CN109553717A - 一种疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液和混凝土界面剂及其制备方法 - Google Patents

一种疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液和混凝土界面剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液和混凝土界面剂及其制备方法。该混凝土界面剂包括以下组分：疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液24‑95重量份、纳米氧化锌0.1‑2重量份、有机硅氧烷偶联剂0.2‑1.5重量份、分散剂0.04‑0.3重量份、消泡剂0.1‑0.8重量份、润湿剂0.04‑0.4重量份、防腐剂0.05‑0.8重量份、pH值调节剂0‑0.3重量份、增稠剂0.1‑0.6重量份、水0‑75重量份。本发明减小了长期浸水环境下水分子对于界面剂的溶胀软化作用，进一步提高界面剂对混凝土的加固作用和耐水性能，加固作用是普通高分子乳液型界面剂的1.2倍以上，耐水性能保持率超过90％。

Description

一种疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液和混凝土界面剂及其制备 方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液和混凝土界面剂及其制备方法。
背景技术
众所周知，混凝土建筑中常常出现混凝土表面疏松、粉化起砂等现象，造成后续施工涂层粘接不牢、空鼓、脱落等病害。出现这些病害的主要原因有三点，第一为混凝土中的物质都属于碱性物质，在湿气存在的情况下，这些物质容易和空气中的弱酸性气体(二氧化碳、二氧化硫等)发生反应，造成水泥被侵蚀，表现为水泥粉化脱落、表面结构变松散等。第二为在大部分气候条件干燥地区，混凝土表面瞬间吸水率较快，使得后续涂刷的材料失水太快，造成开裂、空鼓、脱落等现象。第三为由于现实原因，造成混凝土中水泥含量太少、混凝土养护时间不够等，使得混凝土表面疏松无强度。
目前常用且有效的办法是采用混凝土界面剂加固混凝土表面并且封堵混凝土表面孔洞。典型的混凝土界面剂包括两类，第一类为水泥基型，如专利申请CN1609039B、CN100425566C、CN101066860A、CN102010178B、CN102030502A、CN102093012A、CN102241504A、CN102241504B、CN102503326A、CN103524103A、CN104773980A及CN106987208A中所公开的技术路线，该类界面剂对于解决混凝土表面快速吸水问题非常有效，但是对于提高厚涂层与起砂混凝土表面的粘接力效果不是很理想；第二类为聚合物乳液型，如专利申请CN103436117A、CN106634363A、CN107399923A中所公开的技术路线，该类界面剂对于加固混凝土表面及封堵混凝土孔洞都有较好的效果，但是由于聚合物乳液本身耐水性较差，因此在长期浸水的条件下，该类界面剂的加固效果非常不理想。例如用于游泳池工程中，常常会出现由于长期浸水导致混凝土表面加固作用几乎丧失而产生瓷砖脱落现象；再如用于混凝土屋面防水涂料涂刷前进行混凝土表面加固时，当雨后屋面有大量积水时，积水部位在太阳照射后产生气泡现象，该现象也与混凝土界面剂的耐水性有着很大的关系。
因此研发一种高耐水型混凝土界面剂有着十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种对混凝土表面有着优异的加固作用，而且在长期浸水条件下不会出现明显的加固作用衰减现象，保持率达到90％以上，同时对于混凝土表面的孔洞也有着优异的封堵作用的高耐水型混凝土界面剂。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液，该疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液包括以下组分：
甲基丙烯酸甲酯12-35重量份、疏水型丙烯酸酯类单体10-28重量份、甲基丙烯酸1-6重量份、乳化剂0.5-3重量份、引发剂0.2-1重量份、水45-60重量份。
作为本发明优选的实施方式，所述疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液包括以下组分：
甲基丙烯酸甲酯15-30重量份、疏水型丙烯酸酯类单体15-26重量份、甲基丙烯酸4-6重量份、乳化剂1-2重量份、引发剂0.4-0.6重量份、水46-54重量份。
作为本发明优选的实施方式，所述疏水型丙烯酸酯类单体选自甲基丙烯酸辛酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸壬酯、丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸癸酯、丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸十一烷基酯、丙烯酸十一烷基酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸十三烷基酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十四烷基酯、甲基丙烯酸十五烷基酯和丙烯酸十五烷基酯中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述乳化剂为阴离子乳化剂和/或非离子乳化剂。
作为本发明优选的实施方式，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化二苯甲酰和偶氮二异丁腈中的至少一种。
本发明的第二方面提供上述的疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液的制备方法，该制备方法包括：
将甲基丙烯酸甲酯、疏水型丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸、乳化剂和水加入到反应釜中搅拌乳化，再加入引发剂，升温至60～70℃，反应18～30h后得到所述疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液。
本发明的第三方面提供一种混凝土界面剂，该混凝土界面剂包括以下组分：
疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液24-95重量份、纳米氧化锌0.1-2重量份、有机硅氧烷偶联剂0.2-1.5重量份、分散剂0.04-0.3重量份、消泡剂0.1-0.8重量份、润湿剂0.04-0.4重量份、防腐剂0.05-0.8重量份、pH值调节剂0-0.3重量份、增稠剂0.1-0.6重量份、水0-75重量份；所述疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液为上述的疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液。
作为本发明优选的实施方式，所述混凝土界面剂包括以下组分：
疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液25-50重量份、纳米氧化锌0.8-1.6重量份、有机硅氧烷偶联剂0.2-0.8重量份、分散剂0.05-0.2重量份、消泡剂0.3-0.7重量份、润湿剂0.05-0.2重量份、防腐剂0.05-0.2重量份、pH值调节剂0-0.2重量份、增稠剂0.15-0.4重量份、水35-72重量份。
作为本发明优选的实施方式，所述有机硅氧烷偶联剂为环氧功能化有机硅氧烷偶联剂或巯基功能化有机硅氧烷偶联剂。
作为本发明优选的实施方式，所述分散剂选自聚丙烯酸盐、聚磷酸盐、聚羧酸盐、纤维素衍生物、脂肪酸聚乙二醇酯和十二烷基硫酸钠中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述润湿剂为异丙基萘磺酸钠和/或丁基萘磺酸钠。
作为本发明优选的实施方式，所述防腐剂选自苯甲酸、苯甲酸盐、山梨酸、山梨酸盐和对羟基苯甲酸酯类中的至少一种。
作为本发明优选的实施方式，所述pH值调节剂为碱金属氢氧化物和/或2-氨基-2-甲基-1-丙醇。
作为本发明优选的实施方式，所述增稠剂选自非缔合型碱溶胀增稠剂、缔合型碱溶胀增稠剂和聚氨酯增稠剂中的至少一种。
本发明的第四方面提供上述的混凝土界面剂的制备方法，该制备方法包括：
向反应釜中加入疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液，在搅拌的条件下，加入有机硅氧烷偶联剂，进行第一搅拌；加入分散剂和润湿剂，进行第二搅拌；加入纳米氧化锌，进行第三搅拌；加入第一部分消泡剂，进行第四搅拌；加入防腐剂和水，进行第五搅拌；加入PH调节剂，进行第六搅拌；加入增稠剂，进行第七搅拌；加入第二部分消泡剂，进行第八搅拌。
作为本发明优选的实施方式，第一搅拌的时间≥5h，上述时间保证了反应进行完全。
作为本发明优选的实施方式，第二搅拌、第四搅拌、第五搅拌、第六搅拌的时间≥10min。
作为本发明优选的实施方式，第三搅拌、第八搅拌的时间≥20min。
作为本发明优选的实施方式，第七搅拌的时间≥30min。
根据本发明，所述混凝土界面剂中消泡剂的用量是指在制备方法中加入的消泡剂的总量。
本发明使用时，采用刷涂、滚涂或喷涂的方式涂覆于混凝土表面。
本发明的有益效果：
本发明通过聚合物乳液中疏水基团的引入降低界面剂的吸水率，减小长期浸水环境下水分子对于界面剂的溶胀软化作用；同时聚合物分子链中大量羧基可以与纳米氧化锌和有机硅氧烷偶联剂发生交联作用，使界面剂分子能够形成合适的交联结构，进一步提高界面剂对混凝土的加固作用和耐水性能，加固作用是普通高分子乳液型界面剂的1.2倍以上，耐水性能保持率超过90％。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
1、本实施例提供一种混凝土界面剂
疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液的制备：将400g MMA、600g EHA、100g MAA、12.5g十二烷基磺酸钠、25g聚氧乙烯月桂醚和1200g水加入到5L的反应釜中，搅拌乳化，然后加入12.5g过硫酸钾，升温至65℃，反应24h，制得疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液。
在10L的反应釜中加入2300g所制得的疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液，然后在搅拌的条件下加入12.5g巯基改性有机硅氧烷，搅拌5h；加入2.7g聚丙烯酸盐分散剂和2.8g异丙基萘磺酸钠，搅拌10min；加入75g纳米氧化锌，搅拌20min；加入聚二甲基硅氧烷15g，搅拌10min；加入2.6g山梨酸盐防腐剂和2500g水，搅拌加入10min；加入PH调节剂AMP-95 6g，搅拌10min；加入碱溶涨增稠剂12g，搅拌30min；加入聚二甲基硅氧烷15g，搅拌20min制得高耐水型混凝土界面剂。
2、实施例1混凝土界面剂的性能测试
称取6kg水泥和18kg 40-70目河沙，加入4kg水搅拌，得到水泥砂浆。然后将其倒入三个50*40*4cm的模具中，水化完成后，将其脱模放入水中，养护21天后取出，标准条件下干燥2天，得到三个水泥混凝土基板分别为基板1、基板2和基板3。
将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到基板1上，养护24h后测试其粘接强度为0.3MPa。
将制备的混凝土界面剂分两次刷到混凝土基板2的表面，第一遍和第二遍的间隔时间为12h，第二遍涂刷完成后在标准条件下养护4天，然后将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到处理后的基板2的表面，养护24h后测试其粘接强度为1.0MPa。
将制备的混凝土界面剂分两次刷到混凝土基板3的表面，第一遍和第二遍的间隔时间为12h，第二遍涂刷完成后在标准条件下养护4天，然后将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到处理后的基板3的表面，养护24h后将其完全浸没于水中7天(水面超过拉拔头高度3cm)，然后取出擦干表面自由水直接进行粘接强度测试，测得粘接强度为1.0MPa。
实施例2
1、本实施例提供一种混凝土界面剂
水型丙烯酸酯类聚合物乳液的制备：将500g MMA、500g EHA、110g MAA、12.5g十二烷基磺酸钠、25g聚氧乙烯月桂醚和1225g水加入到5L的反应釜中，搅拌乳化，然后加入12.5g过硫酸钾，升温至65℃，反应24h，制得疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液。
在10L的反应釜中加入2300g所制得的疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液，然后在搅拌的条件下加入50g环氧改性有机硅氧烷，搅拌5h；加入12g聚丙烯酸盐分散剂和15g异丙基萘磺酸钠，搅拌10min；加入90g纳米氧化锌，搅拌20min；加入聚二甲基硅氧烷20g，搅拌10min；加入6g山梨酸盐防腐剂和5700g水，搅拌加入10min；加入PH调节剂AMP-95 9g，搅拌10min；加入碱溶涨增稠剂24g，搅拌30min；加入聚二甲基硅氧烷20g，搅拌20min制得高耐水型混凝土界面剂。
2、实施例2混凝土界面剂的性能测试
称取6kg水泥和18kg 40-70目河沙，加入4kg水搅拌，得到水泥砂浆。然后将其倒入三个50*40*4cm的模具中，水化完成后，将其脱模放入水中，养护21天后取出，标准条件下干燥2天，得到三个水泥混凝土基板分别为基板1、基板2和基板3。
将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到基板1上，养护24h后测试其粘接强度为0.3MPa。
将制备的混凝土界面剂分两次刷到混凝土基板2的表面，第一遍和第二遍的间隔时间为12h，第二遍涂刷完成后在标准条件下养护4天，然后将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到处理后的基板2的表面，养护24h后测试其粘接强度为1.3MPa。
将制备的混凝土界面剂分两次刷到混凝土基板3的表面，第一遍和第二遍的间隔时间为12h，第二遍涂刷完成后在标准条件下养护4天，然后将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到处理后的基板3的表面，养护24h后将其完全浸没于水中7天(水面超过拉拔头高度3cm)，然后取出擦干表面自由水直接进行粘接强度测试，测得粘接强度为1.4MPa。
实施例3
1、本实施例提供一种混凝土界面剂
疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液的制备：将700g MMA、500g EHA、150g MAA、12.5g十二烷基磺酸钠、25g聚氧乙烯月桂醚和1300g水加入到5L的反应釜中，搅拌乳化，然后加入13g过硫酸钾，升温至65℃，反应24h，制得疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液。
在10L的反应釜中加入2500g所制得的疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液，然后在搅拌的条件下加入20g环氧基改性有机硅氧烷，搅拌5h；加入7.2聚丙烯酸盐分散剂和8.1g异丙基萘磺酸钠，搅拌10min；加入95g纳米氧化锌，搅拌20min；加入聚二甲基硅氧烷15g，搅拌10min；加入5g山梨酸盐防腐剂和3500g水，搅拌加入10min；加入聚氨酯增稠剂12g，搅拌30min；加入聚二甲基硅氧烷15g，搅拌20min制得高耐水型混凝土界面剂。
2、实施例3混凝土界面剂的性能测试
称取6kg水泥和18kg 40-70目河沙，加入4kg水搅拌，得到水泥砂浆。然后将其倒入三个50*40*4cm的模具中，水化完成后，将其脱模放入水中，养护21天后取出，标准条件下干燥2天，得到三个水泥混凝土基板分别为基板1、基板2和基板3。
将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到基板1上，养护24h后测试其粘接强度为0.3MPa。
将制备的混凝土界面剂分两次刷到混凝土基板2的表面，第一遍和第二遍的间隔时间为12h，第二遍涂刷完成后在标准条件下养护4天，然后将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到处理后的基板2的表面，养护24h后测试其粘接强度为1.5MPa。
将制备的混凝土界面剂分两次刷到混凝土基板3的表面，第一遍和第二遍的间隔时间为12h，第二遍涂刷完成后在标准条件下养护4天，然后将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到处理后的基板3的表面，养护24h后将其完全浸没于水中7天(水面超过拉拔头高度3cm)，然后取出擦干表面自由水直接进行粘接强度测试，测得粘接强度为1.4MPa。
对比例1
1、普通混凝土界面剂(俗称108胶：主要成分为聚乙烯醇缩甲醛或PVA树脂复配VAE乳液)的性能测试。
称取6kg水泥和18kg 40-70目河沙，加入4kg水搅拌，得到水泥砂浆。然后将其倒入三个50*40*4cm的模具中，水化完成后，将其脱模放入水中，养护21天后取出，标准条件下干燥2天，得到三个水泥混凝土基板分别为基板1、基板2和基板3。
将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到基板1上，养护24h后测试其粘接强度为0.3MPa。
将108胶分两次刷到混凝土基板2的表面，第一遍和第二遍的间隔时间为12h，第二遍涂刷完成后在标准条件下养护4天，然后将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到处理后的基板2的表面，养护24h后测试其粘接强度为0.8MPa。
将108胶分两次刷到混凝土基板3的表面，第一遍和第二遍的间隔时间为12h，第二遍涂刷完成后在标准条件下养护4天，然后将5个50*50mm的拉拔粘接头用环氧树脂粘接到处理后的基板3的表面，养护24h后将其完全浸没于水中7天(水面超过拉拔头高度3cm)，然后取出擦干表面自由水直接进行粘接强度测试，测得粘接强度为0.4MPa。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液，其特征在于，该疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液包括以下组分：
甲基丙烯酸甲酯12-35重量份、疏水型丙烯酸酯类单体10-28重量份、甲基丙烯酸1-6重量份、乳化剂0.5-3重量份、引发剂0.2-1重量份、水45-60重量份。
2.根据权利要求1所述疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液，其中，所述疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液包括以下组分：
甲基丙烯酸甲酯15-30重量份、疏水型丙烯酸酯类单体15-26重量份、甲基丙烯酸4-6重量份、乳化剂1-2重量份、引发剂0.4-0.6重量份、水46-54重量份。
3.根据权利要求1或2所述的疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液，其中，
所述疏水型丙烯酸酯类单体选自甲基丙烯酸辛酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸壬酯、丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸癸酯、丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸十一烷基酯、丙烯酸十一烷基酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸十三烷基酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十四烷基酯、甲基丙烯酸十五烷基酯和丙烯酸十五烷基酯中的至少一种；
所述乳化剂为阴离子乳化剂和/或非离子乳化剂；
所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化二苯甲酰和偶氮二异丁腈中的至少一种。
4.权利要求1-3中任意一项所述的疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
将甲基丙烯酸甲酯、疏水型丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸、乳化剂和水加入到反应釜中搅拌乳化，再加入引发剂，升温至60～70℃，反应18～30h后得到所述疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液。
5.一种混凝土界面剂，其特征在于，该混凝土界面剂包括以下组分：
疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液24-95重量份、纳米氧化锌0.1-2重量份、有机硅氧烷偶联剂0.2-1.5重量份、分散剂0.04-0.3重量份、消泡剂0.1-0.8重量份、润湿剂0.04-0.4重量份、防腐剂0.05-0.8重量份、pH值调节剂0-0.3重量份、增稠剂0.1-0.6重量份、水0-75重量份；
所述疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液为权利要求1-3中任意一项所述的疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液。
6.根据权利要求5所述的混凝土界面剂，其中，所述混凝土界面剂包括以下组分：
疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液25-50重量份、纳米氧化锌0.8-1.6重量份、有机硅氧烷偶联剂0.2-0.8重量份、分散剂0.05-0.2重量份、消泡剂0.3-0.7重量份、润湿剂0.05-0.2重量份、防腐剂0.05-0.2重量份、pH值调节剂0-0.2重量份、增稠剂0.15-0.4重量份、水35-72重量份。
7.根据权利要求5或6所述的混凝土界面剂，其中，所述有机硅氧烷偶联剂为环氧功能化有机硅氧烷偶联剂或巯基功能化有机硅氧烷偶联剂。
8.根据权利要求5或6所述的混凝土界面剂，其中，
所述分散剂选自聚丙烯酸盐、聚磷酸盐、聚羧酸盐、纤维素衍生物、脂肪酸聚乙二醇酯和十二烷基硫酸钠中的至少一种；
所述消泡剂选自聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的至少一种；
所述润湿剂为异丙基萘磺酸钠和/或丁基萘磺酸钠；
所述防腐剂选自苯甲酸、苯甲酸盐、山梨酸、山梨酸盐和对羟基苯甲酸酯类中的至少一种；
所述pH值调节剂为碱金属氢氧化物和/或2-氨基-2-甲基-1-丙醇；
所述增稠剂选自非缔合型碱溶胀增稠剂、缔合型碱溶胀增稠剂和聚氨酯增稠剂中的至少一种。
9.权利要求5-8中任意一项所述的混凝土界面剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
向反应釜中加入疏水型丙烯酸酯类聚合物乳液，在搅拌的条件下，加入有机硅氧烷偶联剂，进行第一搅拌；加入分散剂和润湿剂，进行第二搅拌；加入纳米氧化锌，进行第三搅拌；加入第一部分消泡剂，进行第四搅拌；加入防腐剂和水，进行第五搅拌；加入PH调节剂，进行第六搅拌；加入增稠剂，进行第七搅拌；加入第二部分消泡剂，进行第八搅拌。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，
第一搅拌的时间≥5h；
第二搅拌、第四搅拌、第五搅拌、第六搅拌的时间≥10min；
第三搅拌、第八搅拌的时间≥20min；
第七搅拌的时间≥30min。
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