CN106085233A - 一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料及其制备方法与应用，该防水涂料的原料组分及其重量百分比组成如下：基质沥青30～40％，氨酯油10～15％，阳离子沥青乳化剂1～3％，增稠剂0.2～1.2％，无机填充剂10～20％，pH调节剂0.2～1％，水余量。本发明使用氨酯油改性沥青乳化制备水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，所用氨酯油价格很低，使得本发明的产品成本也很低，更适宜于工业化生产及产品市场化推广。较油性防水涂料环保，相比于阴离子乳化沥青，其与水泥表面的结合力更强，防水效果更佳。

Description

一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料及其制备方法与 应用
技术领域
本发明涉及一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料及其制备方法与应用，属建筑防水涂料技术领域。
背景技术
沥青是多种高分子组成的混合物，因其良好的粘结性、抗老化性、防水能力及高性价比，长期以来广泛用于防水和密封材料、道路修补等。乳化沥青是把沥青加热熔融，在机械作用力下，以细小微粒分散于含有乳化剂及助剂的水溶液中形成的水包油乳液。乳化沥青可分为阴离子、阳离子和非离子乳化沥青。近年来，水性沥青涂料由于具有良好的环保性、表面适应性、施工安全性及高性价比，在防水涂料领域越来越受到重视。
相比于阴离子乳化沥青，阳离子乳化沥青具有与水泥结合力强，能有效防止剥离现象；破乳与凝结时间适中；对气候的灵敏度低；对沥青膜性质影响小等优点，在道路、建筑等行业得到了越来越广泛的应用。通过添加橡胶乳液改性等措施，可用于防水和密封材料领域。现有制备改性乳化沥青的方法主要包括EVA、丙烯酸乳液、SBR胶乳、SBS胶乳外掺改性，或者SBS内掺改性；也有使用聚氨酯及其预聚体改性的方法。双组份聚氨酯涂料作为水性涂料的一种，其成膜温度低、附着力强，耐磨性好、硬度大、耐化学及耐候性好等优点，成为水性涂料的一个重要发展方向。但聚氨酯原料中的高反应性异氰酸根(-NCO)，使其仅能制备双组份聚氨酯及其改性涂料，很难制造单组份水性聚氨酯涂料。另外，目前水性聚氨酯乳液价格极高，且绝大部分都是阴离子聚氨酯乳液，在用其改性乳化沥青涂料技术领域，由于在乳液相容性、贮存稳定性、固含量等方面存在的缺陷，也鲜有文献报道及市场化产品。
氨酯油又称为氨基甲酸酯改性油脂或油脂改性聚氨酯，是甲苯二异氰酸酯(TDI)与干性油醇解物反应制成的产品，具有在空气中易氧化干燥，形成富有弹性的柔韧膜的特点，其丰满度、硬度、耐磨、耐水、耐油及耐化学腐蚀性较好，贮存稳定性好，性价比高。其特点是流平性较差、涂膜易变黄。
中国专利文献CN2016100675824A公开了一种聚氨酯沥青复合乳液及其使用方法。该聚氨酯沥青复合乳液由A、B和C组分制备而成，A组分为聚氨酯预聚体乳液；B组分为石油沥青、脂肪酸乙酯、碳化二亚胺、三乙烯二胺、轻质碳酸钙及增塑剂的混合乳液，C组分为季铵盐型表面活性剂与低分子醇的混合溶液。此发明的制备及实施过程，不使用有机溶剂，且石油沥青毒性小，对环境及人类健康影响小，且发明的复合乳液及其施工方法对基材的适应性较好，对基材的干燥性要求不高，且可用于不规整表面。但此发明所制备的涂料为油性涂料，与水性涂料相比仍存在环保性差距，并且所用原料组份多，成本较高，操作困难。
中国专利文献CN2011101887729A公开了一种水性聚氨酯环氧树脂改性乳化沥青。包括A组分和B组分，其中A组分为改性脂肪胺环氧树脂固化剂水溶液；B组分由下列质量份的组分组成：水性聚氨酯环氧树脂5～40份；乳化沥青60～95份；A组分与B组分之间的质量百分比为：1:10～1:30。应用时，将A、B两组分按比例混合均匀即得水性聚氨酯环氧树脂改性乳化沥青。本发明制备的水性聚氨酯环氧树脂改性乳化沥青具有良好的低温柔韧性和高温稳定性，在荷载作用下不易脆裂，与石料及路面粘附性好。但此方法制备的水性乳化沥青施工步骤繁琐，现场混合，立即使用，且成本较高。
发明内容
针对现有技术的不足，使用廉价氨酯油来改性沥青以降低产品成本，且其综合性能及性价比均达到国标要求。本发明提供一种具有性质稳定，储存期长，固含量高，与水泥面结合牢固，防水效果更佳，表干和实干时间短，性价比高，延展率好，拉伸强度大，不回黏，二次施工方便，制备方法简单，设备性能要求低，产品粘度可调，特别适合大面积机械施工的单组份水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料及其制备方法与应用。
本发明的技术方案如下：
一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，原料组分及其重量百分比组成如下：
根据本发明优选的，所述基质沥青为70#重交沥青、90#重交沥青、100号道路沥青中的一种或两种组合。
根据本发明优选的，所述基质沥青为70#重交沥青或90#重交沥青。
根据本发明优选的，所述氨酯油为桐油、亚麻油制备的干性氨酯油，即桐油型氨酯油、亚麻油型氨酯油的一种，氨酯油中NCO/OH摩尔比值为0.88～0.98。
根据本发明优选的，所述氨酯油为亚麻油制备的干性氨酯油，即亚麻油型氨酯油。
根据本发明优选的，所述阳离子沥青乳化剂为长链烷基甲基氯化铵盐，包括但不限于1231(十二烷基三甲基氯化铵)，1631(十六烷基三甲基氯化铵)，1831(十八烷基三甲基氯化铵)，18331(中裂型阳离子沥青乳化剂)中的一种或多种的组合，市购商品。
根据本发明优选的，所述增稠剂包括：羟乙基纤维素(HEC)，羟丙基甲基纤维素(HPMC)，乙基羟乙基纤维素(EHEC)，聚乙烯醇。
根据本发明优选的，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素(HPMC)。
根据本发明优选的，所述无机填充剂是不与乳化沥青反应的惰性无机填充材料的一种或多种，粒径小于325目。
根据本发明优选的，所述无机填充剂包括：轻钙、重钙、滑石粉、绢云母粉、云母粉、微细滑石粉中的一种或多种组合。
根据本发明优选的，所述无机填充剂为微细滑石粉。
根据本发明优选的，所述pH调节剂包括盐酸、乙酸、草酸、硫酸、磺酸一种或多种的组合。
根据本发明优选的，所述pH调节剂为盐酸或硫酸。
一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料的制备方法，包括步骤如下：
(1)制备氨酯油改性沥青：将基质沥青加热到170～180℃，然后加入氨酯油，搅拌均匀后，经机械研磨后，搅拌1小时备用；
(2)将阳离子沥青乳化剂加入到55～60℃水中搅拌溶解，加入pH调节剂，调节pH＝4～5，得阳离子沥青乳化剂溶液，备用；
(3)将温度为120～150℃的氨酯油改性沥青和阳离子沥青乳化剂溶液在乳化设备温度50℃，压力0.2MPa下混合研磨，充分乳化，得到氨酯油改性乳化沥青；
(4)将增稠剂溶解于水中，并加入无机填充剂，充分搅拌，使增稠剂和无机填充剂充分溶解于水中，得增稠混合物；
(5)待氨酯油改性乳化沥青冷却到70℃以下后，搅拌条件下缓慢加入步骤(4)中制备的无机填充剂和增稠剂的增稠混合物，搅拌均匀后出料。
根据本发明优选的，所述步骤(4)在增稠混合物中还加入少量上述阳离子沥青乳化剂和pH调节剂，防止后续混合过程中的破乳现象。
一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料在建筑物屋顶、卫生间、阳台、厨房及地下室防水的应用。
有益效果
1、本发明使用氨酯油改性沥青乳化制备水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，所用氨酯油价格很低，使得本发明的产品成本也很低，更适宜于工业化生产及产品市场化推广。
2、本发明的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料为水乳型防水涂料，较油性防水涂料环保，相比于阴离子乳化沥青，其与水泥表面的结合力更强，防水效果更佳。
3、本发明所制备的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，性质稳定，储存期长，可用于建筑物屋顶、卫生间、阳台、厨房及地下室的防水，具有固含量高，与水泥面结合牢固，表干和实干时间短、性价比高、延展率好、拉伸强度大、不回黏、二次施工方便等优点；制备方法简单，设备性能要求低，产品粘度可调，特别适合大面积机械施工。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但不限于此。
同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
其中所用阳离子沥青乳化剂为市购阳离子乳化剂，包括山东派尼化学有限公司的阳离子沥青乳化剂(Pion SM75，主要有效成分为1831)，济南海源化工有限公司的阳离子沥青乳化剂，山东华链化学有限公司的阳离子沥青乳化剂等。
实施例1
一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，原料组分及其重量百分比组成如下：
制备步骤如下：
(1)制备氨酯油改性沥青：将35kg 70#重交沥青加热到170℃，然后加入亚麻油型氨酯油10kg，搅拌均匀后，经SBS改性沥青胶体磨机械研磨后，搅拌1小时备用；
(2)将1.2kg乳化剂加入到55℃水中搅拌溶解，加入0.2kg盐酸pH调节剂，调节皂液pH＝4.5备用；
(3)将温度为120℃的亚麻油型氨酯油改性沥青和乳化剂溶液分别装入沥青罐和皂液罐。设定乳化沥青胶体磨温度50℃，压力0.2MPa，首先用皂液冲洗一遍胶体磨后，然后将亚麻油型氨酯油改性沥青与皂液，分别用加压泵泵入胶体磨中，充分乳化，得到亚麻油型氨酯油改性乳化沥青；
(4)将0.3kg羟丙基甲基纤维素(增稠剂)溶解于水中，并加入0.3kg沥青乳化剂及12kg微细滑石粉(无机填充剂)及0.1kg余量盐酸，然后用高速剪切机充分搅拌，使增稠剂和无机填充剂充分溶解于水中；
(5)待亚麻油型氨酯油改性乳化沥青冷却到70℃以下后，开动机械搅拌泵，缓慢加入步骤(4)制备的无机物和水的增稠混合物，搅拌均匀出料。
实施例2
一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，原料组分及重量百分比组成如下：
制备步骤如下：
(1)制备氨酯油改性沥青：将35kg 70#重交沥青加热到170℃，然后加入12kg桐油型氨酯油，搅拌均匀后，经SBS改性沥青胶体磨机械研磨后，搅拌1小时备用；
(2)将1.2kg沥青乳化剂加入到55℃水中搅拌溶解，加入0.2kg硫酸(pH调节剂)，调节皂液pH＝4.5左右备用；
(3)将温度为135℃的桐油型氨酯油改性沥青和乳化剂溶液分别装入沥青罐和皂液罐。设定乳化沥青胶体磨温度50℃，压力0.2MPa，首先用皂液冲洗一遍胶体磨后，然后将桐油型氨酯油改性沥青与皂液，分别用加压泵泵入胶体磨中，充分乳化，得到桐油型氨酯油改性乳化沥青；
(4)将0.3kg聚乙烯醇(增稠剂)溶解于水中，并加入0.3kg阳离子沥青乳化剂及10kg重钙(无机填充剂)及0.1kg余量硫酸，用高速剪切机充分搅拌，使增稠剂和无机填充剂充分溶解于水中；
(5)待桐油型氨酯油改性乳化沥青冷却到70℃以下后，开动机械搅拌泵，缓慢加入步骤(4)制备的无机物和水的增稠混合物，搅拌均匀出料。
实施例3
一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，原料组分及重量百分比组成如下：
制备步骤如下：
(1)制备氨酯油改性沥青：将36kg 90#重交沥青加热到175℃，然后加入10kg亚麻油型氨酯油，搅拌均匀后，经SBS改性沥青胶体磨机械研磨后，搅拌1小时备用；
(2)将1.1kg阳离子沥青乳化剂加入到60℃水中搅拌溶解，加入0.2kg盐酸(pH调节剂)，调节皂液pH＝4.5左右备用；
(3)将温度为130℃的亚麻油型氨酯油改性沥青和乳化剂溶液分别装入沥青罐和皂液罐。设定乳化沥青胶体磨温度50℃，压力0.2MPa，首先用皂液冲洗一遍胶体磨后，然后将亚麻油型氨酯油改性沥青与皂液，分别用加压泵泵入胶体磨中，充分乳化，得到亚麻油型氨酯油改性乳化沥青；
(4)将0.35kg羟丙基甲基纤维素(增稠剂)溶解于水中，并加入0.2kg阳离子沥青乳化剂、13kg云母粉(无机填充剂)及0.1kg余量盐酸，用高速剪切机充分搅拌，使增稠剂和无机填充剂充分溶解于水中；
(5)待亚麻油型氨酯油改性乳化沥青冷却到70℃以下后，开动机械搅拌泵，缓慢加入步骤(4)制备的无机物和水的增稠混合物，搅拌均匀出料。
实施例4
一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，原料组分及其重量百分比组成如下：
制备步骤如下：
(1)制备氨酯油改性沥青：将35kg 70#重交沥青加热到170℃，然后加入亚麻油型氨酯油13kg，搅拌均匀后，经SBS改性沥青胶体磨机械研磨后，搅拌1小时备用；
(2)将1.1kg阳离子沥青乳化剂加入到55℃水中搅拌溶解，加入0.1kg盐酸(pH调节剂)，调节皂液pH＝4.3备用；
(3)将温度为120℃的亚麻油型氨酯油改性沥青和乳化剂溶液分别装入沥青罐和皂液罐。设定乳化沥青胶体磨温度50℃，压力0.2MPa，首先用皂液冲洗一遍胶体磨后，然后将亚麻油型氨酯油改性沥青与皂液，分别用加压泵泵入胶体磨中，充分乳化，得到亚麻油型氨酯油改性乳化沥青；
(4)将0.3kg羟丙基甲基纤维素(增稠剂)溶解于水中，并加入0.2kg阳离子沥青乳化剂、12kg微细滑石粉(无机填充剂)及0.2kg余量盐酸，用高速剪切机充分搅拌，使增稠剂和无机填充剂充分溶解于水中；
(5)待亚麻油型氨酯油改性乳化沥青冷却到70℃以下后，开动机械搅拌泵，缓慢加入步骤(4)制备的无机物和水的增稠混合物，搅拌均匀出料。
实施例5
一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，原料组分及其重量百分比组成如下：
制备步骤如下：
(1)制备氨酯油改性沥青：将38kg 100号道路沥青加热到170℃，然后加入10kg亚麻油型氨酯油，搅拌均匀后，经SBS改性沥青胶体磨机械研磨后，搅拌1小时备用；
(2)将1.3kg阳离子沥青乳化剂加入到55℃水中搅拌溶解，加入0.2kg盐酸(pH调节剂)，调节皂液pH＝4备用；
(3)将温度为120℃的亚麻油型氨酯油改性沥青和乳化剂溶液分别装入沥青罐和皂液罐。设定乳化沥青胶体磨温度50℃，压力0.2MPa，首先用皂液冲洗一遍胶体磨后，然后将亚麻油型氨酯油改性沥青与皂液，分别用加压泵泵入胶体磨中，充分乳化，得到亚麻油型氨酯油改性乳化沥青；
(4)将0.3kg羟丙基甲基纤维素(增稠剂)溶解于水中，并加入0.2kg阳离子沥青乳化剂、14kg微细滑石粉(无机填充剂)及余量0.2kg盐酸，用高速剪切机充分搅拌，使增稠剂和无机填充剂充分溶解于水中；
(5)待亚麻油型氨酯油改性乳化沥青冷却到70℃以下后，开动搅拌泵，缓慢加入步骤(4)制备的无机物和水的增稠混合物，搅拌均匀出料。
实施例6
一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，原料组分及其重量百分比组成如下：
制备步骤如下：
(1)制备氨酯油改性沥青：将34kg 70#重交沥青加热到175℃，然后加入13kg桐油型氨酯油，搅拌均匀后，经SBS改性沥青胶体磨机械研磨后，搅拌1小时备用；
(2)将1.3kg的阳离子沥青乳化剂加入到55℃水中搅拌溶解，加入0.3kg硫酸，调节皂液pH＝4备用；
(3)将温度为150℃的桐油型氨酯油改性沥青和乳化剂溶液分别装入沥青罐和皂液罐。设定乳化沥青胶体磨温度50℃，压力0.2MPa，首先用皂液冲洗一遍胶体磨后，然后将桐油型氨酯油改性沥青与皂液，分别用加压泵泵入胶体磨中，充分乳化，得到桐油型氨酯油改性乳化沥青；
(4)将0.4kg聚乙烯醇(增稠剂)溶解于水中，并加入0.2kg阳离子沥青乳化剂、13kg重钙(无机填充剂)及0.2kg余量硫酸，用高速剪切机充分搅拌，使增稠剂和无机填充剂充分溶解于水中；
(5)待桐油型氨酯油改性乳化沥青冷却到70℃以下后，开动机械搅拌泵，缓慢加入步骤(4)制备的无机物和水的增稠混合物，搅拌均匀出料。
试验例1
上述水性阴离子氨酯油改性沥青防水涂料实际使用效果如下：
通过上表对比可知，本发明的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料能完全满足国标要求，性价比高，且固含量高，二次施工间隔小，性质稳定，储存期长，可用于建筑物屋顶、卫生间、阳台、厨房及地下室的防水，具有性价比高、延展率好、拉伸强度大、不回黏等优点；制备方法简单，设备性能要求低，产品粘度可调，特别适合大面积机械施工。

Claims (10)

1.一种水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，其特征在于，该防水涂料的原料组分及其重量百分比组成如下：
2.根据权利要求1所述的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，其特征在于，所述基质沥青为70#重交沥青、90#重交沥青、100号道路沥青中的一种或两种组合。
3.根据权利要求1所述的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，其特征在于，所述氨酯油为桐油型氨酯油或亚麻油型氨酯油；优选的，氨酯油中NCO/OH摩尔比值为0.88～0.98。
4.根据权利要求1所述的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，其特征在于，所述阳离子沥青乳化剂为长链烷基甲基氯化铵盐；优选十二烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基氯化铵，十八烷基三甲基氯化铵，中裂型阳离子沥青乳化剂中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，其特征在于，所述增稠剂为羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素或聚乙烯醇。
6.根据权利要求1所述的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，其特征在于，所述无机填充剂是不与乳化沥青反应的惰性无机填充材料的一种或多种，粒径小于325目。
7.根据权利要求6所述的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，其特征在于，所述无机填充剂为轻钙、重钙、滑石粉、绢云母粉、云母粉、微细滑石粉中的一种或多种组合。
8.根据权利要求1所述的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料，其特征在于，所述pH调节剂为盐酸、乙酸、草酸、硫酸、磺酸一种或多种的组合。
9.一种权利要求1-8任一项所述的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料的制备方法，包括步骤如下：
(1)制备氨酯油改性沥青：将基质沥青加热到170～180℃，然后加入氨酯油，搅拌均匀后，经机械研磨后，搅拌1小时备用；
(2)将阳离子沥青乳化剂加入到55～60℃水中搅拌溶解，加入pH调节剂，调节pH＝4～5，得阳离子沥青乳化剂溶液，备用；
(3)将温度为120～150℃的氨酯油改性沥青和阳离子沥青乳化剂溶液在乳化设备温度50℃，压力0.2MPa下混合研磨，充分乳化，得到氨酯油改性乳化沥青；
(4)将增稠剂溶解于水中，并加入无机填充剂，充分搅拌，使增稠剂和无机填充剂充分溶解于水中，得增稠混合物；
(5)待氨酯油改性乳化沥青冷却到70℃以下后，搅拌条件下缓慢加入步骤(4)中制备的无机填充剂和增稠剂的增稠混合物，搅拌均匀后出料。
10.权利要求1-8任一项所述的水性阳离子氨酯油改性沥青防水涂料在建筑物屋顶、卫生间、阳台、厨房及地下室防水的应用。
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