本發明涉及一種改性聚氨酯防水涂料及制備方法，具體涉及一種單組份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料及制備方法。
背景技術：
聚氨酯防水涂料屬于化學反應型防水涂料，固化后是一種橡膠狀的高彈性涂膜，涂膜整體無縫，因其優異的綜合性能，被業界稱之為“液體卷材”，在世界范圍內廣泛應用。我國聚氨酯防水涂料經過了20多年的發展，產品種類豐富，性能優異，在建筑防水行業占據重要的地位。但是現在市場上大部分聚氨酯產品為芳香族類聚氨酯，即所用異氰酸酯單體為芳香族異氰酸酯。芳香族類聚氨酯因其耐紫外線性能較差，不能用于外露性施工。而采用脂肪族異氰酸酯單體制備的聚氨酯防水涂料有著優異的抗紫外線能力、耐候性好、不黃變等特點，且具有優異的物理性能和低溫柔性，適用于外露型施工。脂肪族聚氨酯防水涂料在國外已大范圍推廣應用，而國內這方面的研究和生產才剛剛開始。
目前，適用于外露施工的大多是丙烯酸類防水涂料，雖然丙烯酸類涂料有著優異的耐候性和耐腐性，可用于外露型施工；但是丙烯酸類涂料的物理性能和低溫柔性較差，受到外力作用容易引起開裂，出現滲漏。市面上也有部分外露型聚氨酯防水涂料，但一般都是雙組分外露型聚氨酯防水涂料，由于雙組分聚氨酯防水涂料現場施工時需按一定比例配料，機械攪拌，其攪拌過程中引入的氣泡以及配料不準，攪拌不均等均會影響施工質量和涂膜性能，從而造成的防水質量事故時有發生。而單組分聚氨酯防水涂料為單一組分，即開即用，不需攪拌，施工可靠，得到了廣泛的應用。但是傳統單組分聚氨酯防水涂料是采用芳香族異氰酸酯，固化機理是含-NCO端基的預聚物與基層或空氣中的濕氣作用固化成膜，并釋放出CO2氣體，因此傳統的單組分聚氨酯防水涂料在施工過程中易受到施工環境濕度的干擾，施工不能厚涂，而且固化后的涂膜易出現不密實，氣泡和針孔等現象。此外，傳統的單組分聚氨酯強度低，如果應用于外露型，既無法保證耐候性，又容易受外力影響引起開裂等影響施工性能。
綜上，丙烯酸類防水涂料的耐候性優異，但是物理性能及低溫柔性較差，而聚氨酯涂料物理性能及低溫柔性較好，耐候性較差。如果單純采用兩者相融合，將丙烯酸樹脂加入聚氨酯預聚體中，丙烯酸樹脂會析出，無法達到兩者優點互補的效果。因此，開發一種強度高，涂膜致密，施工可靠，并同時具有優異的物理性能和耐候性的單組份聚氨酯防水涂料，用于外露型施工，能擴大聚氨酯防水涂料的在建筑防水領域應用中的范圍。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題，提供一種強度高，涂膜致密，施工可靠，并同時具有優異的物理性能和耐候性的單組份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料及制備方法。
本發明解決其技術問題采用的技術方案是，一種單組份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料，由以下重量份數的原料制成，異氰酸酯5～20重量份，端羥基聚醚20～40重量份，丙烯酸酯2～10重量份，潛固化劑0.2～5份，增塑劑5～15重量份，溶劑5～20重量份，顏填料10～40份，催化劑0.2～1重量份，鏈轉移劑0.1～1重量份，引發劑0.2～1重量份，高性能助劑0.1～1重量份。
進一步，所述異氰酸酯選自1，6-六亞甲基二異氰酸酯(HDI)和/或異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)。
進一步，所述端羥基聚醚選自PPG類聚醚多元醇、POP類聚合物聚醚多元醇和PTMEG類聚四氫呋喃型多元醇中的一種或兩種以上的混合物；其中優選，所述聚醚多元醇選自聚醚二元醇、聚醚三元醇和聚醚四元醇中的一種或兩種以上的混合物，分子量約500～5000，羥值為40～400mg KOH/g。
進一步，所述丙烯酸酯為含羥基的丙烯酸酯類結構(優選丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯和二甲基丙烯酸乙酯中一種或兩種以上的混合物)和為不含羥基的丙烯酸酯類結構(優選丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯和2-甲基丙烯酸乙酯中的一種或兩種以上的混合物)。
進一步，所述潛固化劑為亞胺型和惡唑烷型兩大類。其中，弱堿性的惡唑烷優選2-異丙基惡唑烷、2，2-二氫惡唑烷、2-異丙基-N-羥乙基-惡唑烷或2，2-二氫-N-羥乙基惡唑烷的酯類化合物等。
進一步，所述鏈轉移劑選自脂肪族硫醇、十二烷基硫醇、二硫酯和碘仿等油溶性鏈轉移劑的一種或兩種以上的混合物；所述引發劑選自偶氮二異丁腈(AIBN)和/或過氧化二苯甲酰(BPO)；所述催化劑選自有機金屬催化劑(優選二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫或異辛酸鉛等)和/或叔胺類催化劑(優選脂肪胺類、脂環胺類、芳香胺類、醇胺類或銨鹽類化合物)；所述增塑劑選自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、氯化石蠟和檸檬酸酯類增塑劑中的一種或兩種以上的混合物，上述所用增塑劑與聚氨酯相容性好，基本不遷移或很少遷移，穩定性和協同性顯著；所述溶劑為甲苯、二甲苯、120#溶劑油、150#溶劑油、乙酸乙酯和乙酸丁酯中的一種或兩種以上的混合物；所述顏填料為炭黑、鈦白粉、靛藍、鐵黃、鐵棕、高嶺土、重鈣、硫酸鋇、氧化鎂、氧化鈣、硅灰石、硅微粉和滑石粉中的一種或兩種以上的混合物；所述的高性能助劑為消泡劑、流平劑、防沉劑、偶聯劑、抗氧劑和緩凝劑中的一種或兩種以上的混合物，上述所述高性能助劑是本領域所常用的，為本領域技術人員廣為周知。
本發明進一步解決其技術問題采用的技術方案是，一種單組份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料的制備方法，包括以下步驟：
(1)在反應容器中加入20～40重量份的端羥基聚醚、5～15重量份增塑劑；攪拌升溫到100℃～120℃，真空為-0.1MPa的條件下脫水2～3小時；
(2)將溫度降到50～70℃，高速攪拌下滴加5～20重量份異氰酸酯，反應1～2小時，然后升溫至70～100℃攪拌狀態下，反應2～3小時；
(3)將溫度降到60℃以下，加入2～3份含羥基的丙烯酸酯，保持溫度在60～80℃，反應2～3小時；然后加入引發劑和鏈轉移劑，并滴加4～6份不含羥基的丙烯酸酯，保持溫度60～80℃，反應2～4小時；
(4)加入5～15重量份潛固化劑、5～20重量份溶劑、10～40份顏填料、0.2～1重量份催化劑、0.1～1重量份高性能助劑，攪拌1～2小時，分散均勻后，降溫至40℃～50℃，充氮保護，出料即成。
本發明采用丙烯酸改性聚氨酯，通過提高涂膜強度和抗紫外線能力，提高防水強度和耐候性；采用潛固化劑技術，通過提高涂膜致密性，提高聚氨酯的防水性能；采用脂肪族異氰酸酯和丙烯酸改性協同作用，提高聚氨酯涂膜的耐候性。
本發明的反應機理是采用丙烯酸改性聚氨酯預聚體，將含羥基的丙烯酸酯與聚氨酯預聚體NCO反應，使得預聚體成為一端含NCO，一端為丙烯酸酯；然后引入不含羥基的丙烯酸酯，加入引發劑，使得丙烯酸樹脂與單體之間發生自由基結合，將丙烯酸酯單體接到丙烯酸樹脂上，然后加入鏈轉移劑，防止丙烯酸反應分子量過大，同時也能降低聚氨酯體系的黏度。
本發明之單組份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料具有強度大，涂膜致密，施工可靠，并具有優良耐候性的聚氨酯防水涂料，實現了單組份聚氨酯防水涂料既具有良好的防水性能，又具有優異的耐候性能、高亮度，采用多種新型技術，涂膜致密無接縫，施工性好，能與結構基層形成一體，適用于外露型基面的施工，如非上人屋面、泳池等，有利于加快和推廣聚氨酯在建筑防水領域的發展。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。以下所用的原料，均有市售。
實施例1
1、改性聚氨酯防水涂料的原料配比：
2、改性聚氨酯防水涂料的工藝過程：
(1)在反應容器中加入聚醚二元醇2000D 20重量份，聚醚三元醇330N 14重量份，氯化石蠟10重量份以及重鈣30重量份，鈦白粉0.3重量份，鐵紅0.2份，分別攪拌升溫到100℃～120℃，真空為-0.01MPa的條件下脫水2～3小時；
(2)將溫度降到60℃～80℃，加入異氰酸酯IPDI 6.5重量份，在80℃攪拌狀態下，反應1～2小時；
(3)降溫至60℃，加入丙烯酸羥乙酯2.5重量份，升溫到70℃反應2～3小時；然后將溫度維持在70℃，加入引發劑偶氮二異丁腈(AIBN)0.2重量份，鏈轉移劑十二烷基硫醇0.2重量份，然后滴加甲基丙烯酸乙酯5重量份，繼續反應2～3小時；
(4)將溫度降到50℃以下，加入潛固化劑2959 0.8重量份，有機錫催化劑T-120.2重量份、抗氧劑0.1重量份、消泡劑0.3重量份和溶劑10重量份，攪拌1～2小時，分散均勻后，降溫至30℃～40℃充氮保護，出料，即成。
將合成的改性聚氨酯防水涂料進行涂膜，厚度約為1.5mm，按照GB/T19250-2013《聚氨酯防水涂料》外露型聚氨酯進行測試，測的拉伸強度3.6MPa，斷裂伸長率680，撕裂強度18.5N/mm。經過1000h人工加速老化，聚氨酯涂膜不黃變，不龜裂，強度保持率在110～120％。
實施例2
1、改性聚氨酯防水涂料的原料配比：
2、改性聚氨酯防水涂料的工藝過程：
(1)在反應容器中加入聚醚二元醇2000D 25重量份，聚醚三元醇330N 15重量份，氯化石蠟9重量份以及硫酸鋇24重量份，鈦白粉0.4重量分，酞青藍0.2重量，份別攪拌升溫到100℃～120℃，真空為-0.01MPa的條件下脫水2～3小時；
(2)將溫度降到60℃～80℃，加入異氰酸酯HDI 6重量份，在80℃攪拌狀態下，反應1～2小時；
(3)降溫至60℃，加入甲基丙烯酸羥乙酯2重量份，升溫到70℃反應2～3小時；然后將溫度維持在70℃，加入引發劑偶氮二異丁腈(AIBN)0.2重量份，鏈轉移劑脂肪族硫醇0.2重量份，然后滴加甲基丙烯酸甲酯，繼續反應2～3小時；
(4)將溫度降到50℃以下，加入潛固化劑Incozol 4 0.8重量份，有機錫催化劑T-12 0.2重量份、抗氧劑0.1重量份、防塵助劑0.5重量份、消泡劑0.4重量份和溶劑12重量份，攪拌1～2小時，分散均勻后，降溫至30℃～40℃，充氮保護，出料即成。
將合成的改性聚氨酯防水涂料進行涂膜，厚度約為1.5mm，按照GB/T19250-2013《聚氨酯防水涂料》外露型聚氨酯進行測試，測的拉伸強度3.2MPa，斷裂伸長率750，撕裂強度17.2N/mm。經過1000h人工加速老化，聚氨酯涂膜不黃變，不龜裂，強度保持率在100％～120％。
實施例3
1、改性聚氨酯防水涂料的原料配比：
2、改性聚氨酯防水涂料的工藝過程：
(1)在反應容器中加入聚醚二元醇2000D 10重量份，聚醚三元醇330N 26重量份，氯化石蠟8重量份以及碳酸鈣21重量份，滑石粉10重量份，鈦白粉0.5重量份，明黃0.2重量份，分別攪拌升溫到100℃～120℃，真空為-0.01MPa的條件下脫水2～3小時；
(2)將溫度降到60℃-80℃，加入異氰酸酯IPDI 6重量份，在80℃攪拌狀態下，反應1～2小時；
(3)降溫至60℃，加入丙烯酸羥乙酯2重量份，升溫到70℃反應2～3小時；然后將溫度維持在70℃，加入引發劑偶氮二異丁腈(AIBN)0.2重量份，鏈轉移劑二硫酯0.2重量份，然后滴加丙烯酸甲酯，繼續反應2～3小時；
(4)將溫度降到50℃以下，加入潛固化劑ALT-101 0.8重量份，有機錫催化劑T-12 0.3重量份、抗氧劑0.1重量份、防塵助劑0.4重量份、消泡劑0.3重量份和溶劑10重量份，攪拌1～2小時，分散均勻后，降溫至30℃～40℃，充氮保護，出料即成。
將合成的改性聚氨酯防水涂料進行涂膜，厚度約為1.5mm，按照GB/T19250-2013《聚氨酯防水涂料》外露型聚氨酯進行測試，測的拉伸強度3.9MPa，斷裂伸長率675，撕裂強度20.2N/mm。經過1000h人工加速老化，聚氨酯涂膜不黃變，不龜裂，強度保持率在90％-110％。