CN107337945A - 一种超疏水含氟水泥基涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超疏水含氟水泥基涂料，所述超疏水含氟水泥基涂料包括下述组分：水泥粉末；乙烯基三乙氧基硅烷预聚体；十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷；以及氯铂酸。本发明还提供一种制备上述超疏水含氟水泥基涂料的方法。本发明的有益效果在于本发明的水泥基涂料可提供超疏水性质，显著提高管廊主体结构的防水性和耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及综合管廊防水技术领域。具体来说，本发明涉及一种超疏水含氟水泥基涂料及其制备方法。
背景技术
综合管廊就是地下城市管道综合走廊，即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理。综合管廊可避免不同单位对“拉链式”马路的重复开挖、可集约地利用地下空间且节约管线建设资金。
阻碍综合管廊大规模建设的原因之一就是管廊的防水问题。管廊建设的安全使用寿命要达到100年，但大量案例事实表明管廊隧道渗漏现象严重。渗漏水引起混凝土腐蚀、钢筋锈蚀等，这会造成严重的安全事故和巨大经济损失。
现有技术中，通过对管廊主体结构进行多重防水处理来提高管廊的防水性能。但防水材料与水泥粘结性不好，容易脱落。且防水材料层一旦在后续施工中被破坏，则使得管廊整体的防水设施形同虚设，没有从根本上解决管廊防水的问题。
为此，本领域需要一种用于管廊防水的超疏水含氟水泥基涂料及其制备方法。
发明内容
本发明之目的在于提供一种超疏水含氟水泥基涂料，从而解决现有技术中的上述技术问题。所述超疏水含氟水泥基涂料包括乙烯基硅烷预聚体以及含氟硅烷单体。乙烯基硅烷预聚体在催化剂作用下可进一步聚合和交联，在水泥基涂料中形成互连贯穿网络。此外，乙烯基硅烷预聚体水解后形成的硅醇、含氟硅单体水解后形成的含氟硅醇可与水泥水解形成的含羟基的硅酸钙纳米颗粒发生缩合反应，从而在硅酸钙纳米颗粒包覆大量的含氟疏水基团，使得水泥基涂料整体呈现超疏水性质。另外，本发明的水泥基涂料中使用改性废旧水泥作为水泥组分，这不仅确保了与管廊主体的良好粘结性，还大大增强了水泥基涂料的强度，显著提高了管廊的耐久性。
为了实现上述目的，本发明提供下述技术方案。
在第一方面中，本发明提供一种超疏水含氟水泥基涂料，所述超疏水含氟水泥基涂料可包括下述组分：水泥粉末；乙烯基三乙氧基硅烷预聚体；十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷；以及氯铂酸。
在第一方面的一种实施方式中，所述水泥粉末可包括废旧水泥粉末。
在第一方面的另一种实施方式中，所述乙烯基三乙氧基硅烷预聚体通过在引发剂和氯铂酸存在下，使乙烯基三乙氧基硅烷进行自由基聚合来制备。
在第一方面的另一种实施方式中，所述引发剂包括偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰。
在第一方面的另一种实施方式中，所述乙烯基三乙氧基硅烷预聚体的粘度为10cP-150cP。
在第一方面的另一种实施方式中，所述超疏水含氟水泥基涂料包括下述组分：
水泥粉末，100重量份；
乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，10-20重量份；
十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，10-50重量份；以及
氯铂酸，0.1-2重量份，
其中氯铂酸的含量不包括制备乙烯基三乙氧基硅烷预聚体时所添加的氯铂酸。
在第二方面中，本发明提供一种制备如第一方面所述的超疏水含氟水泥基涂料的方法，所述方法可包括下述步骤：
(1)制备乙烯基三乙氧基硅烷预聚体；以及
(2)混合乙烯基三乙氧基硅烷预聚体、水泥粉末、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷以及氯铂酸。
在第二方面的一种实施方式中，所述步骤(1)可包括通过在引发剂和氯铂酸存在下，使乙烯基三乙氧基硅烷进行自由基聚合来制备乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，且当乙烯基三乙氧基硅烷预聚体的粘度达到10cP-150cP时停止反应。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)因为乙烯基三乙氧基硅烷预聚体可在施工后继续发生聚合和交联，且乙烯基三乙氧基硅烷预聚体水解后形成的硅醇、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷水解后形成的含氟硅醇和水泥水解形成的含羟基的硅酸钙纳米颗粒发生缩合反应，从而在硅酸钙纳米颗粒包覆大量的含氟疏水基团，使得水泥基涂料整体呈现超疏水性质；(2)本发明的水泥基涂料中使用改性废旧水泥作为水泥组分，这不仅确保了与管廊主体的良好粘结性，还大大增强了水泥基涂料的强度，显著提高了管廊的耐久性。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚和完整的描述。
管廊的防渗透防水性能对确保管廊的使用寿命至关重要。现有技术不能完全解决这个问题，因此本领域需要一种超疏水含氟水泥基涂料及其制备方法。
本发明之目的在于提供一种超疏水含氟水泥基涂料，所述超疏水含氟水泥基涂料包括乙烯基硅烷预聚体以及含氟硅烷单体。乙烯基硅烷预聚体在催化剂作用下可进一步聚合和交联，在水泥基涂料中形成互连贯穿网络。此外，乙烯基硅烷预聚体水解后形成的硅醇、含氟硅单体水解后形成的含氟硅醇可与水泥水解形成的含羟基的硅酸钙纳米颗粒发生缩合反应，从而在硅酸钙纳米颗粒包覆大量的含氟疏水基团，使得水泥基涂料整体呈现超疏水性质。
就本发明而言，施工时，乙烯基三乙氧基硅烷预聚体在氯铂酸的催化下将进一步聚合，形成贯穿水泥颗粒的聚合物网络。同时，因为将粘度控制为10cP-150cP，分子量较低，所以乙烯基三乙氧基硅烷预聚体将发生水解，形成相应的硅醇。类似地，十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷也将发生水解，形成相应的含氟硅醇。改性水泥粉末水化后的C-S-H凝胶体水解后获得带有羟基的硅酸钙纳米颗粒。这三种水解产物在催化剂氯铂酸的催化作用下，通过羟基官能团相互之间发生复杂的缩合反应，最终在硅酸钙纳米颗粒表面形成大量含氟疏水基团，进而使得本发明的水泥基涂料整体上呈现超疏水性。
另外，本发明的水泥基涂料中使用改性废旧水泥作为水泥组分，这不仅确保了与管廊主体的良好粘结性，还大大增强了水泥基涂料的强度，使得水泥基涂料在后续的施工中不容易受到破坏，从而显著提高了管廊的耐久性。
在第一方面中，本发明提供一种超疏水含氟水泥基涂料，所述超疏水含氟水泥基涂料可包括下述组分：水泥粉末；乙烯基三乙氧基硅烷预聚体；十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷；以及氯铂酸。
在第一方面的一种实施方式中，所述水泥粉末包括废旧水泥粉末。
在第一方面的另一种实施方式中，所述乙烯基三乙氧基硅烷预聚体通过在引发剂和氯铂酸存在下，使乙烯基三乙氧基硅烷进行自由基聚合来制备。
在第一方面的另一种实施方式中，所述引发剂包括偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰。
在第一方面的另一种实施方式中，所述乙烯基三乙氧基硅烷预聚体的粘度为10cP-150cP。
在第一方面的另一种实施方式中，所述超疏水含氟水泥基涂料包括下述组分：
水泥粉末，100重量份；
乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，10-20重量份；
十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，10-50重量份；以及
氯铂酸，0.1-2重量份，
其中氯铂酸的含量不包括制备乙烯基三乙氧基硅烷预聚体时所添加的氯铂酸。
在第二方面中，本发明提供一种制备如第一方面所述的超疏水含氟水泥基涂料的方法，所述方法可包括下述步骤：
(1)制备乙烯基三乙氧基硅烷预聚体；以及
(2)混合乙烯基三乙氧基硅烷预聚体、水泥粉末、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷以及氯铂酸。
在第二方面的一种实施方式中，所述步骤(1)可包括通过在引发剂和氯铂酸存在下，使乙烯基三乙氧基硅烷进行自由基聚合来制备乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，且当乙烯基三乙氧基硅烷预聚体的粘度达到10cP-150cP时停止反应。
实施例1
本实施例涉及超疏水含氟水泥基涂料及其制备方法。
研磨水泥粉末，利用筛孔孔径为80微米的水泥水筛进行筛选，干燥后得到水泥粉末，并用密封袋封装待用。
使用偶氮二异丁腈作为引发剂，氯铂酸作为催化剂，在50℃下于甲苯中使乙烯基三乙氧基硅烷进行聚合。当聚合反应生成的乙烯基三乙氧基硅烷预聚体粘度达到10cP时，停止反应，取出预聚体并冷却至室温备用。
超声混合100重量份水泥粉末，10重量份乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，10重量份十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，以及0.1重量份氯铂酸，得到根据实施例1的超疏水含氟水泥基涂料。
将水泥基材在本实施例的超疏水含氟水泥基涂料中继续超声处理30-45分钟，室温干燥12小时，形成超疏水涂层。该涂层的纯水接触角为158.38°。
实施例2
本实施例涉及超疏水含氟水泥基涂料及其制备方法。
研磨废旧水泥小块，利用筛孔孔径为80微米的水泥水筛进行筛选，干燥后得到废旧水泥粉末，并用密封袋封装待用。
使用过氧化二苯甲酰作为引发剂，氯铂酸作为催化剂，在45℃下于甲苯中使乙烯基三乙氧基硅烷进行聚合。当聚合反应生成的乙烯基三乙氧基硅烷预聚体粘度达到50cP时，停止反应，取出预聚体并冷却至室温备用。
超声混合100重量份水泥粉末，10重量份乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，50重量份十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，以及1重量份氯铂酸，得到根据实施例2的超疏水含氟水泥基涂料。
将水泥基材在本实施例的超疏水含氟水泥基涂料中继续超声处理30-45分钟，室温干燥12小时，形成超疏水涂层。该涂层的纯水接触角为160.38°。
实施例3
本实施例涉及超疏水含氟水泥基涂料及其制备方法。
研磨水泥粉末，利用筛孔孔径为80微米的水泥水筛进行筛选，干燥后得到水泥粉末，并用密封袋封装待用。
使用偶氮二异丁腈作为引发剂，氯铂酸作为催化剂，在80℃下于甲苯中使乙烯基三乙氧基硅烷进行聚合。当聚合反应生成的乙烯基三乙氧基硅烷预聚体粘度达到150cP时，停止反应，取出预聚体并冷却至室温备用。
超声混合100重量份水泥粉末，20重量份乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，10重量份十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，以及2重量份氯铂酸，得到根据实施例1的超疏水含氟水泥基涂料。
将水泥基材在本实施例的超疏水含氟水泥基涂料中继续超声处理30-45分钟，室温干燥12小时，形成超疏水涂层。该涂层的纯水接触角为159.38°。
实施例4
本实施例涉及超疏水含氟水泥基涂料及其制备方法。
研磨水泥粉末，利用筛孔孔径为80微米的水泥水筛进行筛选，干燥后得到水泥粉末，并用密封袋封装待用。
使用偶氮二异丁腈作为引发剂，氯铂酸作为催化剂，在50℃下于甲苯中使乙烯基三乙氧基硅烷进行聚合。当聚合反应生成的乙烯基三乙氧基硅烷预聚体粘度达到10cP时，停止反应，取出预聚体并冷却至室温备用。
超声混合100重量份水泥粉末，15重量份乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，30重量份十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，以及1.5重量份氯铂酸，得到根据实施例4的超疏水含氟水泥基涂料。
将水泥基材在本实施例的超疏水含氟水泥基涂料中继续超声处理30-45分钟，室温干燥12小时，形成超疏水涂层。该涂层的纯水接触角为158.78°。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明披露的内容，在不脱离本发明范围和精神的情况下做出的改进和修改都本发明的范围之内。
Claims (8)
1.一种超疏水含氟水泥基涂料，所述超疏水含氟水泥基涂料包括下述组分：
水泥粉末；
乙烯基三乙氧基硅烷预聚体；
十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷；以及
氯铂酸。
2.如权利要求1所述的超疏水含氟水泥基涂料，其特征在于，所述水泥粉末包括废旧水泥粉末。
3.如权利要求1所述的超疏水含氟水泥基涂料，其特征在于，所述乙烯基三乙氧基硅烷预聚体通过在引发剂和氯铂酸存在下，使乙烯基三乙氧基硅烷进行自由基聚合来制备。
4.如权利要求3所述的超疏水含氟水泥基涂料，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰。
5.如权利要求3所述的超疏水含氟水泥基涂料，其特征在于，所述乙烯基三乙氧基硅烷预聚体的粘度为10cP-150cP。
6.如权利要求1所述的超疏水含氟水泥基涂料，其特征在于，所述超疏水含氟水泥基涂料包括下述组分：
水泥粉末，100重量份；
乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，10-20重量份；
十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷，10-50重量份；以及
氯铂酸，0.1-2重量份，
其中氯铂酸的含量不包括制备乙烯基三乙氧基硅烷预聚体时所添加的氯铂酸。
7.一种制备如权利要求1所述的超疏水含氟水泥基涂料的方法，所述方法包括下述步骤：
(1)制备乙烯基三乙氧基硅烷预聚体；以及
(2)混合乙烯基三乙氧基硅烷预聚体、水泥粉末、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷以及氯铂酸。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括通过在引发剂和氯铂酸存在下，使乙烯基三乙氧基硅烷进行自由基聚合来制备乙烯基三乙氧基硅烷预聚体，且当乙烯基三乙氧基硅烷预聚体的粘度达到10cP-150cP时停止反应。
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