一种高强度环保聚氨酯阻燃防水涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及建筑涂料的制造领域，具体说是一种高强度环保聚氨酯阻燃防水涂料 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚氨酯防水涂料是目前应用十分广泛的建筑用涂料，其主要分为单组分聚氨酯防 水涂料和双组分聚氨酯防水涂料两种。单组份聚氨酯防水涂料是在聚氨酯树脂基料上通过 交联反应改性后而得到的涂料，其具有较好的储存稳定性、涂膜力学性能、耐水性、耐溶剂 性及耐老化性能。而双组分聚氨酯防水涂料是通过把异氰酸酯预聚物和含羟基树脂分开， 在施工时混合并产生固化反应后得到的涂料，其具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬 度大以及耐化学品、耐候性好等优越性能，所以双组分聚氨酯防水涂料是现在最受消费者 青睐的聚氨酯防水涂料。然而，聚氨酯防水涂料具有其自身不可克服的技术缺陷。首先，无 论是单组分还是双组分聚氨酯防水涂料，由于聚合反应后产物均为有机物，因而涂料自身 的防火性能极差，其本身属于易燃级，不符合建筑材料的阻燃要求。其次，双组分聚氨酯防 水涂料在固化反应时需要加入二胺类扩链剂，反应过程中的产物具有较大毒性，所以传统 的聚氨酯防水涂料的生产过程中会对周围环境产生较大的污染，其加工的环保性能极差。
[0003] 中国发明专利ZL200910095860. 7公开了一种双组分反应型阻燃水性聚氨酯，其 利用二异氰酸酯、阻燃多元醇和亲水扩链剂通过反应生成聚氨酯涂料。然而，上述水性聚氨 酯中，在化学反应时起阻燃作用的基团容易因为醇的水解而不能顺利连接至聚氨酯分子链 上，即出现基团脱链现象，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， 4-二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯作为主剂，上述多元异氰酸酯的反应毒性较大，在反 应过程中极易挥发，且其反应的副产物容易粘附至涂膜上，严重影响了聚氨酯的环保性能。 因此，现有的聚氨酯防水涂料仍然有待于进一步改善。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有优异防水性能和阻燃性能 的环保聚氨酯阻燃防水涂料。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种环保性能优良、制备过程安全性强的制备上述聚 氨酯阻燃防水涂料的方法。
[0006] 本发明的发明目的是这样实现的：一种高强度环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组分和B组分，
[0007] A组分包括阻燃聚醚多元醇、液化二苯基甲烷二异氰酸酯、氯化石蜡，上述组分含 量按质量份数算分别为：阻燃聚醚多元醇40-60份、液化二苯基甲烷二异氰酸酯20-30份、 氯化石蜡10-20份；
[0008] B组分包括阻燃聚醚多元醇、芳烃油、氯化石蜡、液体硫化剂、阻燃剂、阻燃填料， 上述组分含量按质量份数算分别为：阻燃聚醚多元醇10-20份、芳烃油5-20份、氯化石蜡 10-20份、液体硫化剂10-20份、阻燃剂8-16份、阻燃填料30-40份。
[0009] 进一步说，A组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，上述两者的摩尔比为1: (2-3)。
[0010] 进一步说，B组分中阻燃聚醚多元醇为三官能度阻燃聚醚多元醇。
[0011] 根据上述作进一步优化，阻燃聚醚多元醇为含氮基团接枝的聚醚多元醇。
[0012] 进一步说，液体硫化剂包括液态二甲硫基甲苯二胺和液态二乙基甲苯二胺，上述 两者的摩尔比为1: (1-2)。
[0013] 进一步说，阻燃剂包括聚磷酸铵、溴锑阻燃剂和磷酸酯，聚磷酸铵、溴锑阻燃剂和 磷酸酯的摩尔比为5 :1 :2。
[0014] 进一步说，阻燃填料为氢氧化铝或氢氧化镁或上述组分以任意比例混合。
[0015] 本发明还提供一种制备上述高强度环保聚氨酯阻燃防水涂料的方法，该方法的步 骤如下：
[0016] -、A组分的制备
[0017] al:按照上述配比称取相应原料备用；
[0018] bl:常温常压下把阻燃聚醚多元醇加入带搅拌器和真空栗的密闭反应釜中， 一边搅拌一边使反应釜内温度升至80-90°C，启动真空栗，使反应釜内负压为-0.07 至-0. 05MPa;
[0019] cl:持续使反应釜内温度上升至100-110°C，并在该温度下脱水1-3小时；
[0020]dl:当cl步骤完成后把反应釜温度降至55-65Γ，一边搅拌一边加入液化二苯基 甲烷二异氰酸酯，然后把反应釜温度升至75-85Γ，反应时间1. 5-3小时；
[0021] el:在dl步骤的反应完成后，启动真空栗，使反应釜内负压为-0. 07至-0. 05MPa， 并保持反应釜内温度为75-85°C，再反应1-2小时；
[0022] Π:在el步骤反应完成后，往反应釜内加入氯化石蜡，一边搅拌一边抽真空，保持 反应釜内负压为-0. 06至-0. 05MPa，并反应40-50分钟，待反应完成后把反应釜温度降至 55-60°C，保温10-20分钟后即可得A组分；
[0023] 二、B组分的制备
[0024]a2:按照上述配比称取相应原料备用；
[0025]b2:常温常压下把芳烃油加入带刮边搅拌器和真空栗的密闭反应釜中，并打开真 空栗，使反应釜内负压保持在-0. 02至-0.OIMPa;
[0026]c2:把阻燃聚醚多元醇和液体硫化剂加入反应釜内，一边搅拌一边使反应釜温度 升至 80-90°C;
[0027]d2:打开真空栗，当反应釜内负压在-0. 07至-0. 06MPa后关闭真空栗，并启动刮边 搅拌器的高速分散搅拌；
[0028]e2:往d2步骤的反应釜内吸入氯化石蜡和阻燃填料，当反应釜内负压升至-0. 05 至-0. 04MPa时，停止吸料，再次打开真空栗使反应釜内负压降至-0. 07至-0. 06MPa，然后再 次吸料，如此循环至氯化石蜡和阻燃填料吸入完毕，上述过程持续高速分散至完全均匀、无 颗粒结块；
[0029]f2 :使刮边搅拌器处于低速分散状态，并把反应釜内温度升至100-120°C，脱水 3-5小时；
[0030] g2 :把反应釜温度降至50_60°C，向反应釜内加入阻燃剂，持续搅拌20-40分钟；
[0031] h2 :启动刮边搅拌器的高速分散搅拌，搅拌20-40分钟后，搅拌器转速调至70-90 转/分，打开真空栗，使反应釜内负压保持在-〇. 07至-0. 06MPa，持续搅拌1-2小时，过滤后 即得B组分。
[0032] 本发明对现有技术的聚氨酯防水涂料进行改进，其优点如下：
[0033] 1、本发明的高强度环保聚氨酯阻燃防水涂料中，A组分和B组分均采用阻燃聚醚 多元醇和氯化石蜡的混合反应体系。阻燃聚醚多元醇可采用含氮基团接枝的聚醚多元醇， 从而与氯化石蜡构成复合阻燃体系。首先，上述复合阻燃体系中，由于含氮阻燃基团与氧基 键合，其化学键能较强。当醇基出现水解反应时，含氮阻燃基团仍然可连接于大分子链的主 链上，不会出现含氮阻燃基团脱链的现象，保障了涂料的阻燃性能，且含氮阻燃基团中氮元 素的含量较高，其热稳定性极佳，且燃烧时呈中性，具有无毒、低烟的优点。其次，氯化石蜡 自身具有界面润滑作用，A、B组分混合起固化反应时，其有助于A组分和B组分的均匀混合， 提高A相与B相之间反应的稳定性。此外，氯化石蜡自身属于小分子链结构，在化学反应过 程中，其可进入至大分子链周围并形成包覆效应，当聚醚大分子链出现缺键时，氯化石蜡中 的氯基可立即与之键合形成阻燃基团，大大提升了聚氨酯分子链的阻燃效果。另外，由于A 组分和B组分同样采用阻燃聚醚多元醇和氯化石蜡的混合反应体系，两种组分的物性和化 学性能相近，在起固化反应时两者互相融合的效果较好，利于固化反应的顺利完成。
[0034] 2、本发明的高强度环保聚氨酯阻燃防水涂料中，A组分的阻燃聚醚多元醇采用二 官能度和三官能度的混合体系，而B组分的阻燃聚醚多元醇则采用三官能度的单一体系。 三官能度阻燃聚醚多元醇的反应活性较强，在固化反应时容易形成致密的空间网状交联结 构，因而其在A、B组分中的应用可提高固化反应后涂膜的强度和耐水性。二官能度阻燃聚 醚多元醇的加入，则可以控制交联反应的强度，避免三官能度阻燃聚醚多元醇的反应速度 过快而导致两相融合困难。
[0035] 3、本发明的高强度环保聚氨酯阻燃防水涂料中，采用液化二苯基甲烷二异氰酸酯 代替传统的甲苯-2,4-二异氰酸酯。首先，二苯基甲烷二异氰酸酯自身毒性较低，且挥发性 低于甲苯-2,4-二异氰酸酯，可有效保障涂料制备的安全性。其次，液化二苯基甲烷二异氰 酸酯具有It存稳定性尚、不易广生^聚物的优点，可大幅提尚涂料制备的稳定性及安全性。
[0036] 4、本发明的高强度环保聚氨酯阻燃防水涂料中，B组分采用芳烃油和液体硫化剂 的混合硫化体系，上述混合体系在化学反应中可生成大量的交联节点，并协助阻燃聚醚多 元醇的成链，构成致密的交联网络，可显著提高涂料漆膜的强度和耐水性。
[0037] 5、本发明的聚氨酯阻燃防水涂料中，阻燃剂采用聚磷酸铵、溴锑阻燃剂和磷酸酯 的混合，并且以氢氧化铝或氢氧化镁为阻燃填料，从而形成复合阻燃体系。在复合阻燃体系 中，有机阻燃剂的含磷基团和阻燃聚醚多元醇中的含氮基团构成磷氮膨胀型阻燃，而氢氧 化铝或氢氧化镁自身具有极佳的无机阻燃作用。通过有机阻燃和无机阻燃体系的配合，大 大提高了涂料的阻燃性能，实现涂料燃烧时无毒、低烟、无滴落。
[0038] 6、本发明的高强度环保聚氨酯阻燃防水涂料采用密闭反应法加工，整个反应过程 都在密闭的反应釜中完成，并且化学反应在低气压和温度较低的环境下进行。全密闭的制 备环境可防止化学反应时挥发或蒸发出有毒气体散发至空气中，不会危害生产人员的健 康，提高了制备的环保性和安全性。而低气压和温度较低的环境下进行化学反应，可确保化 学反应在一个相对温和的环境下进行，减少副反应和副产物的产生。另外，二苯基甲烷二异 氰酸酯和硫化剂均以液态化加入反应体系中，除了改善其加工性能外，还杜绝了因反应速 度过快而产生有毒气体的挥发的现象，同样改善了涂料制备的安全性。
[0039] 7、本发明的高强度环保聚氨