CN109401204A - 一种耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料 - Google Patents

一种耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料，采用化学镀法在制备镀铜玻璃纤维，以镀铜玻璃纤维作为增强材料以及阻根剂，石墨烯和无机纳米Si3N4陶瓷粒子改性柔性环氧树脂为基体通过真空导入工艺成型。采用本发明制备的耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料具有较高的力学强度，耐根穿刺以及防水效果良好，同时具备良好的耐磨性能，可避免因种植屋面土壤与防水层间的摩擦造成的防水层破坏；采用表面镀铜方式，大大降低了贵金属铜的使用量，节约了生产成本；采用真空导入工艺成型可以实现防水层与种植屋面基层的一体化，柔性环氧树脂能在常温下固化成型，具有节能、环保以及绿色的优点，与混凝土屋面的界面粘结性强。

Description

一种耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料
技术领域
本发明属于防水材料制备领域，具体涉及一种耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料。
背景技术
发展绿色种植屋面是缓解“城市热岛”效应以及保护城市生态环境的有效途径之一，绿色种植屋面工程由种植、防水、排水、保温隔热等多项综合技术构成，其中屋面防水技术尤为重要，一旦发生渗漏，将会造成较大经济损失。耐根穿刺防水材料是指具有抑制根系进一步向防水层生长，避免破坏防水层的一种高效防水材料，种植屋面系统中的植物根系具有极强的穿透性，若耐根穿刺防水材料选用不当，将会被植物根茎所穿透，造成建筑物的渗漏。
沥青类耐根穿刺防水卷材是目前使用量较大的防水材料之一，目前存在的问题有：第一，由于沥青类耐根穿刺防水卷材有一定的长度和宽度限制，使用时不可避免有搭接情况，植物根系易于穿透搭接处的缝隙中，因而搭接处的缝隙成为防水系统的薄弱环节；第二，沥青类耐根穿刺防水卷材施工时常采用热熔法焊接，不仅存在工艺复杂、能源消耗以及污染大的缺点，而且若热熔焊接过度会致卷材炭化，导致强度和粘结性降低，当使用化学组根剂时易造成卷材中添加的化学阻根剂高温分解，使得整体阻根性能变差或失效，若时间过短，则会使接缝形成虚焊；第三，沥青类耐根穿刺防水卷材的铜胎基主要为铜箔，其力学性能以及延展性差，施工时遇折角时胎体容易起鼓和断裂，并且阴角部分处理起来比较困难；此外，铜属于贵金属，价格较高，运用铜箔作为胎基增加了铜金属的使用量，增加了成本。环氧树脂具有优良的粘结性、化学稳定性和耐霉菌性以及固化收缩率低、成型简便，从而被用于防水涂料，然而涂料存在力学性能差的缺点，同时种植屋面的土壤与柔性防水层的摩擦会造成防水层的破坏。
CN106433155公开了一种非热熔型自粘耐根穿刺防水卷材的制备方法，以高分子树脂、优质沥青为基料，再添加一定量的滑石粉﹑SBS、SBR等材料，少量阻根剂以及溶剂油类。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能在常温下固化成型，具有节能、环保，与混凝土种植屋面的界面粘结性强，耐摩擦、耐根穿刺与防水效果好的耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料。
本发明目的的实现方式为，耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料，是由下述方式制备的，制备的具体步骤如下：
1)将玻璃纤维布或玻璃纤维束置于除油液中于40℃条件下除油30min，将处理之后的玻璃纤维布或玻璃纤维束置于10wt％的稀硫酸中以中和表面的碱液；
所述除油液为：氢氧化钠60g/L；碳酸钠30g/L和磷酸钠15g/L的混合液；
2)将经步骤1)除油、中和后的玻璃纤维布或玻璃纤维束置于敏化液中，于25℃条件下敏化10min，用清水反复漂洗；
所述敏化液为：氯化亚锡10g/L和盐酸40ml/L的混合液；所述盐酸百分浓度为38％；
3)将经步骤2)敏化的玻璃纤维布或玻璃纤维束置于活化液中，于25℃条件下活化10min，将溶液中的Pd2+离子转化为金属Pd颗粒，再置于含10g/L的次亚磷酸钠中活化10min，以还原表面的Pd2+；
所述活化液为：氯化钯0.5g/l和盐酸20ml/L的混合液；所述盐酸百分浓度为38％；
4)用氨水调节镀铜液的pH值为9-11，将经步骤3)活化后的玻璃布或玻璃纤维束置于镀铜液中镀铜，干燥之后得镀铜玻璃纤维；
所述镀铜液为：硫酸铜30-50g/L，次亚磷酸钠20-40g/L，柠檬酸钠50-70g/L，氯化铵40-60g/L和硫脲2-6mg/L的混合液；
镀铜温度为75-90℃，镀铜时间10-30min；
5)取质量份数双酚A型E51环氧树脂100份，活性稀释剂苯基缩水甘油醚10份，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯10份通过机械搅拌均匀，然后加入石墨烯0.5-2份及由硅烷偶联剂KH550处理的纳米Si3N44-8份，超声分散2h，后加入固化剂D400聚醚胺60.5份和固化促进剂壬基酚4份搅拌均匀，制得石墨烯和纳米Si3N4改性的柔性环氧树脂基体；
所述的由硅烷偶联剂KH550处理纳米Si3N4的方法为：将质量份数10份纳米Si3N4置于100份的无水乙醇与蒸馏水的混合液中于超声波下震荡30min，加入1份硅烷偶联剂KH550，得混合液，用乙酸调节混合液pH值为4-5，于70℃恒温水浴中冷凝回流继续搅拌4h，得硅烷偶联剂KH550处理的纳米Si3N4；
所述无水乙醇与蒸馏水的质量比为95:5；
6)耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料成型，成型方法为：
将步骤4)所得镀铜玻璃纤维布、脱模布、导流网、导流管、进胶管以及真空袋按序铺放至屋面上，后使用密封胶将真空袋密封，抽真空至真空袋内压力为-0.1MPa；将步骤5)制得的石墨烯和纳米Si3N4改性的柔性环氧树脂基体连上真空袋内的进胶管，改性的柔性环氧树脂真空导入至真空袋内，浸润真空袋中的镀铜玻璃纤维布，待浸润过程完成后常温固化成型，利用脱模布除去导流网、导流管、真空袋；即得与屋面一体化的耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料。
本发明具有以下有益效果：
1、以镀铜玻璃纤维布或镀铜玻璃纤维毡作为增强材料以及阻根剂，与铜箔胎基沥青阻根防水卷材相比，耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料具有较高的强度，同时表面镀铜的方式大大降低了贵金属铜的使用量，节约了生产成本；
2、使用石墨烯和由硅烷偶联剂处理的纳米Si3N4改性柔性环氧树脂作为基体，是石墨烯具备特殊的二维片层结构使其具备自润滑效应，纳米Si3N4表面能大、硬度高、刚性强，可以降低材料摩擦因数以及磨损率，同时镀铜玻璃纤维与无机纳米粒子的协同作用使得复合材料的耐摩擦磨损性能更为优异，可避免因种植屋面土壤与柔性防水层之间的摩擦磨损而造成防水层的破坏；
3、镀铜玻璃纤维与石墨烯和由硅烷偶联剂处理的纳米Si3N4增强柔性环氧树脂复合材料不仅能发挥铜离子的阻根效果，而且复合材料优良的力学性能以及耐磨擦磨损性能能够有效地阻挡植物根系的穿透，发挥物理屏障作用，其具备优异的耐根穿刺、防水功能；
4、以柔性环氧树脂作为基体，环氧树脂中有极性羟基以及醚键的存在，与混凝土屋面具有极强的强界面粘结性能，采用真空灌注成型方式，采用真空灌注成型方式，可以实现防水层与种植屋面基层的一体化，避免卷材铺设时搭接缝等防水薄弱环节的产生，柔性环氧树脂能在常温下固化成型，可避免沥青耐根穿刺防水卷材热熔焊接造成的能耗以及污染大的缺点，具有节能、环保以及绿色的优点。
具体实施方式
本发明将玻璃纤维置于除油液中除油，中和；置于敏化液中敏化，清水反复漂洗；活化液中活化；用氨水调镀铜液pH值，置于镀铜液中镀铜；配制柔性环氧树脂基体；以镀铜玻璃纤维作为增强材料以及阻根剂，柔性环氧树脂作为基体通过真空灌注等工艺成型耐根穿刺防水复合材料。
下面用具体实施例详述本发明。
实施例1
1)将玻璃纤维布置于除油液中于40℃条件下除油30min，将处理之后的玻璃纤维布置于10wt％的稀硫酸中以中和表面的碱液；
所述除油液的配方为：氢氧化钠60g/L、碳酸钠30g/L和磷酸钠15g/L的混合液；
2)将经步骤1)除油、中和后的玻璃纤维布置于敏化液中于25℃条件下敏化10min，用清水反复漂洗；
所述敏化液为：氯化亚锡10g/L和盐酸40ml/L的混合液；盐酸百分浓度为38％。
3)将经步骤2)敏化的玻璃纤维布置于活化液中于25℃条件下活化10min，将溶液中的Pd2+离子转化为金属Pd颗粒，再置于含10g/L的次亚磷酸钠中10min以还原表面的Pd2+；
所述活化液为：氯化钯0.5g/l和盐酸20ml/L的混合液；盐酸百分浓度为38％。
4)用氨水调节镀液的pH值为9，将经步骤3)活化后的玻璃纤维布置于镀铜液中，在75℃镀铜10min，干燥之后得镀铜玻璃纤维布；
所述镀铜液为：硫酸铜30g/L，次亚磷酸钠20g/L，柠檬酸钠50g/L，氯化铵40g/L和硫脲2mg/L的混合液；
5)取质量份数双酚A型E51环氧树脂100份，活性稀释剂苯基缩水甘油醚10份，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯10份通过机械搅拌均匀，然后加入石墨烯0.5份及4份由硅烷偶联剂KH550处理的纳米Si3N4，超声分散2h，后加入固化剂D400聚醚胺60.5份和固化促进剂壬基酚4份搅拌均匀，制得石墨烯和纳米Si3N4改性的柔性环氧树脂基体；
所述的由硅烷偶联剂KH550处理纳米Si3N4的方法为：将质量份数10份纳米Si3N4置于100份的无水乙醇与蒸馏水的混合液中于超声波下震荡30min，加入1份硅烷偶联剂KH550，得混合液，用乙酸调节混合液pH值为4-5，于70℃恒温水浴中冷凝回流继续搅拌4h，得硅烷偶联剂KH550处理的纳米Si3N4；
所述无水乙醇与蒸馏水的质量比为95:5；
6)耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料成型，成型方法为：
将步骤4)所得镀铜玻璃纤维布、脱模布、导流网、导流管、进胶管以及真空袋按序铺放至屋面上，后使用密封胶将真空袋密封，抽真空至真空袋内压力为-0.1MPa；将步骤5)制得的柔性环氧树脂基体连上真空袋内的进胶管，柔性环氧树脂真空导入至真空袋内，浸润真空袋中的镀铜玻璃纤维布，待浸润过程完成后常温固化成型，利用脱模布除去导流网、导流管、真空袋；即得与屋面一体化的耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料。
实施例2、同实施例1，不同的是，
1)将玻璃纤维束置于除油液中于40℃条件下除油30min，将处理之后的玻璃纤维束置于10wt％的稀硫酸中以中和表面的碱液；
4)用氨水调节镀液的pH值为10，将经步骤3)活化后的玻璃纤维束置于镀铜液中，在80℃镀铜20min，干燥之后得镀铜玻璃纤维束；
所述镀铜液为：硫酸铜40g/L，次亚磷酸钠30g/L，柠檬酸钠60g/L，氯化铵50g/L和硫脲5mg/L的混合液；
6)耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料成型，
先由镀铜玻璃纤维束通过湿法造纸法制备镀铜玻璃纤维毡，镀铜玻璃纤维束湿法造纸法制备镀铜玻璃纤维毡的具体步骤为：
①将步骤4)所得镀铜玻璃纤维束切短成6cm的短镀铜玻璃纤维束，
②将经步骤①所得短镀铜玻璃纤维束置于由含有粘结剂聚乙烯醇的水分散液中在纤维解离器中疏解分散，分散速度为3000rpm，时间为1min；
所述聚乙烯醇的添加量为镀铜玻璃纤维束质量的6％；
所述聚乙烯醇的水分散液的固、液比＝1:10；
③将步骤②得到的短镀铜玻璃纤维束悬浮液倒入造纸机的铜网上进行抄制，分散液经过铜网排空水后，抽滤1min，得镀铜玻璃纤维毡；
④将步骤③得到的镀铜玻璃纤维毡取出置于成型器自带的真空干燥装置中于100℃下干燥15min，得所用镀铜玻璃纤维毡，所述真空度为-0.1MPa
再将所得镀铜玻璃纤维毡、脱模布、导流网、导流管、进胶管以及真空袋按序铺放至屋面上，后使用密封胶将真空袋密封，后续同实施例1。
实施例3、同实施例1，不同的是，
4)用氨水调节镀液的pH值为11，将经步骤3)活化后的玻璃纤维布置于镀铜液中，在90℃镀铜30min，得镀铜玻璃纤维布；
所述镀铜液为：硫酸铜50g/L，次亚磷酸钠40g/L，柠檬酸钠70g/L，氯化铵60g/L和硫脲6mg/L的混合液；
5)取质量份数双酚A型E51环氧树脂100份，活性稀释剂苯基缩水甘油醚10份，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯10份通过机械搅拌均匀，然后加入石墨烯0.5份及6份由硅烷偶联剂KH550处理的纳米Si3N4，超声分散2h，后加入固化剂D400聚醚胺60.5份和固化促进剂壬基酚4份搅拌均匀，制得石墨烯和纳米Si3N4改性的柔性环氧树脂基体。
实施例4、同实施例1，不同的是，
4)用氨水调节镀液的pH值为10，将经步骤3)活化后的玻璃纤维布置于镀铜液中，在85℃镀铜25min，干燥之后得镀铜玻璃纤维布；
所述镀铜液为：硫酸铜35g/L，次亚磷酸钠25g/L，柠檬酸钠65g/L，氯化铵58g/L和硫脲3mg/L的混合液；
5)取质量份数双酚A型E51环氧树脂100份，活性稀释剂苯基缩水甘油醚10份，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯10份通过机械搅拌均匀，然后加入石墨烯2份及8份由硅烷偶联剂KH550处理的纳米Si3N4，超声分散2h，后加入固化剂D400聚醚胺60.5份和固化促进剂壬基酚4份搅拌均匀，制得石墨烯和纳米Si3N4改性的柔性环氧树脂基体。
实施例5、同实施例1，不同的是，
4)用氨水调节镀液的pH值为10，将经步骤3)活化后的玻璃纤维布置于镀铜液中，在85℃镀铜25min，干燥之后得镀铜玻璃纤维布；
所述镀铜液为：硫酸铜45g/L，次亚磷酸钠35g/L，柠檬酸钠55g/L，氯化铵55g/L和硫脲5mg/L的混合液；
5)取质量份数双酚A型E51环氧树脂100份，活性稀释剂苯基缩水甘油醚10份，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯10份通过机械搅拌均匀，然后加入石墨烯1份及4份由硅烷偶联剂KH550处理的纳米Si3N4，超声分散2h，后加入固化剂D400聚醚胺60.5份和固化促进剂壬基酚4份搅拌均匀，制得石墨烯和纳米Si3N4改性的柔性环氧树脂基体。
实施例6、同实施例1，不同的是，
4)用氨水调节镀液的pH值为11，将经步骤3)活化后的玻璃纤维布置于镀铜液中，在85℃镀铜25min，干燥之后得镀铜玻璃纤维布；
所述镀铜液为：硫酸铜42g/L，次亚磷酸钠28g/L，柠檬酸钠62g/L，氯化铵48g/L和硫脲4mg/L的混合液；
5)取质量份数双酚A型E51环氧树脂100份，活性稀释剂苯基缩水甘油醚10份，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯10份通过机械搅拌均匀，然后加入石墨烯1.5份以及硅烷偶联剂KH550处理后的纳米Si3N48份，超声分散2h，后加入固化剂D400聚醚胺60.5份和固化促进剂壬基酚4份搅拌均匀，制得石墨烯和纳米Si3N4改性的柔性环氧树脂基体。
本申请人按国标GB/T 3960-2016、GB/T 328.10—2007以及行业标准JC/T 1075—2008对各实施例所得耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料作了性能测试，实施例1-6测试结果见下表。
从表中可见，本发明拉伸强度好，具有不透水性、良好的耐根穿刺性能和耐摩擦性。

Claims (3)

1.一种耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料，其特征在于：是由下述方式制备的，制备的具体步骤如下：
1)将玻璃纤维布或玻璃纤维束置于除油液中于40℃条件下除油30min，将处理之后的玻璃纤维布或玻璃纤维束置于10wt％的稀硫酸中以中和表面的碱液；
所述除油液为：氢氧化钠60g/L；碳酸钠30g/L和磷酸钠15g/L的混合液；
2)将经步骤1)除油、中和后的玻璃纤维布或玻璃纤维束置于敏化液中，于25℃条件下敏化10min，用清水反复漂洗；
所述敏化液为：氯化亚锡10g/L和盐酸40ml/L的混合液；所述盐酸百分浓度为38％；
3)将经步骤2)敏化的玻璃纤维布或玻璃纤维束置于活化液中，于25℃条件下活化10min，将溶液中的Pd2+离子转化为金属Pd颗粒，再置于含10g/L的次亚磷酸钠中活化10min，以还原表面的Pd2+；
所述活化液为：氯化钯0.5g/l和盐酸20ml/L的混合液；所述盐酸百分浓度为38％；
4)用氨水调节镀铜液的pH值为9-11，将经步骤3)活化后的玻璃布或玻璃纤维束置于镀铜液中镀铜，干燥之后得镀铜玻璃纤维；
所述镀铜液为：硫酸铜30-50g/L，次亚磷酸钠20-40g/L，柠檬酸钠50-70g/L，氯化铵40-60g/L和硫脲2-6mg/L的混合液；
镀铜温度为75-90℃，镀铜时间10-30min；
5)取质量份数双酚A型E51环氧树脂100份，活性稀释剂苯基缩水甘油醚10份，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯10份通过机械搅拌均匀，然后加入石墨烯0.5-2份及由硅烷偶联剂KH550处理的纳米Si3N44-8份，超声分散2h，后加入固化剂D400聚醚胺60.5份和固化促进剂壬基酚4份搅拌均匀，制得石墨烯和纳米Si3N4改性的柔性环氧树脂基体；
所述的由硅烷偶联剂KH550处理纳米Si3N4的方法为：将质量份数10份纳米Si3N4置于100份的无水乙醇与蒸馏水的混合液中于超声波下震荡30min，加入1份硅烷偶联剂KH550，得混合液，用乙酸调节混合液pH值为4-5，于70℃恒温水浴中冷凝回流继续搅拌4h，得硅烷偶联剂KH550处理的纳米Si3N4；
所述无水乙醇与蒸馏水的质量比为95:5；
6)耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料成型，成型方法为：
将步骤4)所得镀铜玻璃纤维布、脱模布、导流网、导流管、进胶管以及真空袋按序铺放至屋面上，后使用密封胶将真空袋密封，抽真空至真空袋内压力为-0.1MPa；将步骤5)制得的石墨烯和纳米Si3N4改性的柔性环氧树脂基体连上真空袋内的进胶管，改性的柔性环氧树脂真空导入至真空袋内，浸润真空袋中的镀铜玻璃纤维布，待浸润过程完成后常温固化成型，利用脱模布除去导流网、导流管、真空袋；即得与屋面一体化的耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料。
2.根据权利要求1所述的耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料，其特征在于：由步骤4)所得镀铜玻璃纤维束通过湿法造纸法制备镀铜玻璃纤维毡。
3.根据权利要求2所述的耐摩擦柔性环氧树脂耐根穿刺防水复合材料，其特征在于：由镀铜玻璃纤维束湿法造纸法制备镀铜玻璃纤维毡的具体步骤为：
①将步骤4)所得镀铜玻璃纤维束切短成6cm的短镀铜玻璃纤维束；
②将步骤①所得短镀铜玻璃纤维束置于由含有粘结剂聚乙烯醇的水分散液中在纤维解离器中疏解分散，分散速度为3000rpm，时间为1min；
所述聚乙烯醇的添加量为镀铜玻璃纤维束质量的6％；
所述聚乙烯醇的水分散液的固、液比＝1:10；
③将步骤②得到的短镀铜玻璃纤维束悬浮液倒入造纸机的铜网上进行抄制，分散液经过铜网排空水后，抽滤1min，得镀铜玻璃纤维毡；
④将步骤③得到的镀铜玻璃纤维毡取出置于成型器自带的真空干燥装置中于100℃下干燥15min，得所用镀铜玻璃纤维毡；所述真空度为-0.1Mpa。
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