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单组分聚氨酯防水涂料是含有端异氰酸酯(-NCO)的预聚体，是由含-NCO端异氰酸酯的预聚物与改性剂、颜料、助剂、填料组成的单组分液态的反应型高分子涂料，成膜机理是涂料中的预聚体遇到空气当中的水分时发生反应而固化成膜。

本文主要对单组分聚氨酯防水涂料的稳定性影响因素进行研究和探讨；了解影响因素，并创新使用新型结构反应釜，改进其生产工艺，为保障单组分聚氨酯防水涂料的质量及贮存稳定性提供思路。

单组分聚氨酯防水涂料主要原材料为：聚醚、氯化石蜡、异氰酸酯、石油树脂、颜填料(炭黑、滑石粉、碳酸钙等)。

① 聚醚、氯化石蜡：一般情况不含水。

② 异氰酸酯(需要密闭贮存，避免接触空气中的湿气)。

③ 颜填料：采用可塑性强、有较高耐酸性的高岭土和耐酸碱、耐高温、附着力强的绢云母粉。含水率一般1%～5%左右。

④ 助剂：采用纳米TiO2、ZnO等无机粒子对聚氨酯防水涂料进行改性，不仅对紫外线屏蔽、吸收能力较强，而且其纳米粒子对光催化特性将有害物质氧化、降解，可以净化环境中的有害物质。含水率0.5%～2%左右。

传统生产工艺：单组分聚氨酯防水涂料化学稳定性是指涂料在贮存过程中预聚体的-NCO基团与可能存在的含活性OH的物质(如水分)发生反应，造成体系黏度增加、表面结皮，甚至凝胶固化。因此，对填料或其他原材料含水率的控制非常重要，一般要求原材料水分含量小于0.05%。在合成过程中，为了去除微量水分，一般需要提前加入适量异氰酸酯，消耗多余的微量水分，以免造成浪费。

生产工艺主要有三步：配料混合→加热脱水→聚合反应。

① 加热脱水温度为关键工序，其脱水温度一般控制在105～125℃之间，脱水时间约3～5h；

② 脱水达到规定指标(0.05%以内)，然后在密闭、真空条件下对物料进行降温；

③ 当物料温度降到75±3℃后，开始滴加异氰酸酯，物料温度控制在82±2℃反应3～5h，检测NCO含量，符合指标要求后降温进行成品灌装。

传统生产设备：一般采用单一反应釜完成所有工序，其结构图如图2：

图2

该生产工艺的问题：

① 产品质量不稳定，脱水不充分、降温包装后开始做下一釜时，粘附在釜壁和搅拌桨上的材料与加入的含有水分的原材料反应，严重时可能出现暴聚(釜内料全部快速凝固)；

② 生产周期长，每个工序都有等待时间(如脱水后的料温120℃以上，需要降温到70℃才能加异氰酸酯开始聚合反应)，导致产量小、能耗高；

③ 每个反应釜生产交替时，残留的材料与后期添加的填料容易形成包裹，造成脱水不完全，致使涂料贮存过程中黏度变大，影响涂料贮存稳定性；

④ 控制难度大，需要操作工人有较高的操作水平和责任心才能确保产品质量和生产安全等问题；

⑤ 成本增加：由于质量波动幅度大，为了确保较低的指标达标，则需要很高的成本。

为了解决以上问题，我们针对生产设备进行了改进。

图3是反应釜(《聚氨酯防水涂料生产设备》专利号：ZL 2019 2 0530596.4)的结构图：

图3

此外，新单组分聚氨酯防水涂料生产设备采用PLC工业自动化电脑控制，全程实行电脑跟踪，压力、温度、流量智能数显控制，流量配比精度±10g/s；从加料到工艺控制由系统智能控制，减少人工操作产生的质量差异。如图4：

图4

先将聚醚多元醇、液体改性树脂、增塑剂加入在密闭容器中开始升温，在高速搅拌下加入分散剂、防沉剂、填料、纳米TiO2、CO2吸收剂分散均匀后，在(120±3)℃、-0.095MPa条件下减压脱水120min，使之含水率≤0.05%；降温至75～80℃滴加MI，在(80±3)℃条件下恒温反应3h。抽样检测聚合物的—NCO含量，当预聚体的—NCO含量达到设计值时，即可停止反应。反应结束后在搅拌状态下加入固化剂、抗氧化剂，保温搅拌0.5h，冷却降温至70℃以下，加入适量的催化剂、溶剂，分散均匀即可出料。生产工艺流程图如图5：

图5

新型单组分聚氨酯防水涂料生产设备工作过程如下：

① 反应釜1内加入需要脱水的原材料，进行分散、混合，并通过反应釜2降温时的热风进行升温(盘管内通风进行热交换)；

② 等待反应釜2内的混合料放空后，将反应釜1的混合料通过过滤器、研磨泵导入反应釜2；

③ 在反应釜2内继续对混合料进行升温，并抽真空对混合料进行脱水(此时，反应釜1同时进行加料、混合、分散)；

④ 当反应釜2内混合料达到规定脱水标准后，通过过滤器、导料泵将混合料导入反应釜3；

⑤ 混合料导入反应釜3后，加入异氰酸酯进行恒温反应，反应结束后，得到单组分聚氨酯防水涂料成品。

新型单组分聚氨酯防水涂料生产设备采用各工序分别控制，同时将降温热能用于常温原材料升温的连续生产工艺结构。将反应釜设置为三层，便于加料和导料，同时充分利用各道工序之间(降温工序释放的热源用于需要升温的工序)的关系，降低了能源浪费。该设备结构清晰(各工序使用的反应釜根据工序需求采用不同构造)，操作简便，减少操作人员工作量，加热、冷却速度快，流水线作业模式的产品物理性能和外观质量更加稳定。

因此，新型单组分聚氨酯防水涂料生产设备克服了原来反应釜生产速度慢，等待升温、等待降温时间长，需要大功率高速分散设备，每罐反应釜交替时没有清理干净物料容易包裹、结焦固化甚至物料暴聚、产品质量不稳定等问题。新型单组分聚氨酯防水涂料生产设备结构简单，操作简便，能耗低、原材料损耗少、产品物理性能和外观质量稳定。

单组分聚氨酯涂料生产是一个较为复杂的物理、化学过程，改善其分散、传热过程，保证参与反应的组分在反应釜中的充分、均匀，最大程度的使传导界面和反应釜内各层面的温度一致，是反应速度和反应程度的关键。单组分聚氨酯防水涂料生产设备、生产工艺经优化后，经生产运行证明，下线的单组分聚氨酯防水涂料质量稳定、性能优良，尤其是贮存稳定性等达到了有力保障；既提高了产品质量又能够节能降耗，充分发挥了设备和系统的最大作用，能够保证生产顺利进行和最终产品质量的质量稳定。

单组分聚氨酯在通过贮存1～12个月后的情况对比：图6拉伸强度对比、图7断裂伸长率对比、图8产品贮存后期物性指标对比。

图6

图7

图8

由图6、图7、图8数据可以看出，传统的设备和工艺下线的产品，其黏度和物性指标在贮存6～8个月后，黏度开始不断上升，3～5个月后物性指标逐渐下降；新的设备和工艺下线的产品在后期贮存时，其黏度和物理性能指标的稳定性均远远优于传统的生产工艺，很大程度的提高了涂料的保质期。

单组分聚氨酯防水涂料的生产是完全意义上的化工生产，相对传统的防水卷材和防水涂料，其对设备、工艺和人员素质要求更高。随着单组分聚氨酯防水涂料的生产工艺和技术的不断完善，客户对单组分聚氨酯防水涂料的认知度越来越高，在防水领域的分量也会越来越大。只有适用的生产设备、生产工艺和严格规范的操作、控制，稳定产品质量、最大程度的提高产品经济效益，方能推动单组分聚氨酯防水涂料市场的发展。