CN105713475B - 一种水泥基混凝土防水防护涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥基混凝土防水防护涂料及其制备方法；由重量为百分比为25～50%的有机蒙脱土改性丙烯酸液料和50～75%的42.5白色硅酸盐水泥组成。本发明聚合物水泥防护涂料不仅可以防水，具有优异的附着力以及耐候性，还具有良好的耐碱性和阻隔抗碳化性能，施工工艺简单，涂料成本低的特点，不仅可防水涂料而且可用作混凝土防护涂料，应用前景广阔。

Description

一种水泥基混凝土防水防护涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水泥基混凝土防水防护涂料及其制备方法。
背景技术
混凝土是目前人类使用的最大宗建筑材料。混凝土硬化后，因水分的蒸发留下大量的孔缝结构，而在使用过程中，水、二氧化碳等气体以及各种盐等腐蚀介质通过孔缝网络对混凝土产生侵蚀作用。
建筑物渗漏是困扰人们已久的一大难题，它不仅打乱正常生活同时会造成经济损失，因此在建设工程中建筑防水成为目前亟需发展研究的重要领域。
另外，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。
混凝土表面涂层防护法是最为经济高效的方法，在混凝土服役过程中，涂敷保护层，从而杜绝水的渗入，降低二氧化碳和氯离子的侵蚀。常规表面防护涂层大多为乳液和填料，填料价格高昂，且现有防护涂层在防水性，抗碳化、耐久性等方面也存在诸多不足。
例如201210480382.3公开了一种无皂乳液聚合得到的具有室温交联特征的硅烷改性丙烯酸乳液。乳液成本较高，而且由于全部是有机物高分子漆膜，耐候性差。
发明内容
为了解决传统防护涂料成本昂贵，以及耐候性、阻隔抗碳化性能差的问题，本发明提供了一种水泥基混凝土防水防护涂料及其制备方法。
利用有机蒙脱土改性传统丙烯酸乳液得到本发明所述水泥基混凝土防水防护涂料，在制备本发明所述水泥基混凝土防水防护涂料的过程中，有机蒙脱土插层丙烯酸乳胶粒子得到有机蒙脱土改性丙烯酸乳液；将白水泥填料、有机蒙脱土改性丙烯酸乳液、各种助剂等配制成本发明所述水泥基混凝土防水防护涂料。最大限度的发挥有机蒙脱土插层丙烯酸乳液的阻隔抗碳化性、优异的力学性能以及白水泥成本低廉、耐候性优异、且发生水化反应形成无机交联的优点。
本发明所述水泥基混凝土防水防护涂料由下述组分按下述重量百分比组成：
有机蒙脱土改性丙烯酸液料 25-50%，
42.5白水泥 50-75%；
所述有机蒙脱土改性丙烯酸液料的组成包括下述组分，以重量百分比计：
有机蒙脱土改性纯丙乳液 75～99%，
交联剂 0.1～1.0%，
分散剂 0～3％，
成膜助剂 0～4%，
消泡剂 0～1％，
增稠剂 0～1％，
水 余量；
所述有机蒙脱土改性纯丙乳液由有机改性蒙脱土，（甲基）丙烯酸（酯），双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和丙烯酰胺经共聚反应得到；共聚反应中有机改性蒙脱土：（甲基）丙烯酸（酯）：丙酮丙烯酰胺(DAAM)：丙烯酰胺=1~2%：100：0.5%~1.5%：0.5~1.5%；所得有机蒙脱土改性丙烯酸乳液的玻璃化转变温度Tg=-20～0℃；固含量为45~50wt%；
所述交联剂为己二酸二酰肼；
所述分散剂为聚丙烯酸钠分散剂、有机硅分散剂中的一种 ；
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任意一种以上任意比例的混合物；
所述消泡剂为C7-C22的高碳醇，聚醚类和有机硅类消泡剂中的任意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；
所述有机改性蒙脱土是由钠基蒙脱土经阳离子乳化剂改性得到，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。
所述有机蒙脱土改性纯丙乳液具体由下述方法制备：
步骤一：制备有机改性蒙脱土（O-MMT）
取钠基蒙脱土（Na-MMT）置于反应容器中，加第一批水，搅拌加热到80℃反应保温30min，所述钠基蒙脱土与第一批次水的质量比是1:12；
继续加70～140meq/100g的阳离子乳化剂和第二批水的混合溶液，保温12h，用沉淀法洗涤10遍，80℃干燥研细后过200目筛子得到O-MMT；
所述阳离子乳化剂与第二批次水的质量比是3～5：50；
第一批水和第二批水的比例为4:1；
步骤二：有机蒙脱土改性纯丙乳液的制备
取步骤一所得O-MMT与首批混合单体混合均匀，超声2h后静置24h，使有机单体渗到有机蒙脱土层间，得到有机单体混合蒙脱土分散液；将有机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；继续滴加由第二批混合单体、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纯丙乳液。
所述混合单体是指（甲基）丙烯酸（酯），双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和丙烯酰胺；
所述混合单体如前述分二次加入，首批、第二批分别占20~30%，70~80%。
所述乳化剂溶液如前述分二次加入，首批、第二批分别占40%、60%。
所述引发剂分二次加入，首批、第二批分别占30%、70%。
步骤二所述乳化剂为阴离子或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；
步骤二所述引发剂为过硫酸钠，过硫酸钾中的一种。
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。
本发明所述水泥基混凝土防水防护涂料的制备方法为：将上述有机蒙脱土改性丙烯酸液料，42.5白水泥以及余量的水混合均匀及得到所述水泥基混凝土防水防护涂料。
相对于传统的防护材料，本发明的优点和有益效果在于：通过乳胶粒子设计，引入纳米蒙脱土得到有机蒙脱土改性的防水防护防护涂料。在乳液干燥成膜后，硅酸盐呈片层平面取向，因此膜材有很高的阻隔性，可有效提高混凝土抗碳化、防盐侵蚀和抗渗能力。另外，三重交联结构，不仅增加了漆膜本身的致密性使其具有优异的防水抗碳化性能，而且增强了涂膜抗紫外线和耐候性的能力。所述三重交联体系，其第一重交联体系为有机蒙脱土改性纯丙乳液本身的室温自交联体系，增加了乳液漆膜的内聚力以及致密性。第二重交联体系为水泥形成的无机交联体系，42.5白水泥取代传统的钛白粉不仅大大降低涂料填料的成本，而且水泥在涂料成膜的过程中具有水化反应的特点，可增加涂料漆膜内的无机交联。第三重交联体系为乳液和水泥之间形成的有机-无机交联体系，有机蒙脱土改性纯丙乳液中的-COOH基团在碱性条件下水解成-COO-能与水泥水化产物Ca2+发生作用，在成膜过程中形成有机-无机交织结构，将乳胶粒子和水泥水化颗粒咬合在一起，生成柔韧，高强的有机无机复合材料。
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，不透水性按照国家标准GB/T23445-2009《聚合物水泥防水涂料》要求测定。冻融次数、混凝土碳化程度和氯离子渗透深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水的混合溶液。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）有机蒙脱土改性纯丙乳液的制备：100.6g甲基丙烯酸甲酯，207.3g丙烯酸丁酯，4.6g丙烯酸，4.6g双丙酮丙烯酰胺混合均匀。取63.4g混合有机单体和3.2g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使有机单体渗到有机蒙脱土层间O-MMT得到蒙脱土和有机单体混合物。1.6g十二烷基磺酸钠（SDS），7.9g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在387.9g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、158.9g乳化剂溶液、0.53g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，继续滴加由剩余的混合有机单体、剩余的乳化剂溶液以及1.05g过硫酸钠高速乳化的预乳化液。滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性纯丙乳液。
3）有机蒙脱土改性丙烯酸液料的制备：100g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.34g乙二酸二酰肼ADH，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，1g成膜助剂醇酯十二，0.3g消泡剂正辛醇，13g水进行复配得到有机蒙脱土改性丙烯酸液料。
4）35g有机蒙脱土改性丙烯酸液料，100g 42.5白色硅酸盐水泥混合，搅拌均匀，即获得聚合物水泥防护涂料，涂层满足不透水，超过500次冻融无剥落、无起泡现象，减少28d碳化程度90%，氯离子渗透深度90%。
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）有机蒙脱土改性纯丙乳液的制备：119.8g甲基丙烯酸甲酯，188.2g丙烯酸丁酯，4.6g丙烯酸，4.6g双丙酮丙烯酰胺混合均匀。取63.4g混合有机单体和3.2g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使有机单体渗到有机蒙脱土层间O-MMT和有机单体混合物。1.6g十二烷基磺酸钠（SDS），7.9g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在387.9g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、158.9g乳化剂溶液、0.53g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，继续滴加由剩余的混合有机单体、剩余的乳化剂溶液以及1.05g过硫酸钠高速乳化的预乳化液。滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性纯丙乳液。
3）有机蒙脱土改性丙烯酸液料的制备：100g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.34g乙二酸二酰肼ADH，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，1g成膜助剂醇酯十二，0.3g消泡剂正辛醇进行复配得到有机蒙脱土改性丙烯酸液料。
4）45g有机蒙脱土改性丙烯酸液料，100g 42.5白色硅酸盐水泥混合，搅拌均匀，即获得聚合物水泥防护涂料，涂层满足不透水，超过500次冻融无剥落、无起泡现象，减少28d碳化程度92%，氯离子渗透深度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）有机蒙脱土改性纯丙乳液的制备：129g甲基丙烯酸甲酯，179g丙烯酸丁酯，4.6g丙烯酸，4.6g双丙酮丙烯酰胺混合均匀。取63.4g混合有机单体和6.4g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使有机单体渗到有机蒙脱土层间O-MMT和有机单体混合物。1.6g十二烷基磺酸钠（SDS），7.9g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在317.2g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、130.7g乳化剂溶液、0.53g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，继续滴加由剩余的混合有机单体、剩余的乳化剂溶液以及1.05g过硫酸钠高速乳化的预乳化液。滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性纯丙乳液。
3）有机蒙脱土改性丙烯酸液料的制备：100g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.34g乙二酸二酰肼ADH，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，1g成膜助剂醇酯十二，0.3g消泡剂正辛醇，0.2g羟乙基纤维素进行复配得到有机蒙脱土改性丙烯酸液料。
4）55g有机蒙脱土改性丙烯酸液料，100g 42.5白色硅酸盐水泥混合，搅拌均匀，即获得聚合物水泥防护涂料，涂层满足不透水，超过500次冻融无剥落、无起泡现象，减少28d碳化程度95%，氯离子渗透深度93%。
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）有机蒙脱土改性纯丙乳液的制备：146.5g甲基丙烯酸甲酯，161.5g丙烯酸丁酯，4.6g丙烯酸，4.6g双丙酮丙烯酰胺混合均匀。取63.4g混合有机单体和6.4g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使有机单体渗到有机蒙脱土层间O-MMT和有机单体混合物。1.6g十二烷基磺酸钠（SDS），7.9g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在317.2g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、130.7g乳化剂溶液、0.53g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，继续滴加由剩余的混合有机单体、剩余的乳化剂溶液以及1.05g过硫酸钠高速乳化的预乳化液。滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性纯丙乳液。
3）有机蒙脱土改性丙烯酸液料的制备：100g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.34g乙二酸二酰肼ADH，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，4g成膜助剂醇酯十二，0.3g消泡剂正辛醇，0.4g羟乙基纤维素进行复配得到有机蒙脱土改性丙烯酸液料。
4）55g有机蒙脱土改性丙烯酸液料，100g 42.5白色硅酸盐水泥混合，搅拌均匀，即获得聚合物水泥防护涂料，涂层满足不透水，超过500次冻融无剥落、无起泡现象，减少28d碳化程度95%，氯离子渗透深度94%。
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）有机蒙脱土改性纯丙乳液的制备：146.5g甲基丙烯酸甲酯，161.5g丙烯酸丁酯，4.6g丙烯酸，4.6g双丙酮丙烯酰胺混合均匀。取63.4g混合有机单体和6.4g机改性蒙脱土O-MMT混合均匀后超声2h后静置24h，使有机单体渗到有机蒙脱土层间O-MMT和有机单体混合物。1.6g十二烷基磺酸钠（SDS），7.9g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）分散在317.2g水中得到乳化剂溶液，将全部O-MMT和有机单体混合物、130.7g乳化剂溶液、0.53g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，继续滴加由剩余的混合有机单体、剩余的乳化剂溶液以及1.05g过硫酸钠高速乳化的预乳化液。滴加时间1.5。加热到85℃继续保温2h得到有机蒙脱土改性纯丙乳液。
3）有机蒙脱土改性丙烯酸液料的制备：100g有机蒙脱土改性纯丙乳液，0.34g乙二酸二酰肼ADH，0.5g分散剂聚丙烯酸钠，4g成膜助剂醇酯十二，0.3g消泡剂正辛醇，0.8g羟乙基纤维素进行复配得到有机蒙脱土改性丙烯酸液料。
4）100g有机蒙脱土改性丙烯酸液料，100g 42.5白色硅酸盐水泥混合，搅拌均匀，即获得聚合物水泥防护涂料，涂层满足不透水，超过500次冻融无剥落、无起泡现象，减少28d碳化程度96%，氯离子渗透深度95%。

Claims (3)

1.一种水泥基混凝土防水防护涂料，其特征在于，由下述组分按下述重量百分比组成：
有机蒙脱土改性丙烯酸液料 25-50％，
42.5白水泥 50-75％；
所述有机蒙脱土改性丙烯酸液料的组成包括下述组分，以重量百分比计：
所述有机蒙脱土改性纯丙乳液由有机改性蒙脱土，(甲基)丙烯酸(酯)，双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和丙烯酰胺经共聚反应得到；共聚反应中有机改性蒙脱土：(甲基)丙烯酸(酯)：丙酮丙烯酰胺(DAAM)：丙烯酰胺＝1～2％：100：0.5％～1.5％：0.5～1.5％；所得有机蒙脱土改性丙烯酸乳液的玻璃化转变温度Tg＝-20～0℃；固含量为45～50wt％；
所述交联剂为己二酸二酰肼；
所述分散剂为聚丙烯酸钠分散剂、有机硅分散剂中的一种；
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任意一种以上任意比例的混合物；
所述消泡剂为C7-C22的高碳醇，聚醚类和有机硅类消泡剂中的任意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纯丙乳液具体由下述方法制备：
步骤一：制备有机改性蒙脱土(O-MMT)
取钠基蒙脱土(Na-MMT)置于反应容器中，加第一批水，搅拌加热到80℃反应保温30min，所述钠基蒙脱土与第一批次水的质量比是1:12；
继续加70～140meq/100g的阳离子乳化剂和第二批水的混合溶液，保温12h，用沉淀法洗涤10遍，80℃干燥研细后过200目筛子得到O-MMT；
所述阳离子乳化剂与第二批次水的质量比是3～5：50；
第一批水和第二批水的比例为4:1；
步骤二：有机蒙脱土改性纯丙乳液的制备
取步骤一所得O-MMT与首批混合单体混合均匀，超声2h后静置24h，使有机单体渗到有机蒙脱土层间，得到有机单体混合蒙脱土分散液；将有机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；继续滴加由第二批混合单体、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纯丙乳液；
所述混合单体是指(甲基)丙烯酸(酯)，双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和丙烯酰胺；
所述混合单体如前述分二次加入，首批、第二批分别占20～30％，70～80％；
所述乳化剂水溶液如前述分二次加入，首批、第二批分别占40％、60％；
所述引发剂分二次加入，首批、第二批分别占30％、70％；
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；
步骤二所述引发剂为过硫酸钠，过硫酸钾中的一种。
2.根据权利要求1所述的水泥基混凝土防水防护涂料，其特征在于，所述非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚或异构十三醇醚，所述阴离子乳化剂选自十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
3.权利要求1或2中的任一项所述水泥基混凝土防水防护涂料的制备方法，其特征在于，将前述有机蒙脱土改性丙烯酸液料和42.5白水泥混合均匀及得到所述水泥基混凝土防水防护涂料。
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