聚烯烴溶液型消泡劑；和/或

36、所述分散劑為聚磷酸酯潤濕分散劑；和/或

37、所述紫外吸收劑為苯并三唑類紫外線吸收劑；和/或

38、所述溶劑選自乙酸丁酯、碳酸二乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯和二甲苯中的一種或多種。

39、根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種非異氰酸酯聚脲防水涂料，所述非異氰酸酯聚脲防水涂料包括：25-43重量份根據(jù)以上所述的制備方法制備的非異氰酸酯聚脲、20-28重量份的增塑劑、25-36重量份的填料、0.1-0.5重量份的消泡劑和3-11重量份的溶劑。

40、根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，在所述非異氰酸酯聚脲防水涂料中：

41、所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二異壬酯、磷酸三辛酯、檸檬酸酯和氯化石蠟類增塑劑中的一種或多種；和/或

42、所述填料為金紅石型鈦白粉、高嶺土、重質(zhì)碳酸鈣、硫酸鋇、氧化鎂、氧化鈣、硅灰石和滑石粉中的一種或多種；和/或

43、所述消泡劑為聚烯烴溶液型消泡劑；和/或

44、所述溶劑為二甲苯、溶劑油、乙酸乙酯、乙酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯中的一種或多種。

45、根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種水性非異氰酸酯聚脲基膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，所述水性聚脲基膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料包含：25-35重量份的根據(jù)以上所述的制備方法制備的水性非異氰酸酯聚脲、0.1-1重量份的消泡劑、0.5-1重量份的分散劑、0.1-0.5重量份的ph調(diào)節(jié)劑、5-20重量份的鈦白粉、6-15重量份的三聚氰胺、6-15重量份的季戊四醇、20-30重量份的聚磷酸銨、0.3-1重量份的增稠劑和10-25重量份的水。

46、據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，在所述水性非異氰酸酯聚脲基膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中：

47、所述消泡劑為復(fù)合硅酮類消泡劑；和/或

48、所述分散劑為改性苯乙烯馬來酸酐共聚物的水溶液；和/或

49、所述ph調(diào)節(jié)劑為反應(yīng)型有機(jī)硅的水溶液；和/或

50、所述鈦白粉為金紅石型鈦白粉；和/或

51、所述增稠劑為聚氨酯改性聚醚類締合型增稠劑。

52、根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種水性非異氰酸酯聚脲基透明飾面型防火涂料，所述水性非異氰酸酯聚脲基透明飾面型防火涂料包含：25-35重量份的根據(jù)以上所述的制備方法制備的水性非異氰酸酯聚脲、0.1-1重量份的消泡劑、0.1-0.3重量份的ph調(diào)節(jié)劑、8-15重量份的多元糖醇、20-30重量份的聚磷酸銨、8-15重量份的水性氨基樹脂、0.5-1重量份的增稠劑和10-25重量份的水。

53、據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案，在所述水性非異氰酸酯聚脲基透明飾面型防火涂料中：

54、所述消泡劑為復(fù)合硅酮類消泡劑；和/或

55、所述ph調(diào)節(jié)劑為反應(yīng)型有機(jī)硅的水溶液；和/或

56、所述多元糖醇選自山梨糖醇、木糖醇和麥芽糖醇中的一種或多種；和/或

57、所述聚磷酸銨為完全溶于水的短鏈低聚合度多聚磷酸銨；和/或

58、所述水性氨基樹脂為甲基醚化三聚氰胺氨基樹脂；和/或

59、所述增稠劑為聚氨酯改性聚醚類締合型增稠劑。

60、與本領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

61、1)通過簡單的工藝路線，采用堿金屬醇鹽/離子液體復(fù)合催化劑體系，制備了非異氰酸酯聚脲；

62、2)根據(jù)本發(fā)明的非異氰酸酯聚脲反應(yīng)率高，在力學(xué)性能方面表現(xiàn)優(yōu)異(包括拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、撕裂強(qiáng)度)，且具有良好的耐化學(xué)腐蝕性；

63、3)根據(jù)本發(fā)明的非異氰酸酯聚脲制備的水性非異氰酸酯聚脲，涂膜具有較高的物理性能，如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和撕裂強(qiáng)度等；

64、4)根據(jù)本發(fā)明的非異氰酸酯聚脲防腐涂料，涂膜具有優(yōu)異的基材附著力和耐腐蝕性能(例如，耐酸性、耐鹽水性、耐鹽霧性和耐人工老化性等)；

65、5)根據(jù)本發(fā)明的非異氰酸酯聚脲防水涂料，具有良好的斷裂伸長率、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和較長的使用壽命；

66、6)根據(jù)本發(fā)明的水性非異氰酸酯聚脲基膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，具有較高的耐火極限、耐水性和固體含量；和

67、7)根據(jù)本發(fā)明的水性非異氰酸酯聚脲基透明飾面型防火涂料，具有較高的耐火極限、粘接強(qiáng)度和良好的裝飾性。