CN106497419A - 一种耐热阻燃防水涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种耐热阻燃防水涂料，将成膜剂、溶剂、助剂、颜填料和阻燃剂依次加入塑料罐中，搅拌8～10min至混合均匀，在1500r/min的转速下搅拌25～28min，使之充分分散，再加入成膜助剂高速分散3～5min制得分散体系，并加入pH调节剂调节pH值至7.5～8.8，混合均匀得到防水涂料。本发明对成膜剂进行改性后作为制备本申请涂料的重要原料，其拉伸强度和涂膜硬度也显著提高，不仅能使得制成的涂料在室外条件下具有良好的耐候性和防水性，还具有耐腐蚀耐高温的显著效果，且制备过程简单。

Description

一种耐热阻燃防水涂料
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种耐热阻燃防水涂料。
背景技术
随着人们环保意识的增强，水性涂料成了市场的热门产品，我国防水涂料的研制和应用始于60 年代，早期曾以各种化工下脚料为原料研制产品，均因质量性能不稳定而停止发展。在同一时期，我国对于以高聚物改善石油沥青配置防水涂料方面，也进行了较大量的工作。60年代中期出现了氯丁橡胶—沥青防水涂料，70年代初期出现了再生橡胶—沥青防水涂料，并在工程上获得较成功的应用。随着我国合成高分子材料工业的稳定发展，以各种优质合成橡胶和合成树脂为原料研制的防水涂料，在80年代相继投入使用：如双组分聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯类的浅色防水涂料、阳离子氯丁胶乳沥青防水涂料和硅橡胶防水涂料等，橡胶沥青类和合成高分子类防水涂料在我国防水工程应用中，正占有越来越大的比重。以石油沥青为主，以高聚物进行改性的技术途径，在我国已有较长的历史，它原料来源广泛，成本较低，适用于量大面光的一般防水工程；以合成高分子材料为主制成的涂料，性能较优，但价格较高；由于建筑变形，墙体龟裂从而造成涂料表面开裂，降低防水效果。因此，沥青类防水涂料的使用越来越少，而聚氨酯防水涂料由于具有优异的弹性、耐久性、防水层轻、施工维修方便，组分易于调节、可用于建筑物不同部位及整体性好等诸多优点而受到重视。
目前，与发达国家相比，我国聚氨酯防水涂料整体性能较差，质量也不稳定。聚氨酯防水涂料又分单组份和双组份。单组分聚氨酯防水涂料容易因空气中的湿度不够而造成固化时间较长、延误工期。而双组份聚氨酯防水涂料中常使用疑为对人体有致癌物质的MOCA（3，3-二氯-4，4-二氨基二苯基甲烷，俗称摩卡）作为固化剂，并且含有大量的挥发性有机溶剂（如甲苯、二甲苯和古马隆树脂等）, 双组分聚氨酯涂料由于物料成分复杂，使用时又受现场条件限制，质量难以稳定；水性聚氨酯涂料虽符合发展趋势，但因分子中引入了亲水性基团，其涂膜的耐水性、耐化学性较差，尤其不适用于长期浸水环境。随着环保理念的增强和环保法规的出台，2014年8月1日实施的GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》中增加了有害物质限量，现今聚氨酯防水涂料正朝着环保、健康的方向发展。因此，开发高性能的单组分低VOC新型聚氨酯防水涂料或具有耐水性好环保无毒的改性防水涂料，仍然是人们研究的重要课题。
现在的防水涂料，专门针对防水涂料的耐候性和耐热性研究比比皆是，现今利用纳米材料作为防水材料的原料，能提高涂层的耐候性和防水性能，例如中国专利CN105254234A公开的《一种双组份水性纳米防水涂料及其制备方法》，但是成本极高，采用双组份由于物料成分复杂，使用时又受现场条件限制，质量难以稳定；也有利用改变颜料和填料的配方来改善制备成的涂料的耐热性能，但其制备的工艺流程复杂，要求较高。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种耐热阻燃防水涂料，通过将对成膜剂进行改性后作为制备本申请涂料的重要原料，其拉伸强度和涂膜硬度也显著提高，不仅能使得制成的涂料在室外条件下具有良好的耐候性和防水性，还具有耐腐蚀耐高温的显著效果，且制备过程简单。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种耐热阻燃防水涂料，包括成膜剂、溶剂、助剂、颜填料、阻燃剂、成膜助剂、pH调节剂，将成膜剂、溶剂、助剂、颜填料和阻燃剂依次加入塑料罐中，搅拌8～10min至混合均匀，在1500r/min的转速下搅拌25～28min，使之充分分散，再加入成膜助剂高速分散3～5min制得分散体系，并加入pH调节剂调节pH值至7.5～8.8，混合均匀得到防水涂料；所述成膜剂、溶剂、助剂、颜填料、阻燃剂、成膜助剂、pH调节剂按照重量份数比计为：成膜剂48～85份、溶剂30～50份、助剂10～18份、颜填料6～12份、阻燃剂0.2～0.5份、成膜助剂8～13份、pH调节剂0.3～0.5份；所述阻燃剂为聚硅氧烷或磷氮系无卤阻燃剂或空心陶珠或硼酸锌与硼酸钡的混合物；所述颜填料为石棉纤维、有机硅藻土、白炭黑、钾长石粉和远红外陶瓷粉的混合物，它们的质量比为2～3：3～5：1～2：2～4：1～3；所述成膜剂为改性酪素树脂，所述成膜剂的制备方法为：将质量比为5.5～8：3～4.6的酪素液和环氧树脂混合，然后加入水，在18℃～25℃条件下浸泡20min，加入按质量比乙二醇丁醚：甲基丙烯酸羟乙酯=1～2:1.5～2.7组成的混合溶剂对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至70～90℃，加入酸酐，在氮气保护下缓慢升温至酸酐完全溶解时，边搅拌边升温到250℃，保温反应2.5h,降温至200℃，再加入按质量比聚酯树脂：异氰酸酯：桃胶：黄瓜提取液：三甲基六亚甲基二胺=1.5～3：2：5：2：1，保持温度为150-200℃，搅拌反应1～2h，冷却至常温得到改性酪素树脂。
作为本发明的优选方案，成膜剂的制备方法中酪素液是将干酪素加入到其重量8～15倍的去离子水中，搅拌均匀，超声3～5min，再加入干酪素重量0.2～0.3的氢氧化铵溶液调节pH值为8～9，搅拌反应30～45min，得到酪素液。
作为本发明的优选方案，所述成膜助剂为丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二甘醇单丁醚醋酸酯、乙二醇单甲醚醋酸酯、乙二醇单***醋酸酯、乙二醇单丁醚醋酸酯、十二碳醇酯中至少两种混合物。
作为本发明的优选方案，pH调节剂为氢氧化钠溶液、氢氧化铵溶液、三乙胺溶液中的一种。
作为本发明的优选方案，成膜剂的制备方法中所述加入水的重量为酪素液与环氧树脂总重量的0.2～0.3。
作为本发明的优选方案，成膜剂的制备方法中所述搅拌的速度为120～140r/min。
作为本发明的优选方案，所述溶剂为丙苯乳液和羧基丁苯的共混乳液。
作为本发明的优选方案，所述助剂为增塑剂、稳定剂、消泡剂、催化剂和偶联剂，它们的质量比为3～5:1～2:0.3～0.5:0.2～0.5:1～3。
进一步地，所述增塑剂为硬脂酸丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、氧化蓖麻油、亚麻油中的一中或至少两种以上的混合物。
进一步地，所述催化剂为辛酸锌和二月桂酸酸二丁基锡的混合物。
进一步地，所述消泡剂为聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚或聚二甲基硅氧烷。
进一步地，所述稳定剂为抗氧剂、紫外线吸收剂和防霉剂。
进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂或硼酸酯偶联剂。
在本申请中涉及的原料与器材均能在市面上采购得到。
本与现有技术相比较，本发明具有的有益效果为：
1、本发明利用先后利用化学改性将酪素和环氧树脂进行改性，得到的改性酪素树脂作为本申请防水涂料原料中的成膜剂，在碱性环境下，环氧值增加，环氧树脂分子中含有反应活性很高的环氧基，该活性基团与酪素中氨基、羧基和羟基等亲水基团发生反应，提高了改性成膜剂的耐水性和耐湿擦性，通过添加聚酯树脂、异氰酸酯、桃胶和黄瓜提取液，阻断酪素分子链间极性基团形成氢键，从而提高成膜剂的延伸性和耐曲挠性等综合性能，聚酯树脂、异氰酸酯、桃胶和黄瓜提取液的加入不仅起到减少环氧树脂和干酪素的加入，降低成本，还起到降低整个涂料的拉丝性，同时保证涂料在粘接时的性能最好；加入酸酐，除了提高粘性，还使得涂料的干燥时间缩短且耐水性提高；酪素与环氧树脂分子之间的相互作用，提高了改性酪素树脂的产品拉伸性能，断裂伸长率增大，添加三甲基六亚甲基二胺，对环氧树脂以及其他树脂起到增稠固化作用，提高耐腐蚀且粘接性能好、韧性强。制备方法通过化学反应，控制反应的温度，调节酸碱性环境，保证改性酪素树脂在优良的条件下反应，避免反应过慢、增加制备的时间或者反应过快以及改性过火出现结块的问题，环氧树脂引入酪素中，降低了改性后的酪素树脂的亲水性，提高了成膜的防水性能，同时提高涂膜的耐热性能。
2、本发明添加的阻燃剂与颜填料合理搭配，促进炭层形成，降低聚合物的燃烧性，树脂燃烧表面炭化程度低，阻燃效果佳，还能提高材料的冲击强度，同时降低有害气体并减少烟雾及烟雾释放，以及改善涂料表面性能，提高耐磨性。
3、本发明中选用的溶剂是专门针对本申请中的成膜剂（改性酪素树脂）设计的，能够快速将成膜剂溶解，整个过程不进行研磨，直接加入搅拌机中与其他混料混合均匀，本申请采用的溶剂满足防水涂料对断裂伸长性和低温柔性的要求，所含的羟基官能团与成膜剂以及其他分子发生反应，能显著提高材料的强度和耐水性以及与混凝土等的粘接力。
4、本申请使用的助剂能够整体的完善本发明涂料的各种性能，针对本申请选用的成膜剂助剂与颜料类型，专门选用相配合的助剂，增强本发明涂料的各种性能，例如选用的稳定剂，调节反应速度，过快就减慢反应速度，保持化学平衡，降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等作用；选用的消泡剂能够抑制泡沫产生的物质，它与液体起泡物质一同吸附于气泡上，使表面张力降低，泡膜变薄，导致破损，可预防起泡现象；选用的pH调节剂，保证整个涂料的粘度达到最佳，调节值8.5粘度最强。
5、本发明的防水涂料具有独特防水性、高弹性和整体性，涂膜连续无任何接缝，抗渗漏，对建筑各种基材粘结性好，不易剥落，并且防腐效果优异、抗老化效果好、装饰性强，耐久性好等优点。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种耐热阻燃防水涂料，以kg计，原料为
成膜剂：改性酪素树脂75kg
溶剂：丙苯乳液和羟基丁苯的共混乳液 35kg
成膜助剂：丙二醇甲醚5kg、乙二醇丁醚5kg、乙二醇单甲醚醋酸酯2kg
pH调节剂：三乙胺溶液0.5kg
颜填料：石棉纤维3kg、有机硅藻土1kg、白炭黑2.5kg、钾长石粉1.5kg和远红外陶瓷粉3kg；
助燃剂：聚硅氧烷 0.5kg
助剂为增塑剂、稳定剂、消泡剂、催化剂和偶联剂，其中增塑剂：硬脂酸丁酯5kg、氧化蓖麻油3kg；稳定剂：抗氧剂1kg、紫外线吸收剂0.5kg、8-羟基喹啉酮0.5kg；消泡剂：聚二甲基硅氧烷0.6kg；催化剂：辛酸锌0.4kg、二月桂酸酸二丁基锡：0.5kg；偶联剂：硅烷偶联剂2kg。
本实施例的制备方法为：
(1)取适量干酪素加入到其重量10倍的去离子水中，搅拌均匀，超声5min，再加入干酪素重量0.3的氢氧化铵溶液调节pH值为8.5，搅拌反应40min，得到酪素液。
(2)将质量比为3:2的酪素液45kg和环氧树脂30kg混合，然后加入水15kg，在22℃条件下浸泡20min，加入按质量比乙二醇丁醚：甲基丙烯酸羟乙酯=1:2组成的混合溶剂2kg对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至75℃，加入酸酐0.5kg，在氮气保护下缓慢升温至酸酐完全溶解时，边搅拌边升温到250℃，保温反应2.5h,降温至200℃，再加入按质量比聚酯树脂：异氰酸酯：桃胶：黄瓜提取液：三甲基六亚甲基二胺=2：2：5：2：1的混合物18kg，保持温度为180℃，搅拌反应1h，冷却至常温得到改性酪素树脂；
(3)将成膜剂、溶剂、助剂、颜填料和阻燃剂依次加入塑料罐中，搅拌10min至混合均匀，在1500r/min的转速下搅拌25min，使之充分分散，再加入成膜助剂高速分散5min制得分散体系，并加入pH调节剂调节pH值至8.0，混合均匀得到防水涂料。
实施例2
一种耐热阻燃防水涂料，以kg计，原料为
成膜剂：改性酪素树脂80kg
溶剂：丙苯乳液和羟基丁苯的共混乳液 40kg
颜填料：石棉纤维2kg、有机硅藻土1kg、白炭黑2kg、钾长石粉1.5kg和远红外陶瓷粉2kg；
助燃剂：硼酸锌0.2kg、硼酸钡0.3kg
pH调节剂：三乙胺溶液0.4kg
成膜助剂：二甘醇单丁醚醋酸酯6kg、乙二醇单甲醚醋酸酯3kg
助剂为增塑剂、稳定剂、消泡剂、催化剂和偶联剂，其中增塑剂：亚麻油3kg、氧化蓖麻油2kg；稳定剂：抗氧剂0.5kg、紫外线吸收剂0.5kg、8-羟基喹啉酮1kg；消泡剂：聚二甲基硅氧烷0.45kg；催化剂：辛酸锌0.5kg、二月桂酸酸二丁基锡：0.3kg；偶联剂：硅烷偶联剂1kg、硼酸酯偶联剂2kg。
本实施例的制备方法为：
（1）取适量干酪素加入到其重量15倍的去离子水中，搅拌均匀，超声3min，再加入干酪素重量0.2的氢氧化铵溶液调节pH值为8，搅拌反应45min，得到酪素液。
（2）将质量比为7:3的酪素液56kg和环氧树脂24kg混合，然后加入水16kg，在18℃条件下浸泡20min，加入按质量比乙二醇丁醚：甲基丙烯酸羟乙酯=1:1组成的混合溶剂3kg对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至80℃，加入酸酐0.5kg，在氮气保护下缓慢升温至酸酐完全溶解时，边搅拌边升温到250℃，保温反应2.5h,降温至200℃，再加入按质量比聚酯树脂：异氰酸酯：桃胶：黄瓜提取液：三甲基六亚甲基二胺=3：2：5：2：1的混合物15kg，保持温度为180℃，搅拌反应1h，冷却至常温得到改性酪素树脂；
（3）将成膜剂、溶剂、助剂、颜填料和阻燃剂依次加入塑料罐中，搅拌10min至混合均匀，在1500r/min的转速下搅拌28min，使之充分分散，再加入成膜助剂高速分散3min制得分散体系，并加入pH调节剂调节pH值至8.8，混合均匀得到防水涂料。
实施例3
一种耐热阻燃防水涂料，以kg计，原料为
成膜剂：改性酪素树脂60kg
溶剂：丙苯乳液和羟基丁苯的共混乳液30kg
pH调节剂：三乙胺溶液0.3kg
颜填料：石棉纤维4kg、有机硅藻土2kg、白炭黑4kg、钾长石粉3kg和远红外陶瓷粉4kg；
助燃剂：磷氮系无卤阻燃剂0.5kg
成膜助剂：乙二醇单丁醚醋酸酯5kg、丙二醇甲醚6kg
助剂为增塑剂、稳定剂、消泡剂、催化剂和偶联剂，其中增塑剂：邻苯二甲酸二辛酯6kg；稳定剂：抗氧剂0.5kg、紫外线吸收剂0.5kg、8-羟基喹啉酮1kg；消泡剂：聚二甲基硅氧烷0.6kg；催化剂：辛酸锌0.4kg；二月桂酸酸二丁基锡：0.4kg；偶联剂：钛酸酯偶联剂1kg、硼酸酯偶联剂2kg。
本实施例的制备方法为：
（1）取适量干酪素加入到其重量15倍的去离子水中，搅拌均匀，超声3min，再加入干酪素重量0.2的氢氧化铵溶液调节pH值为8，搅拌反应45min，得到酪素液。
（2）将质量比为2:1的酪素液40kg和环氧树脂20kg混合，然后加入水15kg，在18℃条件下浸泡20min，加入按质量比乙二醇丁醚：甲基丙烯酸羟乙酯=4:3组成的混合溶剂2.5kg对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至90℃，加入酸酐0.5kg，在氮气保护下缓慢升温至酸酐完全溶解时，边搅拌边升温到250℃，保温反应2.5h,降温至200℃，再加入按质量比聚酯树脂：异氰酸酯：桃胶：黄瓜提取液：三甲基六亚甲基二胺=2：2：5：2：1的混合物13kg，保持温度为180℃，搅拌反应1h，冷却至常温得到改性酪素树脂；
（3）将成膜剂、溶剂、助剂、颜填料和阻燃剂依次加入塑料罐中，搅拌8min至混合均匀，在1500r/min的转速下搅拌26min，使之充分分散，再加入成膜助剂高速分散5min制得分散体系，并加入pH调节剂调节pH值至7.5，混合均匀得到防水涂料。
本发明耐热阻燃防水涂料性能测试试验如下：
取实施例1制备得到的耐热阻燃防水涂料，将其涂在钢试片（钢试片规格 ：70 mm×70mm×2mm，材料牌号：GH60）上涂覆1.5±0.2mm的厚度，然后在烃类火焰中进行耐高温隔热灼烧实验。实验发现，涂层较实验前膨胀了约38倍，在保证涂层表面温度1000℃的情况下，基体温度随时间的变化情况如下：实验时间为5min时，基体温度为220℃；实验时间为15min时，基体温度为280℃；实验时间为30min 时，基体温度为330℃。耐高温隔热性能实验结果表明，本实施例的膨胀型耐高温隔热涂料保证了在受热半小时的情况下基体温度在350℃以内。实施例2-3与实施例1制备所得的防水涂料，试验效果相近。
对实施例1-3中所制备的防水涂料的物理性能进行测试，取适量实施例1-3制备得到的防水涂料在常温下固化，制取涂膜，保证涂膜厚度1.5±0.2mm固化后的材料按照中华人民共和国建材行业标准指标检测涂料的各项性能，检测结果表明该涂料的各项常规性能指标均符合国家标准要求。性能检测结果如表1所示：
表1防水涂料的各项物理性能检测结果
由上表可知，本发明实施例1-3制备得到的防水涂料具有独特防水性、高弹性和整体性，且耐热和阻燃效果好，涂膜连续无任何接缝，抗渗漏，对建筑各种基材粘结性好，不易剥落，并且防腐效果优异、抗老化效果好、装饰性强，涂层附着力强，密度高，耐候性好，是理想的防水涂料。

Claims (8)

1.一种耐热阻燃防水涂料，包括成膜剂、溶剂、助剂、颜填料、阻燃剂、成膜助剂、pH调节剂，其特征在于，将成膜剂、溶剂、助剂、颜填料和阻燃剂依次加入塑料罐中，搅拌8～10min至混合均匀，在1500r/min的转速下搅拌25～28min，使之充分分散，再加入成膜助剂高速分散3～5min制得分散体系，并加入pH调节剂调节pH值至7.5～8.8，混合均匀得到防水涂料；所述成膜剂、溶剂、助剂、颜填料、阻燃剂、成膜助剂、pH调节剂按照重量份数比计为：成膜剂48～85份、溶剂30～50份、助剂10～18份、颜填料6～12份、阻燃剂0.2～0.5份、成膜助剂8～13份、pH调节剂0.3～0.5份；所述阻燃剂为聚硅氧烷或磷氮系无卤阻燃剂或空心陶珠或硼酸锌与硼酸钡的混合物；所述颜填料为石棉纤维、有机硅藻土、白炭黑、钾长石粉和远红外陶瓷粉的混合物，它们的质量比为2～3：3～5：1～2：2～4：1～3；所述成膜剂为改性酪素树脂，所述成膜剂的制备方法为：将质量比为5.5～8：3～4.6的酪素液和环氧树脂混合，然后加入水，在18℃～25℃条件下浸泡20min，加入按质量比乙二醇丁醚：甲基丙烯酸羟乙酯=1～2:1.5～2.7组成的混合溶剂对混合物进行溶解，置于装有搅拌器、恒压漏斗、冷凝管和氮气导管的四口瓶中，采用溶液聚合的方法，缓慢搅拌升温至70～90℃，加入酸酐，在氮气保护下缓慢升温至酸酐完全溶解时，边搅拌边升温到250℃，保温反应2.5h,降温至200℃，再加入按质量比聚酯树脂：异氰酸酯：桃胶：黄瓜提取液：三甲基六亚甲基二胺=1.5～3：2：5：2：1，保持温度为150-200℃，搅拌反应1～2h，冷却至常温得到改性酪素树脂。
2.根据权利要求1所述一种耐热阻燃防水涂料，其特征在于，成膜剂的制备方法中酪素液是将干酪素加入到其重量8～15倍的去离子水中，搅拌均匀，超声3～5min，再加入干酪素重量0.2～0.3的氢氧化铵溶液调节pH值为8～9，搅拌反应30～45min，得到酪素液。
3.根据权利要求1所述一种耐热阻燃防水涂料，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二甘醇单丁醚醋酸酯、乙二醇单甲醚醋酸酯、乙二醇单***醋酸酯、乙二醇单丁醚醋酸酯、十二碳醇酯中至少两种混合物。
4.根据权利要求1所述一种耐热阻燃防水涂料，其特征在于，pH调节剂为氢氧化钠溶液、氢氧化铵溶液、三乙胺溶液中的一种。
5.根据权利要求1所述一种耐热阻燃防水涂料，其特征在于，成膜剂的制备方法中所述加入水的重量为酪素液与环氧树脂总重量的0.2～0.3。
6.根据权利要求1所述一种耐热阻燃防水涂料，其特征在于，成膜剂的制备方法中所述搅拌的速度为120～140r/min。
7.根据权利要求1所述一种耐热阻燃防水涂料，其特征在于，所述溶剂为丙苯乳液和羧基丁苯的共混乳液。
8.根据权利要求1所述一种耐热阻燃防水涂料，其特征在于，所述助剂为增塑剂、稳定剂、消泡剂、催化剂和偶联剂，它们的质量比为3～5:1～2:0.3～0.5:0.2～0.5:1～3。
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