一種高強(qiáng)度環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑涂料的制造領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種高強(qiáng)度環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚氨酯防水涂料是目前應(yīng)用十分廣泛的建筑用涂料，其主要分為單組分聚氨酯防 水涂料和雙組分聚氨酯防水涂料兩種。單組份聚氨酯防水涂料是在聚氨酯樹(shù)脂基料上通過(guò) 交聯(lián)反應(yīng)改性后而得到的涂料，其具有較好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性、涂膜力學(xué)性能、耐水性、耐溶劑 性及耐老化性能。而雙組分聚氨酯防水涂料是通過(guò)把異氰酸酯預(yù)聚物和含羥基樹(shù)脂分開(kāi)， 在施工時(shí)混合并產(chǎn)生固化反應(yīng)后得到的涂料，其具有成膜溫度低、附著力強(qiáng)、耐磨性好、硬 度大以及耐化學(xué)品、耐候性好等優(yōu)越性能，所以雙組分聚氨酯防水涂料是現(xiàn)在最受消費(fèi)者 青睞的聚氨酯防水涂料。然而，聚氨酯防水涂料具有其自身不可克服的技術(shù)缺陷。首先，無(wú) 論是單組分還是雙組分聚氨酯防水涂料，由于聚合反應(yīng)后產(chǎn)物均為有機(jī)物，因而涂料自身 的防火性能極差，其本身屬于易燃級(jí)，不符合建筑材料的阻燃要求。其次，雙組分聚氨酯防 水涂料在固化反應(yīng)時(shí)需要加入二胺類擴(kuò)鏈劑，反應(yīng)過(guò)程中的產(chǎn)物具有較大毒性，所以傳統(tǒng) 的聚氨酯防水涂料的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的污染，其加工的環(huán)保性能極差。
[0003] 中國(guó)發(fā)明專利ZL200910095860. 7公開(kāi)了一種雙組分反應(yīng)型阻燃水性聚氨酯，其 利用二異氰酸酯、阻燃多元醇和親水?dāng)U鏈劑通過(guò)反應(yīng)生成聚氨酯涂料。然而，上述水性聚氨 酯中，在化學(xué)反應(yīng)時(shí)起阻燃作用的基團(tuán)容易因?yàn)榇嫉乃舛荒茼樌B接至聚氨酯分子鏈 上，即出現(xiàn)基團(tuán)脫鏈現(xiàn)象，大大降低了其阻燃效果。此外，上述水性聚氨酯中采用甲苯-2， 4-二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯作為主劑，上述多元異氰酸酯的反應(yīng)毒性較大，在反 應(yīng)過(guò)程中極易揮發(fā)，且其反應(yīng)的副產(chǎn)物容易粘附至涂膜上，嚴(yán)重影響了聚氨酯的環(huán)保性能。 因此，現(xiàn)有的聚氨酯防水涂料仍然有待于進(jìn)一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有優(yōu)異防水性能和阻燃性能 的環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種環(huán)保性能優(yōu)良、制備過(guò)程安全性強(qiáng)的制備上述聚 氨酯阻燃防水涂料的方法。
[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種高強(qiáng)度環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料，其特征 在于：所述聚氨酯阻燃防水涂料包括A組分和B組分，
[0007] A組分包括阻燃聚醚多元醇、液化二苯基甲烷二異氰酸酯、氯化石蠟，上述組分含 量按質(zhì)量份數(shù)算分別為：阻燃聚醚多元醇40-60份、液化二苯基甲烷二異氰酸酯20-30份、 氯化石蠟10-20份；
[0008] B組分包括阻燃聚醚多元醇、芳烴油、氯化石蠟、液體硫化劑、阻燃劑、阻燃填料， 上述組分含量按質(zhì)量份數(shù)算分別為：阻燃聚醚多元醇10-20份、芳烴油5-20份、氯化石蠟 10-20份、液體硫化劑10-20份、阻燃劑8-16份、阻燃填料30-40份。
[0009] 進(jìn)一步說(shuō)，A組分中阻燃聚醚多元醇包括二官能度阻燃聚醚多元醇和三官能度阻 燃聚醚多元醇，上述兩者的摩爾比為1: (2-3)。
[0010] 進(jìn)一步說(shuō)，B組分中阻燃聚醚多元醇為三官能度阻燃聚醚多元醇。
[0011] 根據(jù)上述作進(jìn)一步優(yōu)化，阻燃聚醚多元醇為含氮基團(tuán)接枝的聚醚多元醇。
[0012] 進(jìn)一步說(shuō)，液體硫化劑包括液態(tài)二甲硫基甲苯二胺和液態(tài)二乙基甲苯二胺，上述 兩者的摩爾比為1: (1-2)。
[0013] 進(jìn)一步說(shuō)，阻燃劑包括聚磷酸銨、溴銻阻燃劑和磷酸酯，聚磷酸銨、溴銻阻燃劑和 磷酸酯的摩爾比為5 :1 :2。
[0014] 進(jìn)一步說(shuō)，阻燃填料為氫氧化鋁或氫氧化鎂或上述組分以任意比例混合。
[0015] 本發(fā)明還提供一種制備上述高強(qiáng)度環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料的方法，該方法的步 驟如下：
[0016] -、A組分的制備
[0017] al:按照上述配比稱取相應(yīng)原料備用；
[0018] bl:常溫常壓下把阻燃聚醚多元醇加入帶攪拌器和真空栗的密閉反應(yīng)釜中， 一邊攪拌一邊使反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至80-90°C，啟動(dòng)真空栗，使反應(yīng)釜內(nèi)負(fù)壓為-0.07 至-0. 05MPa;
[0019] cl:持續(xù)使反應(yīng)釜內(nèi)溫度上升至100-110°C，并在該溫度下脫水1-3小時(shí)；
[0020]dl:當(dāng)cl步驟完成后把反應(yīng)釜溫度降至55-65Γ，一邊攪拌一邊加入液化二苯基 甲烷二異氰酸酯，然后把反應(yīng)釜溫度升至75-85Γ，反應(yīng)時(shí)間1. 5-3小時(shí)；
[0021] el:在dl步驟的反應(yīng)完成后，啟動(dòng)真空栗，使反應(yīng)釜內(nèi)負(fù)壓為-0. 07至-0. 05MPa， 并保持反應(yīng)釜內(nèi)溫度為75-85°C，再反應(yīng)1-2小時(shí)；
[0022] Π:在el步驟反應(yīng)完成后，往反應(yīng)釜內(nèi)加入氯化石蠟，一邊攪拌一邊抽真空，保持 反應(yīng)釜內(nèi)負(fù)壓為-0. 06至-0. 05MPa，并反應(yīng)40-50分鐘，待反應(yīng)完成后把反應(yīng)釜溫度降至 55-60°C，保溫10-20分鐘后即可得A組分；
[0023] 二、B組分的制備
[0024]a2:按照上述配比稱取相應(yīng)原料備用；
[0025]b2:常溫常壓下把芳烴油加入帶刮邊攪拌器和真空栗的密閉反應(yīng)釜中，并打開(kāi)真 空栗，使反應(yīng)釜內(nèi)負(fù)壓保持在-0. 02至-0.OIMPa;
[0026]c2:把阻燃聚醚多元醇和液體硫化劑加入反應(yīng)釜內(nèi)，一邊攪拌一邊使反應(yīng)釜溫度 升至 80-90°C;
[0027]d2:打開(kāi)真空栗，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)負(fù)壓在-0. 07至-0. 06MPa后關(guān)閉真空栗，并啟動(dòng)刮邊 攪拌器的高速分散攪拌；
[0028]e2:往d2步驟的反應(yīng)釜內(nèi)吸入氯化石蠟和阻燃填料，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)負(fù)壓升至-0. 05 至-0. 04MPa時(shí)，停止吸料，再次打開(kāi)真空栗使反應(yīng)釜內(nèi)負(fù)壓降至-0. 07至-0. 06MPa，然后再 次吸料，如此循環(huán)至氯化石蠟和阻燃填料吸入完畢，上述過(guò)程持續(xù)高速分散至完全均勻、無(wú) 顆粒結(jié)塊；
[0029]f2 :使刮邊攪拌器處于低速分散狀態(tài)，并把反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至100-120°C，脫水 3-5小時(shí)；
[0030] g2 :把反應(yīng)釜溫度降至50_60°C，向反應(yīng)釜內(nèi)加入阻燃劑，持續(xù)攪拌20-40分鐘；
[0031] h2 :啟動(dòng)刮邊攪拌器的高速分散攪拌，攪拌20-40分鐘后，攪拌器轉(zhuǎn)速調(diào)至70-90 轉(zhuǎn)/分，打開(kāi)真空栗，使反應(yīng)釜內(nèi)負(fù)壓保持在-〇. 07至-0. 06MPa，持續(xù)攪拌1-2小時(shí)，過(guò)濾后 即得B組分。
[0032] 本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的聚氨酯防水涂料進(jìn)行改進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)如下：
[0033] 1、本發(fā)明的高強(qiáng)度環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料中，A組分和B組分均采用阻燃聚醚 多元醇和氯化石蠟的混合反應(yīng)體系。阻燃聚醚多元醇可采用含氮基團(tuán)接枝的聚醚多元醇， 從而與氯化石蠟構(gòu)成復(fù)合阻燃體系。首先，上述復(fù)合阻燃體系中，由于含氮阻燃基團(tuán)與氧基 鍵合，其化學(xué)鍵能較強(qiáng)。當(dāng)醇基出現(xiàn)水解反應(yīng)時(shí)，含氮阻燃基團(tuán)仍然可連接于大分子鏈的主 鏈上，不會(huì)出現(xiàn)含氮阻燃基團(tuán)脫鏈的現(xiàn)象，保障了涂料的阻燃性能，且含氮阻燃基團(tuán)中氮元 素的含量較高，其熱穩(wěn)定性極佳，且燃燒時(shí)呈中性，具有無(wú)毒、低煙的優(yōu)點(diǎn)。其次，氯化石蠟 自身具有界面潤(rùn)滑作用，A、B組分混合起固化反應(yīng)時(shí)，其有助于A組分和B組分的均勻混合， 提高A相與B相之間反應(yīng)的穩(wěn)定性。此外，氯化石蠟自身屬于小分子鏈結(jié)構(gòu)，在化學(xué)反應(yīng)過(guò) 程中，其可進(jìn)入至大分子鏈周圍并形成包覆效應(yīng)，當(dāng)聚醚大分子鏈出現(xiàn)缺鍵時(shí)，氯化石蠟中 的氯基可立即與之鍵合形成阻燃基團(tuán)，大大提升了聚氨酯分子鏈的阻燃效果。另外，由于A 組分和B組分同樣采用阻燃聚醚多元醇和氯化石蠟的混合反應(yīng)體系，兩種組分的物性和化 學(xué)性能相近，在起固化反應(yīng)時(shí)兩者互相融合的效果較好，利于固化反應(yīng)的順利完成。
[0034] 2、本發(fā)明的高強(qiáng)度環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料中，A組分的阻燃聚醚多元醇采用二 官能度和三官能度的混合體系，而B(niǎo)組分的阻燃聚醚多元醇則采用三官能度的單一體系。 三官能度阻燃聚醚多元醇的反應(yīng)活性較強(qiáng)，在固化反應(yīng)時(shí)容易形成致密的空間網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié) 構(gòu)，因而其在A、B組分中的應(yīng)用可提高固化反應(yīng)后涂膜的強(qiáng)度和耐水性。二官能度阻燃聚 醚多元醇的加入，則可以控制交聯(lián)反應(yīng)的強(qiáng)度，避免三官能度阻燃聚醚多元醇的反應(yīng)速度 過(guò)快而導(dǎo)致兩相融合困難。
[0035] 3、本發(fā)明的高強(qiáng)度環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料中，采用液化二苯基甲烷二異氰酸酯 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的甲苯-2,4-二異氰酸酯。首先，二苯基甲烷二異氰酸酯自身毒性較低，且揮發(fā)性 低于甲苯-2,4-二異氰酸酯，可有效保障涂料制備的安全性。其次，液化二苯基甲烷二異氰 酸酯具有It存穩(wěn)定性尚、不易廣生^聚物的優(yōu)點(diǎn)，可大幅提尚涂料制備的穩(wěn)定性及安全性。
[0036] 4、本發(fā)明的高強(qiáng)度環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料中，B組分采用芳烴油和液體硫化劑 的混合硫化體系，上述混合體系在化學(xué)反應(yīng)中可生成大量的交聯(lián)節(jié)點(diǎn)，并協(xié)助阻燃聚醚多 元醇的成鏈，構(gòu)成致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可顯著提高涂料漆膜的強(qiáng)度和耐水性。
[0037] 5、本發(fā)明的聚氨酯阻燃防水涂料中，阻燃劑采用聚磷酸銨、溴銻阻燃劑和磷酸酯 的混合，并且以氫氧化鋁或氫氧化鎂為阻燃填料，從而形成復(fù)合阻燃體系。在復(fù)合阻燃體系 中，有機(jī)阻燃劑的含磷基團(tuán)和阻燃聚醚多元醇中的含氮基團(tuán)構(gòu)成磷氮膨脹型阻燃，而氫氧 化鋁或氫氧化鎂自身具有極佳的無(wú)機(jī)阻燃作用。通過(guò)有機(jī)阻燃和無(wú)機(jī)阻燃體系的配合，大 大提高了涂料的阻燃性能，實(shí)現(xiàn)涂料燃燒時(shí)無(wú)毒、低煙、無(wú)滴落。
[0038] 6、本發(fā)明的高強(qiáng)度環(huán)保聚氨酯阻燃防水涂料采用密閉反應(yīng)法加工，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程 都在密閉的反應(yīng)釜中完成，并且化學(xué)反應(yīng)在低氣壓和溫度較低的環(huán)境下進(jìn)行。全密閉的制 備環(huán)境可防止化學(xué)反應(yīng)時(shí)揮發(fā)或蒸發(fā)出有毒氣體散發(fā)至空氣中，不會(huì)危害生產(chǎn)人員的健 康，提高了制備的環(huán)保性和安全性。而低氣壓和溫度較低的環(huán)境下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，可確?；?學(xué)反應(yīng)在一個(gè)相對(duì)溫和的環(huán)境下進(jìn)行，減少副反應(yīng)和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。另外，二苯基甲烷二異 氰酸酯和硫化劑均以液態(tài)化加入反應(yīng)體系中，除了改善其加工性能外，還杜絕了因反應(yīng)速 度過(guò)快而產(chǎn)生有毒氣體的揮發(fā)的現(xiàn)象，同樣改善了涂料制備的安全性。
[0039] 7、本發(fā)明的高強(qiáng)度環(huán)保聚氨