本发明涉及一种改性聚氨酯防水涂料及制备方法，具体涉及一种单组份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料及制备方法。
背景技术：
聚氨酯防水涂料属于化学反应型防水涂料，固化后是一种橡胶状的高弹性涂膜，涂膜整体无缝，因其优异的综合性能，被业界称之为“液体卷材”，在世界范围内广泛应用。我国聚氨酯防水涂料经过了20多年的发展，产品种类丰富，性能优异，在建筑防水行业占据重要的地位。但是现在市场上大部分聚氨酯产品为芳香族类聚氨酯，即所用异氰酸酯单体为芳香族异氰酸酯。芳香族类聚氨酯因其耐紫外线性能较差，不能用于外露性施工。而采用脂肪族异氰酸酯单体制备的聚氨酯防水涂料有着优异的抗紫外线能力、耐候性好、不黄变等特点，且具有优异的物理性能和低温柔性，适用于外露型施工。脂肪族聚氨酯防水涂料在国外已大范围推广应用，而国内这方面的研究和生产才刚刚开始。
目前，适用于外露施工的大多是丙烯酸类防水涂料，虽然丙烯酸类涂料有着优异的耐候性和耐腐性，可用于外露型施工；但是丙烯酸类涂料的物理性能和低温柔性较差，受到外力作用容易引起开裂，出现渗漏。市面上也有部分外露型聚氨酯防水涂料，但一般都是双组分外露型聚氨酯防水涂料，由于双组分聚氨酯防水涂料现场施工时需按一定比例配料，机械搅拌，其搅拌过程中引入的气泡以及配料不准，搅拌不均等均会影响施工质量和涂膜性能，从而造成的防水质量事故时有发生。而单组分聚氨酯防水涂料为单一组分，即开即用，不需搅拌，施工可靠，得到了广泛的应用。但是传统单组分聚氨酯防水涂料是采用芳香族异氰酸酯，固化机理是含-NCO端基的预聚物与基层或空气中的湿气作用固化成膜，并释放出CO2气体，因此传统的单组分聚氨酯防水涂料在施工过程中易受到施工环境湿度的干扰，施工不能厚涂，而且固化后的涂膜易出现不密实，气泡和针孔等现象。此外，传统的单组分聚氨酯强度低，如果应用于外露型，既无法保证耐候性，又容易受外力影响引起开裂等影响施工性能。
综上，丙烯酸类防水涂料的耐候性优异，但是物理性能及低温柔性较差，而聚氨酯涂料物理性能及低温柔性较好，耐候性较差。如果单纯采用两者相融合，将丙烯酸树脂加入聚氨酯预聚体中，丙烯酸树脂会析出，无法达到两者优点互补的效果。因此，开发一种强度高，涂膜致密，施工可靠，并同时具有优异的物理性能和耐候性的单组份聚氨酯防水涂料，用于外露型施工，能扩大聚氨酯防水涂料的在建筑防水领域应用中的范围。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题，提供一种强度高，涂膜致密，施工可靠，并同时具有优异的物理性能和耐候性的单组份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料及制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种单组份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料，由以下重量份数的原料制成，异氰酸酯5～20重量份，端羟基聚醚20～40重量份，丙烯酸酯2～10重量份，潜固化剂0.2～5份，增塑剂5～15重量份，溶剂5～20重量份，颜填料10～40份，催化剂0.2～1重量份，链转移剂0.1～1重量份，引发剂0.2～1重量份，高性能助剂0.1～1重量份。
进一步，所述异氰酸酯选自1，6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和/或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。
进一步，所述端羟基聚醚选自PPG类聚醚多元醇、POP类聚合物聚醚多元醇和PTMEG类聚四氢呋喃型多元醇中的一种或两种以上的混合物；其中优选，所述聚醚多元醇选自聚醚二元醇、聚醚三元醇和聚醚四元醇中的一种或两种以上的混合物，分子量约500～5000，羟值为40～400mg KOH/g。
进一步，所述丙烯酸酯为含羟基的丙烯酸酯类结构(优选丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和二甲基丙烯酸乙酯中一种或两种以上的混合物)和为不含羟基的丙烯酸酯类结构(优选丙烯酸甲酯、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种或两种以上的混合物)。
进一步，所述潜固化剂为亚胺型和恶唑烷型两大类。其中，弱碱性的恶唑烷优选2-异丙基恶唑烷、2，2-二氢恶唑烷、2-异丙基-N-羟乙基-恶唑烷或2，2-二氢-N-羟乙基恶唑烷的酯类化合物等。
进一步，所述链转移剂选自脂肪族硫醇、十二烷基硫醇、二硫酯和碘仿等油溶性链转移剂的一种或两种以上的混合物；所述引发剂选自偶氮二异丁腈(AIBN)和/或过氧化二苯甲酰(BPO)；所述催化剂选自有机金属催化剂(优选二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或异辛酸铅等)和/或叔胺类催化剂(优选脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类、醇胺类或铵盐类化合物)；所述增塑剂选自为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异壬酯、氯化石蜡和柠檬酸酯类增塑剂中的一种或两种以上的混合物，上述所用增塑剂与聚氨酯相容性好，基本不迁移或很少迁移，稳定性和协同性显著；所述溶剂为甲苯、二甲苯、120#溶剂油、150#溶剂油、乙酸乙酯和乙酸丁酯中的一种或两种以上的混合物；所述颜填料为炭黑、钛白粉、靛蓝、铁黄、铁棕、高岭土、重钙、硫酸钡、氧化镁、氧化钙、硅灰石、硅微粉和滑石粉中的一种或两种以上的混合物；所述的高性能助剂为消泡剂、流平剂、防沉剂、偶联剂、抗氧剂和缓凝剂中的一种或两种以上的混合物，上述所述高性能助剂是本领域所常用的，为本领域技术人员广为周知。
本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种单组份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在反应容器中加入20～40重量份的端羟基聚醚、5～15重量份增塑剂；搅拌升温到100℃～120℃，真空为-0.1MPa的条件下脱水2～3小时；
(2)将温度降到50～70℃，高速搅拌下滴加5～20重量份异氰酸酯，反应1～2小时，然后升温至70～100℃搅拌状态下，反应2～3小时；
(3)将温度降到60℃以下，加入2～3份含羟基的丙烯酸酯，保持温度在60～80℃，反应2～3小时；然后加入引发剂和链转移剂，并滴加4～6份不含羟基的丙烯酸酯，保持温度60～80℃，反应2～4小时；
(4)加入5～15重量份潜固化剂、5～20重量份溶剂、10～40份颜填料、0.2～1重量份催化剂、0.1～1重量份高性能助剂，搅拌1～2小时，分散均匀后，降温至40℃～50℃，充氮保护，出料即成。
本发明采用丙烯酸改性聚氨酯，通过提高涂膜强度和抗紫外线能力，提高防水强度和耐候性；采用潜固化剂技术，通过提高涂膜致密性，提高聚氨酯的防水性能；采用脂肪族异氰酸酯和丙烯酸改性协同作用，提高聚氨酯涂膜的耐候性。
本发明的反应机理是采用丙烯酸改性聚氨酯预聚体，将含羟基的丙烯酸酯与聚氨酯预聚体NCO反应，使得预聚体成为一端含NCO，一端为丙烯酸酯；然后引入不含羟基的丙烯酸酯，加入引发剂，使得丙烯酸树脂与单体之间发生自由基结合，将丙烯酸酯单体接到丙烯酸树脂上，然后加入链转移剂，防止丙烯酸反应分子量过大，同时也能降低聚氨酯体系的黏度。
本发明之单组份外露型丙烯酸改性聚氨酯防水涂料具有强度大，涂膜致密，施工可靠，并具有优良耐候性的聚氨酯防水涂料，实现了单组份聚氨酯防水涂料既具有良好的防水性能，又具有优异的耐候性能、高亮度，采用多种新型技术，涂膜致密无接缝，施工性好，能与结构基层形成一体，适用于外露型基面的施工，如非上人屋面、泳池等，有利于加快和推广聚氨酯在建筑防水领域的发展。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。以下所用的原料，均有市售。
实施例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艺过程：
(1)在反应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，氯化石蜡10重量份以及重钙30重量份，钛白粉0.3重量份，铁红0.2份，分别搅拌升温到100℃～120℃，真空为-0.01MPa的条件下脱水2～3小时；
(2)将温度降到60℃～80℃，加入异氰酸酯IPDI 6.5重量份，在80℃搅拌状态下，反应1～2小时；
(3)降温至60℃，加入丙烯酸羟乙酯2.5重量份，升温到70℃反应2～3小时；然后将温度维持在70℃，加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)0.2重量份，链转移剂十二烷基硫醇0.2重量份，然后滴加甲基丙烯酸乙酯5重量份，继续反应2～3小时；
(4)将温度降到50℃以下，加入潜固化剂2959 0.8重量份，有机锡催化剂T-120.2重量份、抗氧剂0.1重量份、消泡剂0.3重量份和溶剂10重量份，搅拌1～2小时，分散均匀后，降温至30℃～40℃充氮保护，出料，即成。
将合成的改性聚氨酯防水涂料进行涂膜，厚度约为1.5mm，按照GB/T19250-2013《聚氨酯防水涂料》外露型聚氨酯进行测试，测的拉伸强度3.6MPa，断裂伸长率680，撕裂强度18.5N/mm。经过1000h人工加速老化，聚氨酯涂膜不黄变，不龟裂，强度保持率在110～120％。
实施例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艺过程：
(1)在反应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，氯化石蜡9重量份以及硫酸钡24重量份，钛白粉0.4重量分，酞青蓝0.2重量，份别搅拌升温到100℃～120℃，真空为-0.01MPa的条件下脱水2～3小时；
(2)将温度降到60℃～80℃，加入异氰酸酯HDI 6重量份，在80℃搅拌状态下，反应1～2小时；
(3)降温至60℃，加入甲基丙烯酸羟乙酯2重量份，升温到70℃反应2～3小时；然后将温度维持在70℃，加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)0.2重量份，链转移剂脂肪族硫醇0.2重量份，然后滴加甲基丙烯酸甲酯，继续反应2～3小时；
(4)将温度降到50℃以下，加入潜固化剂Incozol 4 0.8重量份，有机锡催化剂T-12 0.2重量份、抗氧剂0.1重量份、防尘助剂0.5重量份、消泡剂0.4重量份和溶剂12重量份，搅拌1～2小时，分散均匀后，降温至30℃～40℃，充氮保护，出料即成。
将合成的改性聚氨酯防水涂料进行涂膜，厚度约为1.5mm，按照GB/T19250-2013《聚氨酯防水涂料》外露型聚氨酯进行测试，测的拉伸强度3.2MPa，断裂伸长率750，撕裂强度17.2N/mm。经过1000h人工加速老化，聚氨酯涂膜不黄变，不龟裂，强度保持率在100％～120％。
实施例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艺过程：
(1)在反应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，氯化石蜡8重量份以及碳酸钙21重量份，滑石粉10重量份，钛白粉0.5重量份，明黄0.2重量份，分别搅拌升温到100℃～120℃，真空为-0.01MPa的条件下脱水2～3小时；
(2)将温度降到60℃-80℃，加入异氰酸酯IPDI 6重量份，在80℃搅拌状态下，反应1～2小时；
(3)降温至60℃，加入丙烯酸羟乙酯2重量份，升温到70℃反应2～3小时；然后将温度维持在70℃，加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)0.2重量份，链转移剂二硫酯0.2重量份，然后滴加丙烯酸甲酯，继续反应2～3小时；
(4)将温度降到50℃以下，加入潜固化剂ALT-101 0.8重量份，有机锡催化剂T-12 0.3重量份、抗氧剂0.1重量份、防尘助剂0.4重量份、消泡剂0.3重量份和溶剂10重量份，搅拌1～2小时，分散均匀后，降温至30℃～40℃，充氮保护，出料即成。
将合成的改性聚氨酯防水涂料进行涂膜，厚度约为1.5mm，按照GB/T19250-2013《聚氨酯防水涂料》外露型聚氨酯进行测试，测的拉伸强度3.9MPa，断裂伸长率675，撕裂强度20.2N/mm。经过1000h人工加速老化，聚氨酯涂膜不黄变，不龟裂，强度保持率在90％-110％。