CN104446192A - 一种防水涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防水涂料，该涂料包括液体组分和粉体组分，二者重量比例为1：(0.8～1.5)，液体组分由以下原料按重量百分比配制而成：纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液68.7～80％，水14.2～22.8％，增塑剂4～8％，分散剂0.1～0.5％；粉体组分由以下原料按重量百分比配制而成：水泥34.2～50％，重钙19.2～35％，石英砂10～20％，减水剂0.4～0.8％，渗透结晶剂5～10％。本发明采用硅烷偶联剂对纳米粒子进行硅烷化修饰，并对丙烯酸树脂进行接枝改性，增强了丙烯酸乳液的抗拉伸性、抗渗透性、长期耐久性等，涂料中引入渗透结晶剂，使混凝土具有自修复功能，大大提高了防水工程的效果。

Description

一种防水涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑用防水涂料，具体涉及一种纳米接枝改性丙烯酸乳液的防水涂料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

在工业与民用钢筋混凝土建筑工程中，由于混凝土材料的抗渗防水性能差，建筑物表面易产生裂缝，出现漏水现象。目前常用的防渗漏方法是在混凝土表面铺设防水卷材或刷涂料，这种方法不仅成本高，施工方法复杂，还存在耐久性差，环境污染等问题。近年来发展很快的聚合物水泥防水涂料在国内被越来越重视，已广泛应用于各项工程建设中，作为一个新型材料有非常好的前景。聚合物水泥防水涂料一般是以聚合物乳液和水泥作为主要原料，加入外加助剂制得的双组份水性环保建筑防水涂料，属于有机无机复合型防水涂料。该涂料兼具聚合物涂膜的延伸性和防水性，以及水泥材料强度高，硬度大，易与混凝土基层粘结的优点，二者比例可以根据不同施工部位的要求进行调节。同时，聚合物水泥涂料采用水作为溶剂，克服了大量有毒溶剂防水涂料对环境的影响，因此聚合物水泥防水涂料获得了迅速的发展和广泛的应用。目前市场上的大部分聚合物防水涂料，其性能虽然能够满足GB/T23445-2009《聚合物水泥防水涂料》的标准要求，但是长期使用后仍存在着不同程度的耐水性差，吸收率高等问题，而且采用传统聚合物水泥防水涂料制备的涂膜长时间浸泡在水中，由于水会渗透到聚合物中，导致聚合物易发胀变软，进而会降低涂膜的强度，最终导致防水工程失效。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种防水涂料，同时还给出了制备方法，该涂料不仅具有较高的物化性能、抗渗性能及抗拉伸性能，而且涂料中的渗透结晶剂可与水泥中的碱类物质产生不溶于水的胶凝体，堵住混凝土内部渗透空隙，具有自修复功能。

为了达到以上目的，本发明的一个技术方案提供了防水涂料，该涂料包括液体组分和粉体组分，二者重量比例为1：(0.8～1.5)，所述液体组分由以下原料按重量百分比配制而成：纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液68.7～80％，水14.2～22.8％，增塑剂4～8％，分散剂0.1～0.5％，以上各组分之和为100％；所述粉体组分由以下原料按重量百分比配制而成：水泥34.2～50％，重钙19.2～35％，石英砂10～20％，减水剂0.4～0.8％，渗透结晶剂5～10％，以上各组分之和为100％。

上述技术方案中，所述纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液由以下原料按质量百分比配制而成：甲基丙烯酸酯0.1～0.5％，丙烯酸正丁酯30～40％，苯乙烯10～20％，纳米粒子0.01～0.2％，乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)0.005～0.05％，乙醇10～20％，N-甲基丙烯酸甲酯0.05～0.8％，十二烷基硫酸钠0.05～0.2％，过硫酸铵0.1～2％，水25～49％，以上各组分之和为100％。

本发明利用硅烷偶联剂—乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)的水解形成乙烯基三乙氧硅醇，并与纳米粒子表面接枝改性反应生成带有乙烯基官能团的纳米粒子，端乙烯基纳米粒子参与到丙烯酸单体的聚合反应中，并与丙烯酸单体进行接枝改性，克服了传统纳米粒子由于乳液中分散不均而引起的丙烯酸乳液抗拉伸性能、抗渗透性能、长期耐久性能低的特点，同时改性后的纳米粒子从原位上接枝到丙烯酸乳液中，使其在乳液中获得均匀的分散，从而增强了丙烯酸乳液的抗拉伸性、抗渗透性、长期耐久性等，最终显著提高了纳米改性丙烯酸乳液的抗拉强度，断裂伸长率，不透水性及粘结强度。

上述技术方案中，所述纳米粒子为纳米二氧化硅(SiO₂)，纳米二氧化钛(TiO₂)，纳米三氧化二铝(Al₂O₃)，纳米二氧化锆(ZrO₂)，纳米氧化锌(ZnO)中的一种。

上述技术方案中，所述分散剂为AMP-95、DP518中的一种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种；所述减水剂为醚胺粉体减水剂(SM)、聚羧酸盐类减水剂(FL-600、DL-100、TS-JS)中的一种；所述渗透结晶剂为FLW-CCCW母料。

上述技术方案中，所述重钙的粒径为300±50目，所述石英砂的粒径为200±50目。

为了实现上述目的，本发明还提供了防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

一、制备纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液；

二、按所需液体组分重量百分比将68.7～80％纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液，14.2～22.8％水，4～8％增塑剂，0.1～0.5％分散剂加入到容器中，搅拌均匀得到液体组分；

三、按所需粉体组分重量百分比将34.2～50％水泥，19.2～35％重钙，10～20％石英砂，0.4～0.8％减水剂，5～10％渗透结晶剂混合均匀，得到粉体组分；

四、将液体组分和粉体组分按重量比1：(0.8～1.5)混合，搅拌均匀后得到防水涂料。

上述技术方案的步骤一中，所述纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液的制备方法包括如下步骤：

⑴按配方计量，将0.01～0.2％纳米粒子，10～20％乙醇，0.005～0.05％乙烯基三乙氧基硅烷依次加入到接有冷凝回流装置的反应釜中并混合均匀，在20～80℃条件下冷凝回流2～6h，过滤并采用蒸馏水洗涤后干燥得到端乙烯基接枝改性的纳米粒子；

⑵将0.05～0.2％十二烷基硫酸钠，25～49％水，步骤⑴获得的全部端乙烯基接枝改性的纳米粒子依次加入到器皿中，搅拌均匀，向器皿中滴加0.1～2％过硫酸铵(作为引发剂使用)以及30～40％丙烯酸正丁酯，0.1～0.5％甲基丙烯酸酯，0.05～0.8％N-甲基丙烯酸甲酯和10～20％苯乙烯组成的混合单体；

⑶滴加结束后，65±5℃条件下搅拌2±1h至反应完全，降温至室温，中和至pH为7后出料，过滤得到纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液。

上述技术方案的步骤⑵中，滴加时间控制在4±1h。

上述技术方案中，所述纳米粒子为纳米二氧化硅(SiO₂)，纳米二氧化钛(TiO₂)，纳米三氧化二铝(Al₂O₃)，纳米二氧化锆(ZrO₂)，纳米氧化锌(ZnO)中的一种。

上述技术方案中，所述分散剂为AMP-95、DP518中的一种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种；所述减水剂为醚胺粉体减水剂、聚羧酸盐类减水剂中的一种；所述渗透结晶剂为FLW-CCCW母料。FLW-CCCW母料的主要成分是含有硅酸离子的活性物质，可向混凝土内部渗透，并且遇水后与混凝土中的钙离子发生化学反应生成硅酸钙晶体，硅酸钙晶体能够堵塞混凝土结构内部的毛细孔道，使混凝土致密防水。

本发明提供的防水涂料，具有以下优点：

1.在原位合成丙烯酸乳液的过程中，采用硅烷偶联剂引入端乙烯基官能团，对纳米粒子表面进行硅烷化修饰，接枝改性纳米粒子，并参与丙烯酸单体的聚合反应，对丙烯酸树脂进行接枝改性，克服了传统纳米粒子在乳液中分散不均的问题，同时从原位上增强了丙烯酸乳液的抗拉伸性、抗渗透性、长期耐久性等，最终显著提高了纳米改性丙烯酸乳液的抗拉强度，断裂伸长率，不透水性及粘结强度；

2.涂料中引入渗透结晶剂，使用时渗透结晶剂渗透到混凝土的结构内部与水泥中的碱类物质发生学反应，产生不溶于水的凝胶体，将混凝土内部的渗漏空隙堵住，使混凝土具有自修复功能，大大提高了防水工程的效果。

具体实施方式

本发明所用到的化学试剂及材料均为市购。其中，聚羧酸盐类减水剂为FL-600，DL-100，TS-JS。

实施例一

将0.1g纳米二氧化硅(购自北京首创纳米科技有限公司)，180g乙醇，0.05g乙烯基三乙氧基硅烷(A-151，购自上海多林化工有限公司)依次加入到接有冷凝回流装置的反应釜中并混合均匀，在65℃条件下冷凝回流2.5h，过滤并采用蒸馏水洗涤后干燥得到端乙烯基接枝改性的纳米粒子。先将300g丙烯酸正丁酯，1g甲基丙烯酸酯，6.85gN-甲基丙烯酸甲酯，100g苯乙烯混合获得混合单体，再将2g十二烷基硫酸钠，390g水以及上述全部端乙烯基接枝改性的纳米粒子依次加入到器皿中，搅拌均匀后向器皿中滴加20g过硫酸铵以及407.85g混合单体，滴加3小时，然后在65℃条件下搅拌2h至反应完全，降温至室温，中和至pH为7后出料，过滤得到纳米二氧化硅接枝改性丙烯酸乳液。

将68.7g纳米二氧化硅接枝改性丙烯酸乳液，22.8g水，8g邻苯二甲酸二丁酯，0.5g分散剂AMP-95(购自美国陶氏公司)加入到容器中混合，搅拌均匀得到液体组分。

将34.2g水泥，35g重钙(300目)，20g石英砂(200目)，0.8g聚羧酸盐类减水剂FL-600(购自弗克科技有限公司)，10g渗透结晶剂FLW-CCCW母料(购自上海睿睿防水材料有限公司)加入到搅拌罐中搅拌均匀，得到粉体组分。

称取液体组分100g，粉体组分80g，二者混合，搅拌均匀后得到防水涂料A。涂料A按照国家标准GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》要求进行性能检测，结果见表1。

实施例二

将2g纳米二氧化钛(购自北京首创纳米科技有限公司)，140.5g乙醇，0.5g乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)依次加入到接有冷凝回流装置的反应釜中并混合均匀，在45℃条件下冷凝回流3.5h，过滤并采用蒸馏水洗涤后干燥得到端乙烯基接枝改性的纳米粒子。先将400g丙烯酸正丁酯，5g甲基丙烯酸酯，0.5gN-甲基丙烯酸甲酯，200g苯乙烯混合获得混合单体，再将0.5g十二烷基硫酸钠，250g水以及上述全部端乙烯基接枝改性的纳米粒子依次加入到器皿中，搅拌均匀后向器皿中滴加1g过硫酸铵以及605.5g混合单体，滴加4小时，然后70℃条件下搅拌1h至反应完全，降温至室温，中和至pH为7后出料，过滤得到纳米二氧化钛接枝改性丙烯酸乳液。

将80g纳米二氧化钛接枝改性丙烯酸乳液，15.9g水，4g邻苯二甲酸二丁酯，0.1g分散剂AMP-95加入到容器中混合，搅拌均匀得到液体组分。

将50g水泥，22.1g重钙(350目)，20g石英砂(250目)，0.4g聚羧酸盐类减水剂DL-100(购自南京东来材料科技有限公司)，7.5g渗透结晶剂FLW-CCCW母料(购自上海睿睿防水材料有限公司)加入到搅拌罐中搅拌均匀，得到粉体组分。

称取液体组分100g，粉体组分100g，二者混合，搅拌均匀后得到防水涂料B。涂料B按照国家标准GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》要求进行性能检测，结果见表1。

实施例三

将1.05g纳米二氧化锆(购自北京首创纳米科技有限公司)，100g乙醇，0.32g乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)依次加入到接有冷凝回流装置的反应釜中并混合均匀，在72℃条件下冷凝回流4h，过滤并采用蒸馏水洗涤后干燥得到端乙烯基接枝改性的纳米粒子。先将350g丙烯酸正丁酯，3g甲基丙烯酸酯，8gN-甲基丙烯酸甲酯，150g苯乙烯混合获得混合单体，再将1.25g十二烷基硫酸钠，375.88g水以及上述全部端乙烯基接枝改性的纳米粒子依次加入到器皿中，搅拌均匀后向器皿中滴加10.5g过硫酸铵以及511g混合单体，滴加5小时，然后60℃条件下搅拌1.5h至反应完全，降温至室温，中和至pH为7后出料，过滤得到纳米二氧化锆接枝改性丙烯酸乳液。

将80g纳米二氧化锆接枝改性丙烯酸乳液，14.2g水，5.5g邻苯二甲酸二辛酯，0.3g分散剂AMP-95加入到容器中混合，搅拌均匀得到液体组分。

将50g水泥，34.4g重钙(250目)，10g石英砂(150目)，0.6g聚羧酸盐类减水剂TS-JS(购自山东同盛建材有限公司)，5g渗透结晶剂FLW-CCCW母料(购自上海睿睿防水材料有限公司)加入到搅拌罐中搅拌均匀，得到粉体组分。

称取液体组分50g，粉体组分55g，二者混合，搅拌均匀后得到防水涂料C。涂料C按照国家标准GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》要求进行性能检测，结果见表1。

实施例四

将0.5g纳米氧化锌(购自北京首创纳米科技有限公司)，200g乙醇，0.41g乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)依次加入到接有冷凝回流装置的反应釜中并混合均匀，在80℃条件下冷凝回流2h，过滤并采用蒸馏水洗涤后干燥得到端乙烯基接枝改性的纳米粒子。先将300g丙烯酸正丁酯，2g甲基丙烯酸酯，4.25gN-甲基丙烯酸甲酯，130g苯乙烯混合获得混合单体，再将0.9十二烷基硫酸钠，359.44g水以及上述全部端乙烯基接枝改性的纳米粒子依次加入到器皿中，搅拌均匀后向器皿中滴加2.5g过硫酸铵以及436.25g混合单体，滴加3.5小时，然后65℃条件下搅拌2.5h至反应完全，降温至室温，中和至pH为7后出料，过滤得到纳米氧化锌接枝改性丙烯酸乳液。

将74.8g纳米氧化锌接枝改性丙烯酸乳液，18.5g水，6.5g邻苯二甲酸二丁酯，0.2g分散剂DP518(购自台湾得谦化学公司)加入到容器中混合，搅拌均匀得到液体组分。

将50g水泥，19.2g重钙(300目)，20g石英砂(200目)，0.8g醚胺粉体减水剂SM(购自上海景硕建材有限公司)，10g渗透结晶剂FLW-CCCW母料(购自上海睿睿防水材料有限公司)加入到搅拌罐中搅拌均匀，得到粉体组分。

称取液体组分50g，粉体组分60g，二者混合，搅拌均匀后得到防水涂料D。涂料D按照国家标准GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》要求进行性能检测，结果见表1。

实施例五

将1.51g纳米三氧化二铝(购自北京首创纳米科技有限公司)，100g乙醇，0.19g乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)依次加入到接有冷凝回流装置的反应釜中并混合均匀，在20℃条件下冷凝回流6h，过滤并采用蒸馏水洗涤后干燥得到端乙烯基接枝改性的纳米粒子。先将300g丙烯酸正丁酯，4g甲基丙烯酸酯，0.5gN-甲基丙烯酸甲酯，100g苯乙烯混合获得混合单体，再将1.6g十二烷基硫酸钠，490g水以及上述全部端乙烯基接枝改性的纳米粒子依次加入到器皿中，搅拌均匀后向器皿中滴加2.2g过硫酸铵以及404.5g混合单体，滴加4小时，然后63℃条件下搅拌3h至反应完全，降温至室温，中和至pH为7后出料，过滤得到纳米三氧化二铝接枝改性丙烯酸乳液。

将72.37g纳米三氧化二铝接枝改性丙烯酸乳液，20.45g水，6.75g邻苯二甲酸二辛酯，0.43g分散剂DP518加入到容器中混合，搅拌均匀得到液体组分。

将42.1g水泥，33g重钙(300目)，15g石英砂(200目)，0.4g醚胺粉体减水剂SM(购自上海景硕建材有限公司)及0.4g聚羧酸盐类减水剂TS-JS(购自山东同盛建材有限公司)，9.1g渗透结晶剂FLW-CCCW母料(购自上海睿睿防水材料有限公司)加入到搅拌罐中搅拌均匀，得到粉体组分。

称取液体组分50g，粉体组分75g，二者混合，搅拌均匀后得到防水涂料E。涂料E按照国家标准GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》要求进行性能检测，结果见表1。

表1

由上表可知，本发明的防水涂料各方面性能指标均有明显提高。

除上述实施例外，本发明还可有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种防水涂料，其特征是，所述防水涂料包括液体组分和粉体组分，二者重量比例为1：(0.8～1.5)，所述液体组分由以下原料按重量百分比配制而成：纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液68.7～80％，水14.2～22.8％，增塑剂4～8％，分散剂0.1～0.5％；所述粉体组分由以下原料按重量百分比配制而成：水泥34.2～50％，重钙19.2～35％，石英砂10～20％，减水剂0.4～0.8％，渗透结晶剂5～10％。

2.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征是，所述纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液由以下原料按质量百分比配制而成：甲基丙烯酸酯0.1～0.5％，丙烯酸正丁酯30～40％，苯乙烯10～20％，纳米粒子0.01～0.2％，乙烯基三乙氧基硅烷0.005～0.05％，乙醇10～20％，N-甲基丙烯酸甲酯0.05～0.8％，十二烷基硫酸钠0.05～0.2％，过硫酸铵0.1～2％，水25～49％。

3.根据权利要求2所述的防水涂料，其特征是：所述纳米粒子为纳米二氧化硅，纳米二氧化钛，纳米三氧化二铝，纳米二氧化锆，纳米氧化锌中的一种。

4.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征是：所述分散剂为AMP-95、DP518中的一种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种；所述减水剂为醚胺粉体减水剂、聚羧酸盐类减水剂中的一种；所述渗透结晶剂为FLW-CCCW母料。

5.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征是：所述重钙的粒径为300±50目，所述石英砂的粒径为200±50目。

6.一种防水涂料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

一、制备纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液；

二、按所需液体组分重量百分比将68.7～80％纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液，14.2～22.8％水，4～8％增塑剂，0.1～0.5％分散剂加入到容器中，搅拌均匀得到液体组分；

三、按所需粉体组分重量百分比将34.2～50％水泥，19.2～35％重钙，10～20％石英砂，0.4～0.8％减水剂，5～10％渗透结晶剂混合均匀，得到粉体组分；

四、将液体组分和粉体组分按重量比1：(0.8～1.5)混合，搅拌均匀后得到防水涂料。

7.根据权利要求6所述防水涂料的制备方法，其特征是，步骤一中所述纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液的制备方法包括如下步骤：

⑴按配方计量，将0.01～0.2％纳米粒子，10～20％乙醇，0.005～0.05％乙烯基三乙氧基硅烷依次加入到接有冷凝回流装置的反应釜中并混合均匀，在20～80℃条件下冷凝回流2～6h，过滤并采用蒸馏水洗涤后干燥得到端乙烯基接枝改性的纳米粒子；

⑵将0.05～0.2％十二烷基硫酸钠，25～49％水，端乙烯基接枝改性的纳米粒子依次加入到器皿中，搅拌均匀，向器皿中滴加0.1～2％过硫酸铵以及30～40％丙烯酸正丁酯，0.1～0.5％甲基丙烯酸酯，0.05～0.8％N-甲基丙烯酸甲酯和10～20％苯乙烯组成的混合单体；

⑶滴加结束后，65±5℃条件下搅拌2±1h至反应完全，降温至室温，中和至pH为7后出料，过滤得到纳米粒子接枝改性丙烯酸乳液。

8.根据权利要求7所述防水涂料的制备方法，其特征是：所述步骤⑵中滴加时间控制在4±1h。

9.根据权利要求7所述防水涂料的制备方法，其特征是：所述纳米粒子为纳米二氧化硅，纳米二氧化钛，纳米三氧化二铝，纳米二氧化锆，纳米氧化锌中的一种。

10.根据权利要求6所述防水涂料的制备方法，其特征是：所述分散剂为AMP-95、DP518中的一种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种；所述减水剂为醚胺粉体减水剂、聚羧酸盐类减水剂中的一种；所述渗透结晶剂为FLW-CCCW母料。