CN105713474B - 一种用做混凝土表面防护的有机蒙脱土改性弹性涂料及其制备方法 - Google Patents

一种用做混凝土表面防护的有机蒙脱土改性弹性涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用做混凝土表面防护的有机蒙脱土改性弹性涂料及其制备方法。所述有机蒙脱土改性弹性涂料中20～40%的有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液，25～35%颜填料，0.01～0.1% PH调节剂，0.1～1.0%的交联剂，0.3～1％的分散剂，0～1%成膜助剂，0.3～1%防冻剂，0.3～1％的消泡剂，0.3～1%增稠剂，0.1～0.2%杀菌剂，余量的水。目前的弹性涂料主要着重于解决弹性涂料的耐沾污性，而对抗碳化和耐老化方面很少涉及。本发明具丙烯酸弹性涂料的弹性抗裂性能，同时具备抗回粘、耐玷污、抗碳化、耐老化等特点。

Description

一种用做混凝土表面防护的有机蒙脱土改性弹性涂料及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种用做混凝土表面防护的有机蒙脱土改性弹性涂料及其制备方法。
背景技术
混凝土在硬化时，由于体积减缩而产生的硬化裂缝；温度变化时，由于热涨冷缩而产生的温度裂缝；晴雨天干湿变化时，由于湿涨干缩而产生的干缩裂缝；冬天雨水在墙体冻融时，由于水结冰体积膨胀而产生的冻融裂缝；地基沉降时产生结构裂缝等，导致混凝土表面保护装饰涂层开裂，雨水和空气随裂缝渗漏进入墙体，加深对建筑物的破坏，如钢筋锈蚀和混凝土碳化等危害建筑物。由于弹性涂料在一定温度范围内保持较高的弹性、韧性和伸长率，涂布在混凝土表面形成弹性保护层，当混凝土产生裂纹时涂层不会断裂，具有较好的防裂抗渗漏性，因此近年来弹性涂料得到大力发展。
另外，混凝土在服役过程中，还面临着诸多外界有害介质的侵蚀，尤其是二氧化碳和氯离子。由二氧化碳和氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀膨胀导致的开裂问题是工程中面临的普遍问题，严重降低了混凝土的耐久性和服役寿命。混凝土的外表面经常承受温度变化、水流冲刷、干湿交替、冻融循环等作用，从而不断风化、剥蚀、碳化，随时间的推移逐步加剧，最终危及工程结构的安全。在混凝土服役过程中，涂敷保护层，从而降低二氧化碳和氯离子的侵蚀。混凝土表面涂层防护法是最为经济高效的方法，但是常规表面抗碳化防护涂层在防裂抗渗漏性、耐久性、防盐侵蚀等存在很多的不足。
发明内容
为了解决混凝土裂缝渗漏和碳化的问题，本发明提供了一种用于混凝土表面防护的有机蒙脱土改性弹性涂料及其制备方法。
本发明利用乳液插层共聚方法，制备有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液，该方法有效地将乳胶粒子插层聚合到有机蒙脱土中，使得蒙脱土片层剥离分散在核壳丙烯酸聚合物中，充分发挥了有机蒙脱土阻隔气体、耐老化和核壳丙烯酸的防裂抗渗漏性的优点。
本发明所述用做混凝土表面防护的有机蒙脱土改性弹性涂料，由下述组分按下述重量百分比组成：
有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液 20～40%,
颜填料 25～35%，
PH调节剂 0.01～0.1%
分散剂 0.3～1%，
成膜助剂 0～1%，
防冻剂 0.3～1%，
消泡剂 0.3～1%，
增稠剂 0.3～1%，
杀菌剂 0.1～0.2%，
水 余量，
所述有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液由有机蒙脱土、（甲基）丙烯酸（酯）和酰胺类功能单体经乳液聚合形成的水分散乳液，乳液中树脂的玻璃化转变温度低于-8℃，固含量不低于42%；
所述酰胺类功能单体为双丙酮丙烯酰胺、丙烯酰胺；
所述颜填料由颜料和填料组成，所述颜料为钛白粉，所述填料选自高岭土、重钙、滑石粉中的一种以上任意比例混合；
所述PH值调节剂选自2-氨基-2-甲基-1-丙醇（AMP95）或氨水；
所述分散剂选用聚羧酸钠盐；
所述成膜助剂为醇酯十二，乙二醇丁醚，丙二醇甲醚，丙二醇丁醚，丙二醇苯醚，二乙二醇单乙醚和二丙二醇甲醚中的一种以上任意比例的混合物；
所述防冻剂选用丙二醇；
所述消泡剂为C7-C22的高碳醇，聚醚类和有机硅类消泡剂的一种以上任意比例的混合物；
所述增稠剂为甲基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素的一种以上任意比例的混合物；
所述有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液由下述方法制备，
步骤一：有机蒙脱土的制备：
取钠基蒙脱土（Na-MMT）置于反应容器中，加相对于钠蒙脱土的质量为12倍的水，搅拌加热到80℃反应保温30min，继续加70～140meq/100g阳离子乳液剂和相对于钠基蒙脱土3倍水的分散液。保温12h。用沉淀法洗涤10遍，80℃干燥研细后过200目筛子得到有机蒙脱土（O-MMT）。
步骤二：有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液的制备：
取步骤一所得有机改性蒙脱土O-MMT与首批混合核单体混合均匀，超声2h后静置24h，使有机单体渗到有机蒙脱土层间，得到核单体混合蒙脱土分散液；
将核单体混合蒙脱土分散液、PH缓冲剂、首批乳化剂溶液和首批引发剂加入反应容器中，水浴加热到75～80℃，反应30min；继续滴加由剩余混合核单体、第二批乳化剂水溶液以及第二批引发剂高速搅拌得到的核预乳化液，滴加时间1.5h；继续保温30min，
滴加由壳混合单体、第三批乳化剂水溶液以及第三批引发剂高速搅拌得到的壳预乳化液，滴加时间1.5h，加热到85℃，保温2h得到有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液。
所述混合核单体如前述分两次加入，两次的分别为40%，60%。
所述乳化剂溶液如前述分三次加入，首批、第二批、第三批分别占40%、23%、37%。
所述引发剂分三次加入，首批、第二批、第三批分别占30%、26%、44%。
步骤一所述阳离子乳化剂为十二烷基三甲基溴化铵，十六烷基三甲基溴化铵，十八烷基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基氯化铵中的一种；
步骤二所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂以任意比例复配得到的。乳化剂/丙烯酸单体=3～5%，HLB=13-15之间；
所述非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚或异构十三醇醚，阴离子乳化剂选自十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠；
步骤二所述引发剂为过硫酸钠，过硫酸钾，过硫酸铵中的一种。
所述用做混凝土表面防护的有机蒙脱土改性弹性涂料的制备方法：将所有原材料在800r/min~2500r/min速度下分散10-30min即得到有机蒙脱土改性弹性涂料。
相对于传统的防护材料，本发明的优点和有益效果在于：分子设计和组分的合理发配。首先，核壳结构的丙烯酸乳液，将低Tg的核层包裹在里面，高Tg的壳层包裹在外面，不仅有利于乳液本身的稳定，而且有利于增加分子内聚力和拉伸性能，另外，将纳米级的有机蒙脱土片层结构引入到核壳丙烯酸聚合物中，蒙脱土本身的片层结构的“迷宫效应”使气体进入涂膜的路径变长，从而提高所制备漆膜的抗碳化性能，而且作为纳米无机材料，蒙脱土还能提高涂膜的耐玷污性和耐候性。与现有防护技术相比，同时具备了现有弹性涂料以抗碳化涂料两种涂料的优点。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的内容作进一步的说明，但本发明的内容并不局限于实施例表述的范围。
各实施例中，断裂伸长率和拉伸强度按照建筑工业行业产品标准JG/T172-2011《弹性建筑涂料》要求测定。混凝土碳化程度按照建筑工业行业产品标准JG/T335-2011《混凝土结构防护用成膜型涂料》要求测定。
实施例1
1）有机蒙脱土O-MMT的制备：取50gNa-MMT于2L三口烧瓶中，加600g水，搅拌加热到80℃反应保温30min，继续加10.78g（70meq/100g）十二烷基三甲基溴化铵和150g水分散液。保温12h，用沉淀法洗涤10遍，80℃干燥研细后过200目筛子得到有机改性的蒙脱土。
2）有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液：53.3g甲基丙烯酸甲酯，100.7g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到核混合单体。75.8g甲基丙烯酸甲酯，78.2g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到壳混合单体。取63.8g核混合单体和3.2g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使核混合单体渗到有机蒙脱土O-MMT层间得到蒙脱土和有机单体混合物。2.76g十二烷基磺酸钠（SDS），5.52g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在405.6g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、165.6g乳化剂溶液、0.57g过硫酸钠以及0.95g碳酸氢钠加入三口烧瓶中，水浴加热到75℃，反应30min，继续滴加由剩余的核混合单体、95.2乳化剂溶液以及0.50g过硫酸钠高速乳化的核预乳化液，滴加时间1.5h。保温45min，继续滴加由壳混合单体、153.1乳化剂溶液以及0.84g过硫酸钠高速乳化的壳预乳化液，滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液。
3）有机蒙脱土改性弹性涂料的制备：41.0g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.14g乙二酸二酰肼ADH，20.0g钛白粉，4.0g滑石粉，8.0g重质碳酸钙，0.01gPH调节剂AMP-95，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，0.5g成膜助剂醇酯十二，0.4g防冻剂丙三醇，0.4g有机硅消泡剂，0.5g纤维素类增稠剂，0.2g杀菌剂，24.4g水，搅拌均匀，即获得有机蒙脱土改性弹性涂料。涂层拉伸强度2.2MPa，断裂伸长率360%，减少28d碳化程度91%。
实施例2
1）有机蒙脱土O-MMT的制备：取50gNa-MMT于2L三口烧瓶中，加600g水，搅拌加热到80℃反应保温30min，继续加9.2g（70meq/100g）十二烷基三甲基氯化铵和150g水分散液。保温12h，用沉淀法洗涤10遍，80℃干燥研细后过200目筛子得到有机改性的蒙脱土。
2）有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液：48.3g甲基丙烯酸甲酯，105.7g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到核混合单体。71.5g甲基丙烯酸甲酯，82.5g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到壳混合单体。取63.8g核混合单体和3.2g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使核混合单体渗到有机蒙脱土O-MMT层间得到蒙脱土和有机单体混合物。2.76g十二烷基磺酸钠（SDS），5.52g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在405.6g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、165.6g乳化剂溶液、0.57g过硫酸钠以及0.95g碳酸氢钠加入三口烧瓶中，水浴加热到75℃，反应30min，继续滴加由剩余的核混合单体、95.2乳化剂溶液以及0.50g过硫酸钠高速乳化的核预乳化液，滴加时间1.5h。保温45min，继续滴加由壳混合单体、153.1乳化剂溶液以及0.84g过硫酸钠高速乳化的壳预乳化液，滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液。
3）有机蒙脱土改性弹性涂料的制备：41.0g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.14g乙二酸二酰肼ADH，20.0g钛白粉，4.0g滑石粉，8.0g重质碳酸钙，0.01gPH调节剂AMP-95，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，0.5g成膜助剂醇酯十二，0.4g防冻剂丙三醇，0.4g有机硅消泡剂，0.5g纤维素类增稠剂，0.2g杀菌剂，24.4g水，搅拌均匀，即获得有机蒙脱土改性弹性涂料。涂层拉伸强度2.2MPa，断裂伸长率516%，减少28d碳化程度93%。
实施例3
1）有机蒙脱土O-MMT的制备：取50gNa-MMT于2L三口烧瓶中，加600g水，搅拌加热到80℃反应保温30min，继续加12.7g（70meq/100g）十六烷基三甲基溴化铵和150g水分散液。保温12h，用沉淀法洗涤10遍，80℃干燥研细后过200目筛子得到有机改性的蒙脱土。
2）有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液：43.2g甲基丙烯酸甲酯，110.8g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到核混合单体。67.2g甲基丙烯酸甲酯，86.8g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到壳混合单体。取63.8g核混合单体和3.2g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使核混合单体渗到有机蒙脱土O-MMT层间得到蒙脱土和有机单体混合物。2.76g十二烷基磺酸钠（SDS），5.52g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在405.6g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、165.6g乳化剂溶液、0.57g过硫酸钠以及0.95g碳酸氢钠加入三口烧瓶中，水浴加热到75℃，反应30min，继续滴加由剩余的核混合单体、95.2乳化剂溶液以及0.50g过硫酸钠高速乳化的核预乳化液，滴加时间1.5h。保温45min，继续滴加由壳混合单体、153.1乳化剂溶液以及0.84g过硫酸钠高速乳化的壳预乳化液，滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液。
3）有机蒙脱土改性弹性涂料的制备：41.0g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.14g乙二酸二酰肼ADH，20.0g钛白粉，4.0g滑石粉，8.0g重质碳酸钙，0.01gPH调节剂AMP-95，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，0.5g成膜助剂醇酯十二，0.4g防冻剂丙三醇，0.4g有机硅消泡剂，0.5g纤维素类增稠剂，0.2g杀菌剂，24.4g水，搅拌均匀，即获得有机蒙脱土改性弹性涂料。涂层拉伸强度1.5MPa，断裂伸长率897%，减少28d碳化程度92%。
实施例4
1）有机蒙脱土O-MMT的制备：取50gNa-MMT于2L三口烧瓶中，加600g水，搅拌加热到80℃反应保温30min，继续加11.2g（70meq/100g）十六烷基三甲基氯化铵和150g水分散液。保温12h，用沉淀法洗涤10遍，80℃干燥研细后过200目筛子得到有机改性的蒙脱土。
2）有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液：38.0g甲基丙烯酸甲酯，116.0g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到核混合单体。62.7g甲基丙烯酸甲酯，91.3g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到壳混合单体。取63.8g核混合单体和6.4g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使核混合单体渗到有机蒙脱土O-MMT层间得到蒙脱土和有机单体混合物。2.76g十二烷基磺酸钠（SDS），5.52g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在405.6g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、165.6g乳化剂溶液、0.57g过硫酸钠以及0.95g碳酸氢钠加入三口烧瓶中，水浴加热到75℃，反应30min，继续滴加由剩余的核混合单体、95.2乳化剂溶液以及0.50g过硫酸钠高速乳化的核预乳化液，滴加时间1.5h。保温45min，继续滴加由壳混合单体、153.1乳化剂溶液以及0.84g过硫酸钠高速乳化的壳预乳化液，滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液。
3）有机蒙脱土改性弹性涂料的制备：41.0g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.14g乙二酸二酰肼ADH，20.0g钛白粉，4.0g滑石粉，8.0g重质碳酸钙，0.01gPH调节剂AMP-95，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，0.5g成膜助剂醇酯十二，0.4g防冻剂丙三醇，0.4g有机硅消泡剂，0.5g纤维素类增稠剂，0.2g杀菌剂，24.4g水，搅拌均匀，即获得有机蒙脱土改性弹性涂料。涂层拉伸强度1.3MPa，断裂伸长率1152%，减少28d碳化程度95%。
实施例5
1）有机蒙脱土O-MMT的制备：取50gNa-MMT于2L三口烧瓶中，加600g水，搅拌加热到80℃反应保温30min，继续加11.2g（70meq/100g）十六烷基三甲基氯化铵和150g水分散液。保温12h，用沉淀法洗涤10遍，80℃干燥研细后过200目筛子得到有机改性的蒙脱土。
2）有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液：32.5g甲基丙烯酸甲酯，121.5g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到核混合单体。58.0g甲基丙烯酸甲酯，96.0g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g双丙酮丙烯酰胺混合均匀得到壳混合单体。取63.8g核混合单体和6.4g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使核混合单体渗到有机蒙脱土O-MMT层间得到蒙脱土和有机单体混合物。2.76g十二烷基磺酸钠（SDS），5.52g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在405.6g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、165.6g乳化剂溶液、0.57g过硫酸钠以及0.95g碳酸氢钠加入三口烧瓶中，水浴加热到75℃，反应30min，继续滴加由剩余的核混合单体、95.2乳化剂溶液以及0.50g过硫酸钠高速乳化的核预乳化液，滴加时间1.5h。保温45min，继续滴加由壳混合单体、153.1乳化剂溶液以及0.84g过硫酸钠高速乳化的壳预乳化液，滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液。
3）有机蒙脱土改性弹性涂料的制备：41.0g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.14g乙二酸二酰肼ADH，20.0g钛白粉，4.0g滑石粉，8.0g重质碳酸钙，0.01gPH调节剂AMP-95，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，0.5g成膜助剂醇酯十二，0.4g防冻剂丙三醇，0.4g有机硅消泡剂，0.5g纤维素类增稠剂，0.2g杀菌剂，24.4g水，搅拌均匀，即获得有机蒙脱土改性弹性涂料。涂层拉伸强度1.1MPa，断裂伸长率1264%，减少28d碳化程度94%。

Claims (1)

1.一种用做混凝土表面防护的有机蒙脱土改性弹性涂料，其特征在于：由下述组分按下述重量百分比组成：
所述有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液由有机蒙脱土、(甲基)丙烯酸(酯)和酰胺类功能单体经乳液聚合形成的水分散乳液，乳液中树脂的玻璃化转变温度低于-8℃，固含量不低于42％；
所述酰胺类功能单体为双丙酮丙烯酰胺、丙烯酰胺；
所述颜填料由颜料和填料组成，所述颜料为钛白粉，所述填料选自高岭土、重钙、滑石粉中的一种以上任意比例混合；
所述PH值调节剂选自2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP95)或氨水；
所述分散剂选用聚羧酸钠盐；
所述成膜助剂为醇酯十二，乙二醇丁醚，丙二醇甲醚，丙二醇丁醚，丙二醇苯醚，二乙二醇单乙醚和二丙二醇甲醚中的一种以上任意比例的混合物；
所述防冻剂选用丙二醇；
所述消泡剂为C7-C22的高碳醇，聚醚类和有机硅类消泡剂的一种以上任意比例的混合物；
所述增稠剂为甲基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素的一种以上任意比例的混合物；
所述有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液的制备方法为：
步骤一：有机蒙脱土的制备：
取钠基蒙脱土(Na-MMT)置于反应容器中，加相对于钠基蒙脱土的质量为12倍的水，搅拌加热到80℃反应保温30min，继续加70～140meq/100g阳离子乳化剂和相对于钠基蒙脱土的质量为3倍的水的分散液； 保温12h； 用沉淀法洗涤10遍，80℃干燥研细后过200目筛子得到有机蒙脱土(O-MMT)；
步骤二：有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液的制备：
取步骤一所得有机改性蒙脱土O-MMT与首批混合核单体混合均匀，超声2h后静置24h，使有机单体渗到有机蒙脱土层间，得到核单体混合蒙脱土分散液；
将核单体混合蒙脱土分散液、pH缓冲剂、首批乳化剂水溶液和首批引发剂加入反应容器中，水浴加热到75～80℃，反应30min；继续滴加由剩余混合核单体、第二批乳化剂水溶液以及第二批引发剂高速搅拌得到的核预乳化液，滴加时间1.5h；继续保温30min；
滴加由壳混合单体、第三批乳化剂水溶液以及第三批引发剂高速搅拌得到的壳预乳化液，滴加时间1.5h，加热到85℃，保温2h得到有机蒙脱土改性核壳丙烯酸乳液；
所述混合核单体如前述分两次加入，两次的分别为40％，60％；
所述乳化剂水溶液如前述分三次加入，首批、第二批、第三批分别占40％、23％、37％；
所述引发剂分三次加入，首批、第二批、第三批分别占30％、26％、44％；
步骤一所述阳离子乳化剂为十二烷基三甲基溴化铵，十六烷基三甲基溴化铵，十八烷基三甲基溴化铵，十二烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基氯化铵中的一种；
步骤二所述乳化剂为阴离子乳化剂和非离子乳化剂以任意比例复配得到的； 乳化剂/丙烯酸单体＝3～5％，HLB＝13-15之间；
所述非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚或异构十三醇醚，阴离子乳化剂选自十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠；
步骤二所述引发剂为过硫酸钠，过硫酸钾，过硫酸铵中的一种。
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