CN117683450A - 一种水性纳米防水涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防水涂料领域，具体涉及一种水性纳米防水涂料及其制备方法和应用，该水性纳米防水涂料，按照重量分数计，包括以下材料组分：聚氨酯90份；改性纤维素纳米晶5份；纳米二氧化钛3份；酪素液25份；石墨烯3份；成膜助剂1.5份。本发明提供的水性纳米防水涂料及其制备方法和应用，通过将聚乙二醇接枝到纤维素纳米晶表面,得到聚乙二醇接枝的改性纤维素纳米晶，将改性纤维素纳米晶和酪素液引入聚氨酯中，提高成膜剂的延伸性和耐曲挠性等综合性能，提高了涂料的拉伸性能，断裂伸长率增大，提高了耐腐蚀性，且粘接性能好、韧性强。

Description

一种水性纳米防水涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及防水涂料领域，具体涉及一种水性纳米防水涂料及其制备方法和应用。

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，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，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，聚氨酯防水涂料整体性能较差，质量也不稳定。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。

发明内容

基于此，本发明提出了一种水性纳米防水涂料及其制备方法，解决了目前单一的水性防水涂料耐水性、耐化学性较差的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种水性纳米防水涂料，按照重量分数计，包括以下材料组分：

聚氨酯90份；

改性纤维素纳米晶5份；

纳米二氧化钛3份；

酪素液25份；

石墨烯3份；

成膜助剂1.5份。

根据本发明的实施例，所述改性纤维素纳米晶为采用聚乙二醇接枝改性的纤维素纳米晶。

根据本发明的实施例，所述聚乙二醇与所述纤维素纳米晶的质量比为（1-2）：10。

根据本发明的实施例，所述纳米二氧化钛表面包覆有氢氧化铝。

根据本发明的实施例，所述成膜助剂包括硅藻土、硅胶和三乙二醇单甲醚的组合物，所述硅藻土、硅胶和三乙二醇单甲醚的质量比为49：100：1。

通过成膜助剂可以避免团聚现象，并有助于涂料成膜，提高了涂料的防锈效果。

根据本发明的实施例，所述酪素液包括干酪素的水溶液，所述干酪素与水的质量分数为1：（9-10）。

根据本发明的第二方面，提供了一种水性纳米防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备改性纤维素纳米晶；

步骤2、将聚氨酯、酪素液以及改性纤维素纳米晶在溶剂中共混作为A组分；

步骤3、将纳米二氧化钛、石墨烯、成膜助剂在溶剂中混合，得到B组分；

步骤4、将A组分与B组分混合，调节粘度后得到水性纳米防水涂料。

根据本发明的实施例，所述改性纤维素纳米晶的方法包括：

步骤1、将纤维素纳米晶粉末溶解于水中，形成溶解液；

步骤2、将碱性溶液滴加到所述溶解液中，搅拌20-40min；

步骤3、将小分子量聚乙二醇加入所述溶解液中，在60-70℃加热，搅拌6-8h，得到所述改性纤维素纳米晶。

根据本发明的实施例，调节粘度采用包括质量比为1:1的丙酮和乙酸乙酯的混合溶剂。

根据本发明的第三方面，提供了一种水性纳米防水涂料在墙体和金属表面的应用。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的水性纳米防水涂料及其制备方法和应用具有以下有益效果：

本发明提供的水性纳米防水涂料及其制备方法和应用，在碱性溶液中,聚乙二醇接枝到纤维素纳米晶表面,得到聚乙二醇接枝的改性纤维素纳米晶，将改性纤维素纳米晶引入聚氨酯中，降低了聚氨酯的结晶活化能，使聚氨酯的结晶温度降低，促进聚氨酯的结晶成核，将聚乙二醇接枝到纤维素纳米晶上能够有效提高纤维素纳米晶与聚氨酯的相容性，分子链间相互作用变强，从而增强其强度。

酪素液与改性纤维素纳米晶和聚氨酯共混，使酪素液与改性纤维素纳米晶和聚氨酯中的氨基、羧基和羟基等亲水基团发生反应，提高了涂料的耐水性和耐湿擦性，而且聚氨酯可以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，酪素与改性纤维素纳米晶之间的相互作用，提高了涂料的拉伸性能，断裂伸长率增大，提高了耐腐蚀性，且粘接性能好、韧性强。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。

以下通过较佳实施例来对本发明的技术方案作详细说明，需要说明的是，下文中的具体实施例仅用于示例，并不用于限制本发明，且具体的制备方法如下所示。

实施例1：一种水性纳米防水涂料，按照重量分数计，包括以下材料组分：

聚氨酯90g；

改性纤维素纳米晶5g；

纳米二氧化钛3g；

酪素液25g；

石墨烯3g；

成膜助剂1.5g。

聚乙二醇与纤维素纳米晶的质量比为1：10。

酪素液包括干酪素的水溶液，干酪素与水的质量分数为1：9。

成膜助剂包括硅藻土0.49g、硅胶1g和三乙二醇单甲醚0.01g,最终得到样品1。

步骤1、将纤维素纳米晶粉末溶解于水中，形成溶解液；

步骤2、将碱性溶液滴加到溶解液中，搅拌30min；

步骤3、将小分子量聚乙二醇加入溶解液中，在65℃加热，搅拌7h，得到改性纤维素纳米晶；

步骤4、将聚氨酯、酪素液以及改性纤维素纳米晶在溶剂中共混作为A组分；

步骤5、将纳米二氧化钛、石墨烯、成膜助剂在溶剂中混合，得到B组分；

步骤6、将A组分与B组分混合，采用包括质量比为1:1的丙酮和乙酸乙酯的混合溶剂调节粘稠度，得到水性纳米防水涂料。

实施例2：制备方法与实施例1相同，不同的是聚乙二醇与纤维素纳米晶的质量比为2：10。

实施例3：制备方法与实施例1相同，不同的是酪素液包括干酪素的水溶液，干酪素与水的质量分数为1：10。

实施例4：制备方法与实施例1相同，不同的是采用包覆有氢氧化铝的纳米二氧化钛3g。

对比例1：制备方法与实施例1相同，不同的是采用纤维素纳米晶。

对比例2：制备方法与实施例1相同，不同的是不包括酪素液。

根据本发明的实施例，还可以添加防腐剂、分散剂、消泡剂、颜料等，可以采用现有用于水性涂料中的添加剂，本发明对此不做详细规定。

实验例：对实施例1-4以及对比例1-2中所制备的防水涂料的物理性能进行测试，取适量实施例1-4以及对比例1-2中所制备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。

表1 实施例1-4和对比例1-2各项性能检测表

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2
							外观	平整均匀光滑	平整均匀光滑	平整均匀光滑	平整均匀光滑	有结块	平整均匀光滑
耐水性	96h+	96h+	96h+	96h+	90h	96h+
							韧性mm	1	1	1	-	0	0
耐盐雾性h	1000+	1000+	1000+	1000+	720	540
							拉伸强度MPa	690	680	690	670	560	540
蒸馏水浸泡7天，增重％	0.26	0.35	0.28	0.31	2.21	1.36
							3.5％氯化钠浸泡7天，增重％	0.41	0.49	0.38	0.42	2.38	1.98
断裂伸长率％	660	670	690	680	540	580
							低温柔韧性-35℃	无裂纹	无裂纹	无裂纹	无裂纹	无裂纹	有裂纹

由表1中的内容可知，实施例1-4，在各项检测中均能够具有比较好的性质，能够有效抵抗腐蚀，且具有较好的力学性能。由此可知，聚乙二醇接枝到纤维素纳米晶表面,得到聚乙二醇接枝的改性纤维素纳米晶，将改性纤维素纳米晶引入聚氨酯中，降低了聚氨酯的结晶活化能，使聚氨酯的结晶温度降低，促进聚氨酯的结晶成核，将聚乙二醇接枝到纤维素纳米晶上能够有效提高纤维素纳米晶与聚氨酯的相容性，分子链间相互作用变强，从而增强其强度。

酪素液与改性纤维素纳米晶和聚氨酯共混，使酪素液与改性纤维素纳米晶和聚氨酯中的氨基、羧基和羟基等亲水基团发生反应，提高了涂料的耐水性和耐湿擦性，而且聚氨酯可以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，酪素与改性纤维素纳米晶之间的相互作用，提高了涂料的拉伸性能，断裂伸长率增大，提高耐腐蚀性且粘接性能好、韧性强。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水性纳米防水涂料，其特征在于，按照重量分数计，包括以下材料组分：

聚氨酯90份；

改性纤维素纳米晶5份；

纳米二氧化钛3份；

酪素液25份；

石墨烯3份；

成膜助剂1.5份。

2.根据权利要求1所述的一种水性纳米防水涂料，其特征在于，所述改性纤维素纳米晶为采用聚乙二醇接枝改性的纤维素纳米晶。

3.根据权利要求2所述的一种水性纳米防水涂料，其特征在于，所述聚乙二醇与所述纤维素纳米晶的质量比为1-2：10。

4.根据权利要求1所述的一种水性纳米防水涂料，其特征在于，所述纳米二氧化钛表面包覆有氢氧化铝。

5.根据权利要求1所述的一种水性纳米防水涂料，其特征在于，所述成膜助剂包括硅藻土、硅胶和三乙二醇单甲醚的组合物，所述硅藻土、硅胶和三乙二醇单甲醚的质量比为49：100：1。

6.根据权利要求1所述的一种水性纳米防水涂料，其特征在于，所述酪素液包括干酪素的水溶液，所述干酪素与水的质量分数为1：9-10。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种水性纳米防水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制备改性纤维素纳米晶；

步骤2、将聚氨酯、酪素液以及改性纤维素纳米晶在溶剂中共混作为A组分；

步骤3、将纳米二氧化钛、石墨烯、成膜助剂在溶剂中混合，得到B组分；

步骤4、将A组分与B组分混合，调节粘度后得到水性纳米防水涂料。

8.根据权利要求7所述的一种水性纳米防水涂料的制备方法，其特征在于，所述改性纤维素纳米晶的制备方法包括：

步骤1、将纤维素纳米晶粉末溶解于水中，形成溶解液；

步骤2、将碱性溶液滴加到所述溶解液中，搅拌20-40min；

步骤3、将小分子量聚乙二醇加入所述溶解液中，在60-70℃加热，搅拌6-8h，得到所述改性纤维素纳米晶。

9.根据权利要求7所述的一种水性纳米防水涂料的制备方法，其特征在于，调节粘度采用包括质量比为1:1的丙酮和乙酸乙酯的混合溶剂。

10.根据权利要求1-6任一项所述的一种水性纳米防水涂料在墙体和金属表面的应用。