CN106893490B - 一种水乳型沥青涂料改性用乳液及其制备方法及涂料 - Google Patents

一种水乳型沥青涂料改性用乳液及其制备方法及涂料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水乳型沥青涂料改性用乳液及其制备方法及涂料，涉及建材领域，解决了水乳型沥青涂料不能同时具有高拉伸强度、高延伸率、高粘结强度及施工不起泡的技术问题。本发明的乳液由如下质量百分含量的组分组成：长链丙烯酸酯单体20％‑30％，苯乙烯类单体15％‑25％,丙烯酸类软单体25％‑35％，丙烯酸类硬单体15％‑20％,亲水性单体3％‑8％。采用本发明的乳液制备的水乳型沥青涂料同时具有高拉伸强度、高延伸率、高粘结强度及施工不起泡的特点。

Description

一种水乳型沥青涂料改性用乳液及其制备方法及涂料
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种水乳型沥青涂料改性用乳液及其制备方法及涂料。
背景技术
随着路桥和建筑工程的发展，沥青以其优异的防水性、粘结性在路桥工程和防水工程中被广泛地应用。水乳型沥青防水涂料是将沥青热熔后，在乳化剂等作用下通过高剪切机械力的作用将沥青分散在水中形成的水包油乳液。这种仅仅由沥青乳化得到的乳化沥青，因其力学性能较差，温度敏感性高等缺陷无法单独作为防水材料使用，只能作为一般的基层处理剂使用。近年来，人们通过在热熔沥青中加入SBS等橡胶材料，得到了橡胶改性乳化沥青防水材料，使得水乳型沥青涂料的性能有所改善，材料的高低温性能及断裂延伸率明显提高。
但是上述橡胶改性水乳型沥青涂料施工应用时效果依然不够理想，主要表现为涂膜与基面粘接力差，黏脚，抗渗压力小，太阳直射易起泡等问题。另外，橡胶类材料的加入使得热熔沥青的粘度明显升高，实际应用时橡胶类材料的添加量受到限制，通常在5％左右，因此无法达到预期的改性效果。利用丙烯酸类乳液、SBR或氯丁乳液对乳化沥青进行冷拼改性可以使加入的聚合物不受添加量的限制。
目前的研究结果表明，丙烯酸类乳液对水乳型沥青涂料的粘结强度和抗起泡能力改善较为明显，但因其与沥青的相容性差，对水乳型沥青涂料的拉伸强度、断裂延伸率、低温柔性的改善方面效果不理想。为解决上述问题，急需研究出一种能够同时提高涂料粘结强度、拉伸强度、断裂延伸率、低温柔性和抗起泡能力的乳液，而这一技术将非常有应用前景。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种水乳型沥青涂料改性用乳液及其制备方法及涂料，主要目的是解决水乳型沥青涂料不能同时具备高拉伸强度、高延伸率、高粘结强度及施工不起泡的问题。
为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种水乳型沥青涂料改性用乳液，所述乳液由如下质量百分含量的组分组成：
作为优选，所述乳液由如下质量百分含量的组分组成：
作为优选，所述乳液由如下质量百分含量的组分组成：
作为优选，所述长链丙烯酸酯单体选自丙烯酸异葵酯、甲基丙烯酸十二烷酯、丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸十八烷酯及丙烯酸十八烷酯中的至少一种。
作为优选，所述苯乙烯类单体选自苯乙烯、a-甲基苯乙烯及对甲基苯乙烯中的至少一种。
作为优选，所述丙烯酸类软单体选自丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸乙酯及丙烯酸甲酯中的至少一种。
作为优选，所述丙烯酸类硬单体选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯及甲基丙烯酸叔丁酯中的至少一种；
所述亲水性单体选自丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸及丙烯酰胺中的至少一种。
作为优选，所述乳液的固含量为49％-50％；所述乳液的粒径为190nm-230nm。
另一方面，本发明实施例提供了上述乳液的制备方法，该方法包括以下步骤：
按配方比例准备原料，将长链丙烯酸酯单体、苯乙烯类单体、丙烯酸类软单体、丙烯酸类硬单体及亲水性单体混合，得到混合单体；
将去离子水与乳化剂混合，得到乳化剂溶液；
将所述混合单体加入到所述乳化剂溶液中，得到预乳化液；
将水加入引发剂中，得到引发剂溶液；
将部分引发剂溶液升温至80℃-90℃并保温5min，保温结束后加入所述预乳化液和剩余引发剂溶液，所述预乳化液和剩余引发剂溶液全部加完用时3h,加完后再保温2h，保温结束后降至30℃以下并过滤，所得滤液为水乳型沥青涂料用改性乳液。
又一方面，本发明提供了一种涂料，其原料中包括乳液，所述乳液为上述水乳型沥青涂料改性用乳液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明针对丙烯酸类乳液对水乳型沥青涂料的粘结强度和抗起泡能力改善较为明显，但对水乳型沥青涂料的拉伸强度、断裂延伸率、低温柔性的改善方面效果不理想的技术问题，采用了在聚合物中引入长链丙烯酸酯单体和苯乙烯类单体以及两者合适的添加配比，提高了聚合物乳液与沥青材料的相容性，进而提高了水乳型改性沥青涂料的拉伸强度、断裂延伸率、低温柔性等性能；通过在聚合物乳液中引入丙烯酸类软单体和丙烯酸类硬单体以及两者合适的配比，提高了改性后水乳型沥青涂料的透气性以及该涂料在在太阳直射下的抗起泡性能。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
准备110g丙烯酸十八烷酯、132g苯乙烯、182g丙烯酸丁酯，99g甲基丙烯酸甲酯、27.5g甲基丙烯酸，将以上单体加入容器中混合均匀得到混合单体；
将称取的200g去离子水加入到预乳化罐中，再加入英国禾大生产的5gHYPERMER2296乳化剂，在缓慢搅拌的情况下加入上述混合单体，将上述混合单体全部加完后通过均质器得到预乳化液；
将准备好的40g去离子水加入到3g过硫酸铵中，搅拌溶解得到过硫酸铵溶液；
将准备好的300g去离子水加入到反应瓶中，将水升温至80℃，再向反应瓶中加入20g过硫酸铵溶液，保温5min后开始滴加上述预乳化液，将上述预乳化液全部滴加完用时3h，滴加完成后保温2h，保温过程结束后得到反应物，将上述反应物降至室温，过滤取其滤液，共计1093g,所得滤液即为水乳型沥青涂料用改性乳液；
经测试，所得改性乳液的固含量为50％，粒径为180nm。
实施例2
准备165g丙烯酸异葵酯、104.5g对甲基苯乙烯、143g丙烯酸异辛酯、110g丙烯酸甲酯及27.5g丙烯酰胺，将以上单体加入容器中混合均匀得到混合单体；
将称取的200g去离子水加入到预乳化罐中，再加入英国禾大生产的5gHYPERMER2296乳化剂，在缓慢搅拌的情况下加入上述混合单体，将上述混合单体全部加完后通过均质器得到预乳化液；
将准备好的40g去离子水加入到3g过硫酸铵中，搅拌溶解得到过硫酸铵溶液；
将准备好的300g去离子水加入到反应瓶中，将水升温至85℃，再向反应瓶中加入20g过硫酸铵溶液，保温5min后开始滴加上述预乳化液，将上述预乳化液全部滴加完用时3h，滴加完成后保温2h，保温过程结束后得到反应物，将上述反应物降至室温，过滤取其滤液，共计1095g,所得滤液即为水乳型沥青涂料用改性乳液；
经测试，所得改性乳液的固含量为49.5％，粒径为190nm。
实施例3
准备137.5g丙烯酸十二烷基酯、115.5g对甲基苯乙烯、176g丙烯酸丁酯，99g甲基丙烯酸甲酯、10g丙烯酰胺、12g丙烯腈，将以上单体混合均匀得到混合单体A，将以上单体加入容器中混合均匀得到混合单体；
将称取的200g去离子水加入到预乳化罐中，再加入英国禾大生产的5gHYPERMER2296乳化剂，在缓慢搅拌的情况下加入上述混合单体，将上述混合单体全部加完后通过均质器得到预乳化液；
将准备好的40g去离子水加入到3g过硫酸铵中，搅拌溶解得到过硫酸铵溶液；
将准备好的300g去离子水加入到反应瓶中，将水升温至88℃，再向反应瓶中加入20g过硫酸铵溶液，保温5min后开始滴加上述预乳化液，将上述预乳化液全部滴加完用时3h，滴加完成后保温2h，保温过程结束后得到反应物，将上述反应物降至室温，过滤取其滤液，共计1098g,所得滤液即为水乳型沥青涂料用改性乳液；
经测试，所得改性乳液的固含量为49.5％，粒径为220nm。
实施例4
准备40g丙烯酸异葵酯、50g甲基丙烯酸十二烷基酯、48g丙烯酸十八烷基酯、115g对甲基苯乙烯、100g丙烯酸丁酯、76g丙烯酸乙酯，99g甲基丙烯酸甲酯、10g丙烯酰胺、12g丙烯酸，将以上单体加入容器中混合均匀得到混合单体；
将称取的200g去离子水加入到预乳化罐中，再加入英国禾大生产的5gHYPERMER2296乳化剂，在缓慢搅拌的情况下加入上述混合单体，将上述混合单体全部加完后通过均质器得到预乳化液；
将准备好的40g去离子水加入到3g过硫酸铵中，搅拌溶解得到过硫酸铵溶液；
将准备好的300g去离子水加入到反应瓶中，将水升温至85℃，再向反应瓶中加入20g过硫酸铵溶液，保温5min后开始滴加上述预乳化液，将上述预乳化液全部滴加完用时3h，滴加完成后保温2h，保温过程结束后得到反应物，将上述反应物降至室温，过滤取其滤液，共计1098g,所得滤液即为水乳型沥青涂料用改性乳液；经测试，所得改性乳液的固含量为49.5％，粒径为230nm。
实施例5
准备138g丙烯酸十八烷基酯、115.5g a-基苯乙烯、100g丙烯酸丁酯、76g丙烯酸乙酯，99g甲基丙烯酸甲酯、10g丙烯酰胺、12g丙烯酸，将以上单体加入容器中混合均匀得到混合单体；
将称取的200g去离子水加入到预乳化罐中，再加入英国禾大生产的5gHYPERMER2296乳化剂，在缓慢搅拌的情况下加入上述混合单体，将上述混合单体全部加完后通过均质器得到预乳化液；
将准备好的40g去离子水加入到3g过硫酸铵中，搅拌溶解得到过硫酸铵溶液；
将准备好的300g去离子水加入到反应瓶中，将水升温至83℃，再向反应瓶中加入20g过硫酸铵溶液，保温5min后开始滴加上述预乳化液，将上述预乳化液全部滴加完用时3h，滴加完成后保温2h，保温过程结束后得到反应物，将上述反应物降至室温，过滤取其滤液，共计1098g,所得滤液即为水乳型沥青涂料用改性乳液；经测试，所得改性乳液的固含量为49.5％，粒径为230nm。
实施例6
选取实施例1-5制备的五种改性乳液、市售丙烯酸弹性乳液和市售氯丁乳液，分别依次标记1号乳液，2号乳液，3号乳液和、4号乳液、5号乳液、6号乳液和7号乳液，采用相同的制备工艺(具体为：将改性乳液、无机填料及助剂等加入纯乳化沥青中得到改性水乳型沥青防水涂料)，按照表1中的涂料配方分别制备七种涂料，分别标记1号涂料，2号涂料，3号涂料，4号涂料，5号涂料，6号涂料，7号涂料，涂料配方数据如表1所示。
表1.涂料基本配方比例
参照《JC/T 408-2005水乳型沥青防水涂料》标准对上述7种涂料的性能进行测试，并在各涂料样品均满足标准要求的情况下，对关键考察指标进行比较；其中拉伸强度测试方法参照《JG/T 172-2014弹性建筑涂料》进行，测试数据如表2所示。
表2. 7种涂料的力学和粘接强度测试数据
样品 拉伸强度/MPa 断裂延伸率/MPa 粘结强度/MPa
1号涂料样品 0.81 975 0.83
2号涂料样品 0.83 986 0.75
3号涂料样品 0.78 895 0.86
4号涂料样品 0.73 913 0.89
5号涂料样品 0.75 932 0.88
6号涂料样品 0.3 605 0.92
7号涂料样品 0.85 1056 0.46
将上述7种涂料分别涂布在水泥板上，湿膜厚度达到1.2mm，并在夏季正午环境温度达到38℃时，放置在太阳下，观察7种涂料样品是否起泡；目测结果如表3所示。
表3. 7种涂料在高温太阳直射情况下起泡现象
样品 是否起泡
1号涂料样品 否
2号涂料样品 否
3号涂料样品 否
4号涂料样品 否
5号涂料样品 否
6号涂料样品 否
7号涂料样品 是
由表2中测试数据可知，1号-5号涂料的拉伸强度、断裂延伸率及粘结强度均较好，说明本发明的改性乳液可以同时提高涂料的拉伸强度、断裂延伸率及粘结强度。
由表2中测试数据可知，6号涂料(丙烯酸乳液制备的涂料)的拉伸强度和断裂延伸率均明显不如采用本发明乳液制备的涂料的拉伸强度和断裂延伸率，但6号涂料(采用丙烯酸乳液制备的涂料)的粘结强度与采用本发明的改性乳液制备的涂料的粘结强度基本相近。
由表2中测试数据可知，7号涂料(氯丁乳液制备的涂料)的拉伸强度和断裂延伸率均与采用本发明乳液制备的涂料的拉伸强度和断裂延伸率效果相近；但7号涂料(氯丁乳液制备的涂料)的粘结强度明显不如采用本发明的改性乳液制备的涂料的粘结强度。
通过上述试验结果可知，采用本发明乳液制备的涂料在粘结强度性能上与丙烯酸乳液制备的涂料的粘结强度效果相近，在拉伸强度和断裂延伸率性能上与采用氯丁乳液制备的涂料的效果相近；采用本发明乳液制备的涂料性能同时具有采用丙烯酸乳液制备的涂料的较优的粘结强度和采用氯丁乳液制备的涂料的较优的拉伸强度和断裂延伸率，相对传统的丙烯酸乳液和氯丁乳液，本发明的乳液取其优点并改善其缺点。
由表3测试结果可知，1号-6号涂料在施工干燥时未出现起泡现象，7号涂料出现起泡现象，本发明乳液通过引入了一定量的亲水性组份，调节涂膜的透气率，有效缓解了涂膜干燥时的起泡现象。
由以上实施例和测试结果可知，本发明提供的乳液可同时提高水乳型乳化沥青的拉伸强度、断裂延伸率、粘接强度及抗起泡能力等性能，兼具了氯丁乳液和丙烯酸类乳液对水乳型沥青防水涂料的改性优点，合理避免了上述两种乳液的缺陷。
本发明提供的改性乳液是由如下质量百分含量的组分组成：
进一步优选的组分配比为：
进一步优选的组分配比为：
本发明的乳液在聚合物中引入长链丙烯酸酯单体和苯乙烯类单体以及两者合适的添加配比，由于这两类单体与沥青相溶性很好，因此提高了聚合物乳液与沥青材料的相容性，增强了乳液对沥青材料的改性效果，进而提高了水乳型改性沥青涂料的拉伸强度、断裂延伸率、低温柔性等性能；本发明通过在聚合物乳液中引入丙烯酸类软单体和丙烯酸类硬单体以及两者合适的配比，由于丙烯酸类单体对基层有非常好的粘接力，从而提高改性后水乳型改性沥青乳液与基层的粘接力；通过亲水性单体的引入，提高了改性后水乳型沥青涂料的透气性以及该涂料在太阳直射下的抗起泡性能；本发明提供的乳液具有非常广大的应用前景。
本发明还提供了一种涂料，该涂料可采用本发明提供的改性乳液，该涂料的组分配比可根据实际需要进行调整。
本发明实施例中未尽之处，本领域技术人员均可从现有技术中选用。
以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种水乳型沥青涂料改性用乳液，其特征在于，所述乳液由如下质量百分含量的组分组成：
所述长链丙烯酸酯单体选自丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸十二烷酯、丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸十八烷酯及丙烯酸十八烷酯中的至少一种；
所述丙烯酸类软单体选自丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸乙酯及丙烯酸甲酯中的至少一种；
所述丙烯酸类硬单体选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯及甲基丙烯酸叔丁酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种水乳型沥青涂料改性用乳液，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种水乳型沥青涂料改性用乳液，其特征在于，
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种水乳型沥青涂料改性用乳液，其特征在于，所述苯乙烯类单体选自苯乙烯、a-甲基苯乙烯及对甲基苯乙烯中的至少一种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种水乳型沥青涂料改性用乳液，其特征在于，所述亲水性单体选自丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸及丙烯酰胺中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种水乳型沥青涂料改性用乳液，其特征在于，所述乳液的固含量为49％-50％；所述乳液的粒径为190nm-230nm。
7.权利要求1-6任一项所述的一种水乳型沥青涂料改性用乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按配方比例准备原料，将长链丙烯酸酯单体、苯乙烯类单体、丙烯酸类软单体、丙烯酸类硬单体及亲水性单体混合，得到混合单体；
将去离子水与乳化剂混合，得到乳化剂溶液；
将所述混合单体加入到所述乳化剂溶液中，得到预乳化液；
将水加入引发剂中，得到引发剂溶液；
将部分引发剂溶液升温至80℃-90℃并保温5min，保温结束后加入所述预乳化液和剩余引发剂溶液，所述预乳化液和剩余引发剂溶液全部加完用时3h,加完后再保温2h，保温结束后降至35℃以下并过滤，所得滤液为水乳型沥青涂料改性用乳液。
8.一种涂料，其原料中包括乳液，其特征在于，所述乳液为权利要求1-6任一项所述的水乳型沥青涂料改性用乳液。
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