CN104497776B - 一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂及其制备方法 - Google Patents

一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂及其制备方法，以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯和硅烷偶联剂KH570作为共聚单体，并将天然可再生资源松香通过共混或共聚的方式加入其中，采用种子乳液聚合法制备了一种松香增强有机硅改性丙烯酸酯乳液。本发明的优点是：具有较好的耐电解质稳定性和稀释稳定性，成膜透明性好，抗水性强，且对土墙及其所附灰浆层渗透速率快。

Description

一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种加固保护剂，尤其涉及一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂及其制备方法。
背景技术
井冈山地区特有的革命红色标语即是井冈山斗争的珍贵历史见证，也是一笔宝贵的历史财富。但随着经济社会的发展，加上保护和利用的科技含量不高，井冈山的红色资源已开始因多年来自然因素和人类活动带来不同程度的损坏，许多革命红色标语因未保护或保护手段落后正面临着消失的危险。如井冈山行洲、茅坪、宁岗等红色标语集中区域，拥有大量见证了井冈山斗争历史的标语；然而，目前这些红色标语仅有少数采用加框、涂胶和照相保存等方法进行了简单的保护，还有更多的标语则由于未采取应有的保护措施，而随着时间的推移、风雨的侵蚀和环境的变化，很多“干打垒”夯土墙体表面保留着的红色标语受到了损毁。因此，迫切需要研发一种新型、有效的可用于土墙表面革命标语增强保护剂。
目前，常见的可用于标语载体——土墙的加固保护材料包括无机和有机材料。无机材料如强氧化钙、水玻璃等，虽价格低廉、来源方便、耐老化性好，但收缩性大、加固效果不显著，只能在土层表面形成一层坚硬的保护层，容易形成两张皮而脱落，且加固土层后表面有“泛白”现象，显然不利于表面标语的“原位”保护。有机材料耐水性、防腐蚀性好，容易与土墙结合，加固效果好，但耐老化性差。
聚丙烯酸酯是一种粘接性强、成膜性高的高分子材料，具有良好的耐油性、耐氧化性和耐候性，对极性和非极性表面均具有很强的附着力，且原料来源丰富、生产易于实施，已广泛应用于涂料、粘合剂、皮革加工及织物处理等多方面，在乳液研究和生产领域占有特殊地位。但纯丙烯酸酯聚合物的耐水性差、低变脆、高温又变粘而失去应用的强度，因而通常通过与其它单体共聚来改性。有机硅树脂以Si-O-Si为主链，由于Si-O键能大于普通有机高聚物中C-C键的键能并且键旋转容易， 具有良好的柔韧性，表面张力小，水及其它污物不易附着，这些特性使有机硅树脂具有良好的耐热性、耐臭氧、紫外光老化性、防潮性、抗水和水汽性。但其固化温度较高(150~200℃)、固化时间较长、对底层的附着力差、耐有机溶剂性差、温度较高时涂膜的机械强度不好、价格较贵等。用有机硅对丙烯酸醋聚合物进行改性有效地综合了有机硅与丙烯酸酯的优点，现已成功应用于涂料、胶黏剂、皮革涂饰剂等领域。随着硅丙乳液研究的深入，各种新的聚合工艺和方法不断涌现。
经检索，国内外虽已对丙烯酸及其有机硅改性丙烯酸酯乳液进行了许多研究，然而，仍未发现有机硅改性丙烯酸酯乳液作为土墙表面标语保护增强剂的文献报道。另外，作为一种可再生的萜烯类天然资源——松香具有防腐、防潮、绝缘、乳化和增粘等优良特性，将松香引入丙烯酸酯乳液中不仅改善其粘接性、耐水性和耐溶剂性能，而且增大了松香资源的附加值。因而，本发明的目的是制备一种可用于土墙及其所附灰浆层表面标语“原位”保护的室温加固保护材料，其结构特征是松香增强有机硅改性丙烯酸酯乳液。
本发明是基于国家科技支撑计划项目“鄱阳湖生态经济区建设生态环境保护关键技术研究及示范”研究课题：井冈山区域红色资源保护与利用关键技术研究与示范（课题编号：2012BAC11B01）而提出的专利申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂，该加固保护剂具有较好的耐电解质稳定性和稀释稳定性，成膜透明性好，抗水性强，且对土墙及其所附灰浆层渗透速率快等优点。
本发明是这样来实现的，其特征是：以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯和硅烷偶联剂KH570作为共聚单体，并将天然可再生资源松香通过共混或共聚的方式加入其中，以非离子-阴离子表面活性剂为复合表面活性剂，过硫酸盐为引发剂，去离子水为分散相，采用种子乳液聚合法制备了一种松香增强有机硅改性丙烯酸酯乳液。
本发明所述的加固保护剂的制备方法为：将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯和松香作为共聚物料，按质量比15:15:3:0.3~0.9计量；将质量分数为80%的去离子水以及质量分数4%复合表面活性剂加入三口瓶中于50℃下加热30min以混合均匀，加入1/3的共聚物料，搅拌30~60min后形成稳定乳液后，加入占质量分数1/3的引发剂，缓慢升温至80~85℃进行乳液聚合反应，当体系出现蓝色荧光，反应1~1.5h，同时缓慢滴加剩余2/3的共聚物料和剩余的2/3引发剂（2h滴加完成）；反应1.5h，当共聚物料剩余原体积的1/4时，迅速加入硅烷偶联剂KH-570，继续反应1.5h，反应结束后，将体系温度冷却至40℃以下，用质量分数为30%的氨水调节体系的pH值为7~8，过滤出料，得到泛蓝光的有机硅改性丙烯酸酯乳液，自然干燥后可得到透明的室温固化有机硅改性丙烯酸酯乳液涂膜。
本发明所述的硅烷偶联剂KH-570含量从3%增大至10%，凝胶率仍然低于1%，乳液稳定性高，涂膜透明性好。
本发明所述利用有机硅改性丙烯酸微乳胶粒表面的SiOR基团室温水解和SiOH基团的缩合反应，将众多的微乳液胶粒通过Si-O-Si键连接起来，形成室温固化的有机硅改性丙烯酸酯微乳液涂膜。
本发明所述有机硅改性丙烯酸酯乳液利用含有不饱和双键的有机硅单体与丙烯酸酯单体进行乳液共聚来制备，因其含有诸如烷氧基、羟基、羧基等多种活性基团，因而与夯土的结合力好，适用于土墙及其所附灰浆层表面的各种标语涂层保护。施工后，通过毛细管力和水乳液良好的润湿性对土墙进行快速渗透，使得松香增强有机硅改性丙烯酸酯乳液能够土颗粒间的空隙，通过无机Si-O网络和土墙的良好相容性，将土颗粒粘结交联起来，从而在保护土墙表面标语的同时，起到对土墙的加强加固作用。
本发明所述将可再生的天然资源——松香引入有机硅改性丙烯酸乳液中，不仅改善涂膜的粘接性、耐水性和耐溶剂性能，而且符合“绿色环保”的理念。
本发明所述所用松香可以是马尾松或湿地松，其用量为单体总量的1~3%，所得乳液稳定性高，涂膜透明性好，涂膜抗水性随松香用量增加而增强。
本发明所述复合表面活性剂为烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、OP系列中的两种或两种以上的复合物。
本发明所述引发剂过硫酸盐可以是过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠的一种或几种的混合物。
本发明的优点是：具有较好的耐电解质稳定性和稀释稳定性，成膜透明性好，抗水性强，且对土墙及其所附灰浆层渗透速率快，在对土墙及其所附灰浆层进行室温加固的同时，对土墙及其所附灰浆层表面形貌影响不大，是一种可用于土墙及其所附灰浆层表面标语“原位”保护的室温加固保护材料。
具体实施方式
为让本发明的上述内容和其它目的、特征及优点能够更清楚、易懂，以下将给出优选的实施方案，列举出具体的组分和用量，制备方法如上文所述，这些事例是用来描述本发明的，不应理解为限制任何特定的材料和条件。
实施实例1：
将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯和松香作为共聚物料，按质量比15:15:3:0.3计量；将质量分数为80%的去离子水以及质量分数4%复合表面活性剂加入三口瓶中于50℃下加热30min以混合均匀，加入1/3的共聚物料，搅拌30min后形成稳定乳液后，加入占质量分数1/3的引发剂，缓慢升温至80~85℃进行乳液聚合反应，当体系出现蓝色荧光，反应1~1.5h，同时缓慢滴加剩余2/3的共聚物料和剩余的2/3引发剂（2h滴加完成）；反应1.5h，当共聚物料剩余原体积的1/4时，迅速加入硅烷偶联剂KH-570，继续反应1.5h，反应结束后，将体系温度冷却至40℃以下，用质量分数为30%的氨水调节体系的pH值为7~8，过滤出料，得到泛蓝光的有机硅改性丙烯酸酯乳液，自然干燥后可得到透明的室温固化有机硅改性丙烯酸酯乳液涂膜。
实施实例2：
将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯和松香作为共聚物料，按质量比15:15:3:0.6计量；将质量分数为80%的去离子水以及质量分数4%复合表面活性剂加入三口瓶中于50℃下加热30min以混合均匀，加入1/3的共聚物料，搅拌45min后形成稳定乳液后，加入占质量分数1/3的引发剂，缓慢升温至80~85℃进行乳液聚合反应，当体系出现蓝色荧光，反应1~1.5h，同时缓慢滴加剩余2/3的共聚物料和剩余的2/3引发剂（2h滴加完成）；反应1.5h，当共聚物料剩余原体积的1/4时，迅速加入硅烷偶联剂KH-570，继续反应1.5h，反应结束后，将体系温度冷却至40℃以下，用质量分数为30%的氨水调节体系的pH值为7~8，过滤出料，得到泛蓝光的有机硅改性丙烯酸酯乳液，自然干燥后可得到透明的室温固化有机硅改性丙烯酸酯乳液涂膜。
实施实例3：
将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯和松香作为共聚物料，按质量比15:15:3:0.9计量；将质量分数为80%的去离子水以及质量分数4%复合表面活性剂加入三口瓶中于50℃下加热30min以混合均匀，加入1/3的共聚物料，搅拌60min后形成稳定乳液后，加入占质量分数1/3的引发剂，缓慢升温至80~85℃进行乳液聚合反应，当体系出现蓝色荧光，反应1~1.5h，同时缓慢滴加剩余2/3的共聚物料和剩余的2/3引发剂（2h滴加完成）；反应1.5h，当共聚物料剩余原体积的1/4时，迅速加入硅烷偶联剂KH-570，继续反应1.5h，反应结束后，将体系温度冷却至40℃以下，用质量分数为30%的氨水调节体系的pH值为7~8，过滤出料，得到泛蓝光的有机硅改性丙烯酸酯乳液，自然干燥后可得到透明的室温固化有机硅改性丙烯酸酯乳液涂膜。
利用上述方法制备的乳液，凝胶率小于1%，乳液耐电解质稳定性、离心稳定性和稀释稳定性都较好，对南方潮湿环境下土墙及其所附灰浆层表面进行室温加固，对土墙及其所附灰浆层表面形貌影响不大，具有渗透快、渗透深度可控的优点，是一种适合南方潮湿环境下土墙及其所附灰浆层表面标语加固保护的新型室温加固保护剂。

Claims (4)

1.一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂的制备方法，其特征是步骤为：将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯和松香作为共聚物料，按质量比15:15:3:0.3~0.9计量；以非离子-阴离子表面活性剂为复合表面活性剂，过硫酸盐为引发剂，去离子水为分散相，将质量分数为80%的去离子水以及质量分数4%复合表面活性剂加入三口瓶中于50℃下加热30min以混合均匀，加入1/3的共聚物料，搅拌30~60min后形成稳定乳液后，加入占质量分数1/3的引发剂，缓慢升温至80~85℃进行乳液聚合反应，当体系出现蓝色荧光，反应1~1.5h，同时缓慢滴加剩余2/3的共聚物料和剩余的2/3引发剂；反应1.5h，当共聚物料剩余原体积的1/4时，迅速加入硅烷偶联剂KH-570，继续反应1.5h，反应结束后，将体系温度冷却至40℃以下，用质量分数为30%的氨水调节体系的pH值为7~8，过滤出料，得到泛蓝光的有机硅改性丙烯酸酯乳液，自然干燥后可得到透明的室温固化有机硅改性丙烯酸酯乳液涂膜。
2.根据权利要求1所述一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂的制备方法，其特征在于：所述松香用量为共聚物料总量的1~3%。
3.根据权利要求1所述一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂的制备方法，其特征在于：所述复合表面活性剂为烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、OP系列中的两种或两种以上的复合物。
4.根据权利要求1所述一种土墙及所附灰浆层表面标语的加固保护剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠的一种或几种的混合物。
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