CN106278041A - 一种超疏水js防水涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种超疏水JS防水涂料及其制备方法，涂料包括组分A超疏水材料、组分B乳液和组分C无机粉料，组分A超疏水材料由石墨烯15‑25份、水溶性阳离子表面活性剂2.5‑6份、硅酸钠溶液55‑75份、10%NaOH10‑15份、硅烷化试剂25‑45份和去离子水8‑15份通过电化学层积法制得，组分B乳液由硬单体35‑55份、软单体35‑55份、功能单体2‑5份、超疏水材料2‑10份、成膜助剂1‑5份、增塑剂1‑5份、乳化剂0.8‑1.5份、分散剂0.5‑1份、防腐剂0.5‑1份、消泡剂0.05‑1份和引发剂0.05‑0.1份配制而成，组分C无机粉料则包括了普通硅酸盐水泥25‑45份、粉煤灰硅酸盐水泥25‑45份、200目石英砂20‑30份、碳纳米管15‑10份和减水剂0.5‑1份；制备时，在乳液聚合中加入得到的超疏水材料，赋予了涂料更优良的结合强度、防水性能以及抗冲击性等稳定性。
Description
技术领域
本发明专利属于涂料技术领域，尤其涉及一种防水型水泥基涂料及其制备方法。
背景技术
JS防水涂料，“J”指(Ju)聚合物，“S”指(Shui)水泥，所以就是聚合物水泥防水材料，是以丙烯酸酯、乙烯- 醋酸乙烯酯等聚合物乳液和无机水泥复合而成的一种双组分、水性建筑防水涂料，适用于屋面、厨卫间地下室、水池和其它建筑防水工程。该类防水涂料既有无机材料的刚性, 又兼具聚合物的柔韧性和高粘结性，防水效果突出、无毒、无污染，施工简便、成本较低，受到建设管理部门和施工单位的普遍欢迎。目前美、日、德等工业发达国家的聚合物水泥防水涂料在建筑防水材料中都占有相当的份额。我国从20 世纪90年代初开始研制聚合物水泥防水涂料，1995 年通过建设部技术鉴定，1998 年建设部把聚合物防水涂料列为首批推荐的13 种防水涂料之一, 属国家大力提倡的环保产品。但是我国自行研发的聚合物水泥防水涂料，大都属于低性能产品，如水性PVC 胶泥、氯丁胶改性沥青涂料等，相对国外还有一定距离。
发明内容
本发明提供了一种超疏水JS防水涂料及其制备方法，其特征在于，所述涂料包括组分A超疏水材料、组分B乳液和组分C无机粉料，按质量份数比计，原料各成分组成如下：
组分A超疏水材料:
石墨烯 15-25份
水溶性阳离子表面活性剂 2.5-6份
硅酸钠溶液 55-75份
10%NaOH 10-15份
硅烷化试剂 25-45份
去离子水 8-15份
组分B乳液：
硬单体 35-55份
软单体 35-55份
功能单体 2-5份
超疏水材料 2-10份
成膜助剂 1-5份
增塑剂 1-5份
乳化剂 0.8-1.5份
分散剂 0.5-1份
防腐剂 0.5-1份
消泡剂 0.05-1份
引发剂 0.05-0.1份
组分C无机粉料：
普通硅酸盐水泥 25-45份
粉煤灰硅酸盐水泥 25-45份
200目石英砂 20-30份
碳纳米管 15-10份
减水剂 0.5-1份
所述超疏水JS防水涂料制备包括（一）组分A超疏水材料的制备，（二）组分B乳液的制备和（三）防水涂料的制备，具体步骤如下：
（一）组分A超疏水材料的制备：
1.1 采用去离子水超声波清洗石墨烯25-40min，再置于恒温45-80℃的干燥箱中干燥4.5-6h；
1.2 将2.5-6份水溶性阳离子表面活性剂到8-15份去离子水中，搅拌均匀，放入15-25份石墨烯，磁力搅拌5-10min，静置，清洗，干燥；
1.3 将55-75份硅酸钠溶液依次通过阳离子树脂交换柱和弱碱性阴离子树脂交换柱，得的硅酸胶稀溶液；用10%NaOH溶液将上述硅酸胶稀溶液pH调至7~8，先取总质量五分之一的硅酸胶稀溶液放入减压器中进行减压浓缩，10-15min后，以保持容器内液面恒定为原则，缓缓加入剩余的硅酸胶稀溶液，继续进行减压浓缩，浓缩温度为75-80℃，浓缩时间为20-30min，制得原硅酸钠溶液质量五分之一的SiO2纳米溶胶；
1.4 将1.2的石墨烯加入到1.3的SiO2纳米溶胶中，采用超声波恒温35-50℃下震动分散6-8.5h，取出石墨烯，去离子水清洗，室温下通风干燥12~24h；
1.5 将1.4的石墨烯加入到25-45份硅烷化试剂中，恒温20-35℃下搅拌4.5-6h，取出石墨烯，用无水乙醇清洗至pH为6.8-7.2，在60℃下真空干燥6h，得到以石墨烯为基础的组分A超疏水材料；
（二）组分B乳液的制备：
2.1 将35-55份硬单体、35-55份软单体、2-5份功能性单体和0.8-1.5份乳化剂加入到去离子水中，均质搅拌处理20-35min制得预乳化液；
2.2在装有搅拌装置、冷凝装置、氮气保护装置及加料装置的反应釜中加入去离子水，开启搅拌装置，将1/5预乳液、1/5用量的引发剂倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌，反应至得到带蓝色光泽的乳液， 开始滴加剩余预乳化液和引发剂，预乳化液控制在2.5-3.5h滴完，引发剂控制在3.5h-4h滴完，温度保持在80-85℃，搅拌转速控制在100r/min，引发剂滴完后保温30min，继续加入1-5份成膜助剂、1-5份增塑剂、0.5-1份分散剂、0.05-1份消泡剂和0.5-1份防腐剂，搅拌转速为80r/min，搅拌时间为15-30min ，过滤出料；
2.3 将步骤1.5中超疏水材料加入到步骤2.2所述的混合液料中，采用超声波进行分散处理，所述超声波处理频率为20~130KHz，处理时间为3-5min，得到组分A液料；
（三）防水涂料的制备：
继续搅拌步骤（二）中组分B乳液，分三次，边搅拌边加入25-45份普通硅酸盐水泥和25-45份粉煤灰硅酸盐水泥，搅拌均匀后，继续加入20-30份200目石英砂，最后加入15-10份碳纳米管和0.5-1份减水剂，搅拌30-60min，得到所述聚合物水泥防水涂料。
所述石墨烯是由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子以ABC堆垛构成的二维碳材料。
所述水溶性阳离子表面活性剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵、N-十八烷基-双季铵盐、双十二烷基二甲基-多胺-双季铵盐和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵中的任意一种；所述硅烷化试剂为乙烯基硅烷、乙氧基硅烷、氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或几种。
所述硅酸钠溶液的模数为3.5、SiO2含量4%、Na2O含量1.15%。
所述SiO2纳米溶胶，其中含SiO2 20%、Na2O 0.33%，pH为9.6，平均粒径为20~30nm。
所述软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸异辛酯中的一种或几种；所述硬单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸和丙烯酰胺中的一种或几种；所述功能性单体为羟甲基丙烯酰胺和丙烯酸；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚乙氧基醚硫酸铵、SPAN系列和吐温系列中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益成果如下：
（1）石墨烯本身具有很高的比表面积，表面吸附力强，表面能大，能在涂料干燥时形成网状结构，增强了聚合物和水泥组分之间、涂料整体和基材之间的吸附作用，使涂层更加致密，增强了涂料对基材的附着力，提高了涂料层的耐冲击性能；
（2）通过电化学层积法，利用阳离子表面活性剂与带负电的SiO2纳米溶胶之间的电荷吸引作用对石墨烯表面进行硅烷化防水处理，制得超疏水材料，然后参与到乳液聚合过程中，能在涂刷过程中更加均匀地分布于涂料层中，从而赋予了涂料层更加均匀良好的防水性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，并非对本发明的限制，凡是依照本发明公开内容所进行的任何本领域的等同替换，均属于本发明的保护范围。
实施例一
一种超疏水JS防水涂料及其制备方法，涂料包括组分A超疏水材料、组分B乳液和组分C无机粉料，按质量份数比计，原料各成分组成如下：
组分A超疏水材料：石墨烯20份、聚二甲基二烯丙基氯化铵3份、硅酸钠溶液55份、10%NaOH10份、甲基丙烯酰氧基硅烷25份和去离子水8份；
组分B乳液：苯乙烯40份，丙烯酸丁酯35份，丙烯酸5份，改性石墨烯5份，丙二醇丁醚2份，邻苯二甲酸二丁酯1.5份，脂肪醇聚氧乙烯醚0.8份，聚丙烯酰胺0.8份，1，2-苯并异噻唑啉-3-酮（BIT）0.5份，聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物0.05份，过硫酸铵0.05份；
组分C无机粉料：普通硅酸盐水泥35份，粉煤灰硅酸盐水泥25份，200目石英砂25份，碳纳米管15份，木质素磺酸盐0.5份；
所述防水型水泥基涂料制备包括（一）组分A超疏水材料的制备，（二）组分B乳液的制备和（三）防水涂料的制备，具体步骤如下：
（一）组分A超疏水材料的制备：
1.1采用去离子水超声波清洗石墨烯25min，再置于恒温65℃的干燥箱中干燥5h；
1.2将3份聚二甲基二烯丙基氯化铵到8份去离子水中，搅拌均匀，放入20份石墨烯，磁力搅拌6min，静置，清洗，干燥；
1.3将55份硅酸钠溶液依次通过阳离子树脂交换柱和弱碱性阴离子树脂交换柱，得含SiO2 3.6%、Na2O 0.005%、pH为2.5的硅酸胶稀溶液；用10%NaOH溶液将上述硅酸胶稀溶液pH调至7~8，先取总质量五分之一的硅酸胶稀溶液放入减压器中进行减压浓缩，10min后，以保持容器内液面恒定为原则，缓缓加入剩余的硅酸胶稀溶液，继续进行减压浓缩，浓缩温度为75℃，浓缩时间为30min，制得原硅酸钠溶液质量五分之一的SiO2纳米溶胶，其中含SiO2 20%、Na2O 0.33%，pH为9.6，平均粒径为20~30nm；
1.4将1.2的石墨烯加入到1.3的SiO2纳米溶胶中，采用超声波恒温35℃下震动分散8h，取出石墨烯，去离子水清洗，室温下通风干燥12h；
1.5将1.4的石墨烯加入到25份甲基丙烯酰氧基硅烷中，恒温25℃下搅拌6h，取出石墨烯，用无水乙醇清洗至pH为7.1，在60℃下真空干燥6h，得到以石墨烯为基础的组分A超疏水材料；
（二）组分B乳液的制备
2.1 将苯乙烯40份，丙烯酸丁酯35份，丙烯酸5份和脂肪醇聚氧乙烯醚0.8份加入到去离子水中，均质搅拌处理25min制得预乳化液；
2.2在装有搅拌装置、冷凝装置、氮气保护装置及加料装置的反应釜中加入去离子水，开启搅拌装置，将1/5预乳液、1/5用量即0.01份的过硫酸铵倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌，反应至得到带蓝色光泽的乳液，开始滴加剩余预乳化液和过硫酸铵，预乳化液控制在2.5h滴完，过硫酸铵控制在3.5h滴完，温度保持在80-85℃，搅拌转速控制在100r/min，引发剂滴完后保温30min，继续加入丙二醇丁醚2份、邻苯二甲酸二丁酯1.5份、聚丙烯酰胺0.8份、1，2-苯并异噻唑啉-3-酮（BIT）0.5份、聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物0.05份，搅拌转速为80r/min，搅拌时间为20min ，过滤出料；
2.3 将步骤1.3 中超疏水材料加入到步骤2.2所述的混合液料中，采用超声波进行分散处理，所述超声波处理频率为80KHz，处理时间为3min，得到组分B乳液；
（三）防水涂料的制备：
继续搅拌步骤（二）中组分B乳液，分三次，边搅拌边加入25份普通硅酸盐水泥和45份粉煤灰硅酸盐水泥，搅拌均匀后，继续加入20份200目石英砂，最后加入10份碳纳米管和0.5份木质素磺酸盐，搅拌45min，得到所述防水型水泥基涂料。
经检验，本实例中涂膜的各指标如下：
标准要求 检验结果
拉伸强度（浸水后） ≥60%/70% 85%
断裂伸长率（浸水后） ≥150%/65%/20% 175%
粘结强度（浸水后） ≥0.5/0.7/1.0MPa 1.2MPa
不透水性 不透水 不透水
抗渗性（背水面） ≥0.6/0.8MPa 0.97MPa
低温柔性 -10℃,无裂痕 -15℃，无裂痕。
Claims (6)
1.一种超疏水JS防水涂料及其制备方法，其特征在于，所述涂料包括组分A超疏水材料、组分B乳液和组分C无机粉料，按质量份数比计，原料各成分组成如下：
组分A超疏水材料:
石墨烯 15-25份
水溶性阳离子表面活性剂 2.5-6份
硅酸钠溶液 55-75份
10%NaOH 10-15份
硅烷化试剂 25-45份
去离子水 8-15份
组分B乳液：
硬单体 35-55份
软单体 35-55份
功能单体 2-5份
超疏水材料 2-10份
成膜助剂 1-5份
增塑剂 1-5份
乳化剂 0.8-1.5份
分散剂 0.5-1份
防腐剂 0.5-1份
消泡剂 0.05-1份
引发剂 0.05-0.1份
组分C无机粉料：
普通硅酸盐水泥 25-45份
粉煤灰硅酸盐水泥 25-45份
200目石英砂 20-30份
碳纳米管 15-10份
减水剂 0.5-1份
所述超疏水JS防水涂料制备包括（一）组分A超疏水材料的制备，（二）组分B乳液的制备和（三）防水涂料的制备，具体步骤如下：
（一）组分A超疏水材料的制备：
采用去离子水超声波清洗石墨烯25-40min，再置于恒温45-80℃的干燥箱中干燥4.5-6h；
将2.5-6份水溶性阳离子表面活性剂到8-15份去离子水中，搅拌均匀，放入15-25份石墨烯，磁力搅拌5-10min，静置，清洗，干燥；
将55-75份硅酸钠溶液依次通过阳离子树脂交换柱和弱碱性阴离子树脂交换柱，得的硅酸胶稀溶液；用10%NaOH溶液将上述硅酸胶稀溶液pH调至7~8，先取总质量五分之一的硅酸胶稀溶液放入减压器中进行减压浓缩，10-15min后，以保持容器内液面恒定为原则，缓缓加入剩余的硅酸胶稀溶液，继续进行减压浓缩，浓缩温度为75-80℃，浓缩时间为20-30min，制得原硅酸钠溶液质量五分之一的SiO2纳米溶胶；
将1.2的石墨烯加入到1.3的SiO2纳米溶胶中，采用超声波恒温35-50℃下震动分散6-8.5h，取出石墨烯，去离子水清洗，室温下通风干燥12~24h；
将1.4的石墨烯加入到25-45份硅烷化试剂中，恒温20-35℃下搅拌4.5-6h，取出石墨烯，用无水乙醇清洗至pH为6.8-7.2，在60℃下真空干燥6h，得到以石墨烯为基础的组分A超疏水材料；
（二）组分B乳液的制备：
2.1 将35-55份硬单体、35-55份软单体、2-5份功能性单体和0.8-1.5份乳化剂加入到去离子水中，均质搅拌处理20-35min制得预乳化液；
2.2在装有搅拌装置、冷凝装置、氮气保护装置及加料装置的反应釜中加入去离子水，开启搅拌装置，将1/5预乳液、1/5用量的引发剂倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌，反应至得到带蓝色光泽的乳液， 开始滴加剩余预乳化液和引发剂，预乳化液控制在2.5-3.5h滴完，引发剂控制在3.5h-4h滴完，温度保持在80-85℃，搅拌转速控制在100r/min，引发剂滴完后保温30min，继续加入1-5份成膜助剂、1-5份增塑剂、0.5-1份分散剂、0.05-1份消泡剂和0.5-1份防腐剂，搅拌转速为80r/min，搅拌时间为15-30min ，过滤出料；
2.3 将步骤1.5中超疏水材料加入到步骤2.2所述的混合液料中，采用超声波进行分散处理，所述超声波处理频率为20~130KHz，处理时间为3-5min，得到组分A液料；
（三）防水涂料的制备：
继续搅拌步骤（二）中组分B乳液，分三次，边搅拌边加入25-45份普通硅酸盐水泥和25-45份粉煤灰硅酸盐水泥，搅拌均匀后，继续加入20-30份200目石英砂，最后加入15-10份碳纳米管和0.5-1份减水剂，搅拌30-60min，得到所述聚合物水泥防水涂料。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水JS防水涂料及其制备方法，其特征在于，所述石墨烯是由3-10层以苯环结构周期性紧密堆积的碳原子以ABC堆垛构成的二维碳材料。
3.根据权利要求1所述的一种超疏水JS防水涂料及其制备方法，其特征在于，所述水溶性阳离子表面活性剂为聚二甲基二烯丙基氯化铵、N-十八烷基-双季铵盐、双十二烷基二甲基-多胺-双季铵盐和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵中的任意一种；所述硅烷化试剂为乙烯基硅烷、乙氧基硅烷、氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种超疏水JS防水涂料及其制备方法，其特征在于，所述硅酸钠溶液的模数为3.5、SiO2含量4%、Na2O含量1.15%。
5.根据权利要求1所述的一种超疏水JS防水涂料及其制备方法，其特征在于，所述SiO2纳米溶胶，其中含SiO2 20%、Na2O 0.33%，pH为9.6，平均粒径为20~30nm。
6.根据权利要求1所述的一种超疏水JS防水涂料及其制备方法，其特征在于：所述软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸异辛酯中的一种或几种；所述硬单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸和丙烯酰胺中的一种或几种；所述功能性单体为羟甲基丙烯酰胺和丙烯酸；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、脂肪酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚乙氧基醚硫酸铵、SPAN系列和吐温系列中的一种或几种。
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