本技术涉及聚氨酯涂料加工领域，更具体地说，涉及一种防水性生物基聚氨酯涂料及其制备工艺。
背景技术：
1、生物基聚氨酯涂料是一种绿色环保，无毒无味，不污染环境的涂料，常用于建筑行业中，尤其是屋顶防水处理。通过将生物基聚氨酯涂料涂覆于屋顶上形成连续、致密的防水膜，有效阻止水分渗透，保护屋顶结构免受水损害。
2、在屋顶防水处理中，生物基聚氨酯涂料能够均匀、紧密地涂覆于屋顶表面，形成一层连续且致密的防水膜，不仅能够有效隔绝雨水的渗透，防止屋顶结构因长期浸水而受损，还能抵御一些常见的化学腐蚀和物理磨损，延长建筑物的使用寿命。
3、然而，在西藏、新疆、内蒙古以及青海等特定地区，由于自然环境条件的极端性，如夏日日照时间长、太阳辐射强度大以及冬夏气候温差悬殊，这些环境因素对生物基聚氨酯涂料的使用提出了更为严苛的挑战。西北部长时间的强烈阳光照射会加速涂层的氧化过程，容易导致生物基聚氨酯涂料分子链断裂，从而引发涂层老化、变色甚至粉化。同时，大幅度的温度变化会使涂层材料经历热胀冷缩的循环应力，涂层容易出现细微裂纹并逐渐扩大，最终影响到涂层的整体防水效果与耐久性，使用时间短。
技术实现思路
1、为了解决生物基聚氨酯涂料在西北部使用时间短的问题，本技术提供一种防水性生物基聚氨酯涂料及其制备工艺。
2、第一方面，本技术提供一种防水性生物基聚氨酯涂料，采用如下的技术方案：一种防水性生物基聚氨酯涂料，由以下重量百分比的原料制备得到：
3、蓖麻油聚酯多元醇25-40％
4、异氰酸酯15-25％
5、生物基多元酸5-10％
6、催化剂0.2-0.6％
7、扩链剂0.5-1％
8、改性纳米填料15-20％
9、润湿剂3-5％
10、固化剂1-2％
11、其余量为稀释剂。
12、通过采用上述技术方案，制备得到的防水性生物基聚氨酯涂料具有良好的耐候性、耐高低温性、强度以及防水性，可在西藏、新疆、内蒙古及青海等地区长时间使用而不老化，延长防水涂层的使用寿命。
13、其中，异氰酸酯与蓖麻油聚酯多元醇、生物基多元酸发生交联反应，形成三维网络结构的聚氨酯，使得涂层长时间强烈阳光照射下的氧化降解，延缓涂层的老化过程，减少了变色和粉化的现象。异氰酸酯与扩链剂的合理配比，确保了涂料在固化后形成高强度且稳定的交联结构，能够有效抵御大幅度的温度变化带来的热胀冷缩应力，减少涂层细微裂纹的形成，保持涂层的完整性和防水性能。生物基多元酸涂料的交联反应，增强聚氨酯分子链的刚性和韧性，使得涂层在极端环境下更能抵抗老化、变色和粉化现象，保持长久的外观和性能。改性纳米填料能提高防水性生物基聚氨酯涂料的耐紫外线性能、抗老化能力和机械强度，其原因在于：改性纳米填料纳米填料的小尺寸效应和表面效应能有效阻挡紫外线穿透，减缓涂层的氧化过程；同时，其高比表面积提供了更多的交联点，增强了涂层的致密性和耐久性。配方中添加了适量的润湿剂和稀释剂，改善涂料的润湿性和流动性，使得施工过程更加顺畅，能够形成均匀、无缺陷的涂层。固化剂进一步促进了涂料的交联固化，使涂层在固化后具有更高的硬度和更好的耐化学腐蚀性能。
14、优选的，所述改性纳米填料由以下方法制备得到：
15、1)将纳米填料干燥，再将纳米填料放置于乙醇下超声分散，得到混浊液；
16、2)将混浊液、3-氨丙基三乙氧基硅烷和苯并三唑在50-70℃下搅拌1-2h，制得混合液1；
17、3)将异氰酸酯、有机硅二元醇溶于乙醇中，得到混合液2；
18、4)将混合液1和混合液2，在60-70℃下搅拌反应1-2h，过滤，取滤渣，制得改性纳米填料。
19、优选的，制备所述改性纳米填料所用原料的重量份如下：
20、纳米填料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、异氰酸酯10-13份
24、有机硅二元醇8-10份
25、乙醇25-35份。
26、通过采用上述技术方案，制备得到改性纳米填料能均匀分散于防水性生物基聚氨酯涂料体系中，进一步提高防水性生物基聚氨酯涂料的抗紫外性性、抗老化性以及强度，延长涂料固化后的使用寿命。
27、步骤1)中通超声作用使得纳米填料颗粒在乙醇中达到纳米级别的均匀分散，为后续的反应提供了良好的条件。步骤2)中3-氨丙基三乙氧基硅烷能够在纳米填料表面形成一层有机硅层，提高纳米填料与聚氨酯基体的相容性和界面结合力。苯并三唑则作为抗老化剂，能够赋予纳米填料更好的抗紫外线、抗氧化性能，从而保护整个涂料体系。步骤3)中通过异氰酸酯与有机硅二元醇在乙醇中的反应，再与混合液1进一步反应，成功在纳米填料表面引入了异氰酸酯基团，使得改性纳米填料能够与聚氨酯涂料中的聚酯多元醇发生化学反应，形成牢固的化学键，增强纳米填料在涂料中的稳定性和分散性，从而提高防水性生物基聚氨酯涂料的抗紫外性性、抗老化性以及强度。
28、优选的，所述纳米填料的平均粒径为20-300nm。
29、通过采用上述技术方案，优化纳米填料的粒径，增大纳米填料的比表面积，使得纳米填料与聚氨酯基体之间的接触面积大大增加，从而增强了界面相互作用和结合力，有助于纳米填料在涂料中更稳定地分散，并更有效地传递应力，提高涂料的整体性能。
30、优选的，所述稀释剂是由乙醇和酯类溶剂按照重量份比为(7-8)：10混合得到，所述酯类溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯或碳酸二甲酯中的一种。
31、通过采用上述技术方案，优化稀释剂的种类，调节防水性生物基聚氨酯涂料的粘度，使其在施工时能够更容易地涂布和流平。同时，乙醇和酯类溶剂均具有良好的挥发性和溶解性，能够确保涂料在施工过程中快速均匀地涂布于基材表面，并快速干燥成膜。乙醇和酯类溶剂(乙酸乙酯、乙酸丁酯或碳酸二甲酯)均属于环保型溶剂，具有较低的毒性和挥发性有机化合物(voc)排放，符合现代涂料工业对环保性能的要求，有助于减少涂料使用过程中对环境和人体的危害。
32、优选的，所述蓖麻油聚酯多元醇的羟基值为85-150mgkoh/g，官能度为1-3。
33、通过采用上述技术方案，优化蓖麻油的羟基值和官能度，提高蓖麻油多元醇的反应活性，使得涂料在固化过程中形成致密的交联网络，从而提高涂料的防水性能。同时，有助于增强涂料的内聚力和粘附力，使得涂料能够更好地附着在基材表面，形成连续的防水层优选的，所述生物基多元酸为呋喃二甲酸、糖醇、棕榈酸、油酸、苹果酸、柠檬酸中的一种。
34、通过采用上述技术方案，优化生物基多元酸的种类，进一步促进涂料的交联反应，增强聚氨酯分子链的刚性和韧性，使得涂层在极端环境下更能抵抗老化、变色和粉化现象，保持长久的外观和性能。
35、优选的，所述扩链剂是由二乙基甲苯二胺和乙醇胺按照重量比为(3-4)：1混合得到。
36、通过采用上述技术方案，二乙基甲苯二胺和乙醇胺共同促进聚氨酯涂料的交联反应，提高涂料的交联密度和强度，还能够改善涂料的柔韧性和耐低温性能。其中，二乙基甲苯二胺异氰酸酯基团发生反应，形成脲键交联结构，提高聚氨酯涂料的内聚力和强度，使其具有更好的耐磨性、耐撕裂性和耐化学品性；乙醇胺通过羟基与聚氨酯分子链中的其他基团形成氢键，从而增强分子间的相互作用力，提高涂料的耐低温性能，使涂料在低温下仍能保持较好的物理性能。
37、优选的，所述润湿剂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为(5-6)：3混合得到。
38、通过采用上述技术方案，提高防水性生物基聚氨酯涂料的润湿性和和铺展性，使得防水性生物基聚氨酯涂料更容易涂布于房顶基材表面。同时能够提高防水性生物基聚氨酯涂料的流动性和流平性，减少涂料在涂布过程中的气泡和针孔等缺陷，提高涂层的光泽度和平滑度。
39、第二方面，本技术提供一种防水性生物基聚氨酯涂料的制备工艺，采用如下技术方案：
40、一种防水性生物基聚氨酯涂料的制备工艺，包括以下制备步骤：
41、s1、在干燥氮气保护下，将蓖麻油聚多元醇加入反应容器中，升温至110-120℃下减压除水，接着将体系温度降低至60-80℃；
42、s2、向所述反应容器中加入生物基多元酸、异氰酸酯和催化剂，混合均匀后，使用溶剂调节混合液的粘度，保持60-80℃反应7-9h；
43、s3、步骤s2反应结束后加入扩链剂进行交联反应，搅拌，再加入改性纳米填料、润湿剂、固化剂搅拌，得到生物基聚氨酯涂料。
44、通过采用上述制备工艺制得的生物基聚氨酯涂料具有优异的防水性、耐候性、耐高低温性和抗老化性能，能够在极端自然环境条件下保持稳定的性能，有效阻止水分渗透，保护屋顶结构免受水损害。
45、综上所述，本技术具有以下有益效果：
46、1、增强的耐候性与抗老化性：配方中的蓖麻油聚酯多元醇作为主要成分之一，其生物基特性不仅符合环保要求，还因其良好的耐紫外线性能，有效抵抗长时间强烈阳光照射下的氧化降解。生物基多元酸的添加进一步增强了涂料的分子稳定性，减缓了因光照引起的老化过程，确保涂层在极端日照条件下依然保持优异的外观和性能。
47、2、良好的耐高低温性能：配方中通过精确控制异氰酸酯与扩链剂的配比，形成了高度交联的聚氨酯结构，这种结构在经历大幅度的温度变化时能够更好地抵抗热胀冷缩的应力，减少细微裂纹的产生和扩展。改性纳米填料的加入则进一步提升了涂层的微观结构强度，增强了其抗温变循环的能力，保持涂层的完整性和防水性能。
48、3、良好的防水性能：该涂料能够均匀、紧密地涂覆于屋顶表面，形成一层连续且致密的防水膜，有效隔绝雨水和其他液体的渗透。同时，其良好的化学稳定性能够抵御常见的化学腐蚀，如酸雨、盐雾等，保护屋顶结构免受损害。此外，涂层的物理耐磨性也得到提升，能够抵抗风沙等自然因素的物理磨损，延长使用寿命。
1.一种防水性生物基聚氨酯涂料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制备得到：
2.根据权利要求1所述的一种防水性生物基聚氨酯涂料，其特征在于，所述改性纳米填料由以下方法制备得到：
3.根据权利要求2所述的一种防水性生物基聚氨酯涂料，其特征在于，制备所述改性纳米填料所用原料的重量份如下：
4.根据权利要求2所述的一种防水性生物基聚氨酯涂料，其特征在于：所述纳米填料的平均粒径为20-300nm。
5.根据权利要求1所述的一种防水性生物基聚氨酯涂料，其特征在于：所述稀释剂是由乙醇和酯类溶剂按照重量份比为（7-8）：10混合得到，所述酯类溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯中碳酸二甲酯的一种。
6.根据权利要求4所述的一种防水性生物基聚氨酯涂料，其特征在于：所述蓖麻油聚酯多元醇的羟基值为85-150mgkoh/g，官能度为1-3。
7.根据权利要求1所述的一种防水性生物基聚氨酯涂料，其特征在于：所述生物基多元酸为呋喃二甲酸、糖醇、棕榈酸、油酸、苹果酸、柠檬酸中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种防水性生物基聚氨酯涂料，其特征在于：所述扩链剂是由二乙基甲苯二胺和乙醇胺按照重量比为（3-4）：1混合得到。
9.根据权利要求1所述的一种防水性生物基聚氨酯涂料，其特征在于：所述润湿剂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为（5-6）：3。
10.一种如权利要求1-9任一项所述防水性生物基聚氨酯涂料的制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：
