CN109897554B

CN109897554B - 纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料

Info

Publication number: CN109897554B
Application number: CN201810680695.0A
Authority: CN
Inventors: 贺行洋; 张晨; 苏英; 陈顺; 王迎斌; 杨进; 曾三海; 陈威; 储劲松; 江波; 卢敏; 张海峰
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei Qingyao Environment Co ltd
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: CN109897554A

Abstract

本发明公开了一种纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料，羟基纤维素纳米晶体冷冻干燥后和马来酸酐加到有机溶剂中，离心产物减压干燥得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；加到苯丙乳液中，微波，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；乳液加硅酸盐水泥、水、钛白粉混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。本发明制备的粘结密封材料与无机材料相容紧密，自身强度高，与外墙板的粘结强度好，挤压与拉伸弹性恢复力强，后期密封材料固化后不易粉碎脱落，体积损失小，施工方便，可用于承重混凝土岩棉复合外墙板、薄壁混凝土岩棉复合外墙板、钢丝网水泥保温材料夹芯板等的拼接缝，应用广泛。

Description

纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料

技术领域

本发明属于装配式建筑材料，具体涉及一种纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

背景技术

目前，我国正在大力推进装配式建造技术，根据中国混凝土网统计数据，2016年全国商品混凝土产量为22.29亿m³，若按装配率达到30％的目标，中国每年要消耗装配式预制构件6.7亿m³/年，装配式预制构件需求日趋火热，相比较于传统建筑，装配式建筑减少了建筑垃圾的产生，缩短了施工工期等诸多优势。

同时装配式建造过程中也出现了些许问题，预制构件安装过程中会产生大量的拼接缝，这些拼接缝影响了建筑结构的整体性，现有的装配式外墙板拼接缝密封材料在弹性恢复能力、体积损失等方面存在缺陷，施工过程中施工困难，对拼接缝接触面要求高，为改变这种现状，对装配式外墙板拼接缝密封材料进行研究，提供一种满足要求的密封材料。

天然纤维素是地球上最丰富的生物质资源，它存在于各种各样的生物如植物、动物以及一些细菌等中。纤维素纳米晶体(NCC)是从天然纤维中提取出的一种纳米级的纤维素，它不仅具有纳米颗粒的特征，还具有一些独特的强度和光学性能，应用前景十分广阔。

CN107353848A公开了一种耐候型环保水性防水建筑密封胶的制备方法，将苯丙乳液、纯丙乳液、重质碳酸钙、硝酸钙溶液、硅烷偶联剂A-151，木质素磺酸钠、无水乙醇、磷酸氢二铵溶液、消泡剂、增稠剂、分散剂和水混合并加工得到成品。

CN101307219B公开了一种多元高分子复合建筑密封材料及其生产方法，乙烯-辛烯共聚物、聚丙烯、苯乙烯类弹性体、三元乙丙橡胶、无机填料、增塑剂、交联剂、助剂。无机填料是表面活化偶联处理的碳酸钙、滑石粉、陶土，助剂是抗氧剂、聚乙烯蜡类助剂其中一种。

CN 106634754A公开了一种建筑密封胶，包括A组分、B组分、C组分，A组分包括：环氧树脂，塑化剂，偶联剂，触变剂，空心玻璃珠，填料；B组分包括：固化剂，促进剂，触变剂，偶联剂，空心玻璃微珠，填料；C组分包括：石英砂70-120份，炭黑0.5-2份。使用时将A组分与B组分混合均匀后，加入C组分，搅拌均匀，得到建筑密封胶。

CN 107473659A公开了一种改性纤维素纳米晶增强水泥净浆材料的制备方法，其步骤为：将纤维素纳米晶衍生物与水混合，经均质处理、超声处理后与水泥拌和，然后置于模具中养护，得到改性纤维素纳米晶增强水泥净浆材料。其中纤维素纳米晶衍生物为羧基化纤维素纳米晶(CNC-COOH)或纤维素纳米晶接枝聚乙二醇(CNC-g-PEG)，与水泥的质量比为0.01-2:100。其特点是在水溶液中，通过水溶性聚合物对纤维素纳米晶进行改性；通过添加不同份量羧基纤维素纳米晶(CNC-COOH)或纤维素纳米晶接枝聚乙二醇(CNC-g-PEG)时材料硬化抗折强度性能变化；制备中仅通过均质处理、超声处理，对水泥浆体力学性能提升不大。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种弹性恢复性能优良、体积损失小、施工方便、粘结能力强、适应多种装配式外墙板拼接缝的纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

本发明目的的实现方式为，纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料，是由下述方法制备的，制备的具体步骤如下：

1)将羟基纤维素纳米晶体进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和马来酸酐加入有机溶剂中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物减压干燥得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述冷冻干燥是在15pa、-5℃的真空环境中干燥；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为有机溶剂的2％-5％；马来酸酐的用量为有机溶剂的5％-8％；

所述有机溶剂是二甲基甲酰胺溶液或环己烷溶液；

所述减压干燥是在15pa、20℃-30℃的真空环境中干燥；

2)将步骤1)制备的重量份数3-7份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到5-8份苯丙乳液中，微波3min-5min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；

所述微波条件，频率为300～600MHz

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数80-90份硅酸盐水泥、40-45份水、2-5份钛白粉混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

本发明将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和马来酸酐加入到二甲基甲酰胺溶液或环己烷溶液中，羟基纤维素纳米晶体与马来酸酐在有机溶剂中发生反应接枝在一起，经马来酸酐酸化修饰后的纤维素纳米晶体经过微波作用和苯丙乳液发生类酯化反应，再加入水泥、水、钛白粉等材料制备粘结密封材料。

本发明有以下优点：

1、加入的羟基纤维素纳米晶体可填充水泥石孔隙中，使水泥石微观结构致密化，改善孔结构特征，大幅度提高粘结密封材料硬化后的自身强度；

2、经马来酸酐酸化修饰后的纤维素纳米晶体经过微波作用与苯丙乳液发生类酯化反应后，加入到粘结密封材料中，在纤维素纳米晶体的作用下苯丙乳液与水泥石相容性更好，苯丙乳液与无机材料之间更好的结合；

3、加入硅酸盐水泥和钛白粉，提供粘结密封材料强度，少量钛白粉的加入，使粘结密封材料硬化后体积损失更小；

4、与无机材料相容紧密，自身强度更高，与外墙板的粘结强度好，挤压与拉伸弹性恢复能力强，后期密封材料固化后不易粉碎脱落，体积损失小。

本发明制备的装配式外墙板拼接缝粘结密封材料施工方便，可用于现在主流的承重混凝土岩棉复合外墙板、薄壁混凝土岩棉复合外墙板、混凝土聚苯乙烯复合外墙板、混凝土珍珠岩外墙板、钢丝网水泥保温材料夹芯板等装配式外墙板的拼接缝，具有非常可观的应用前景。

具体实施方式

本发明将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体(NCC-OH)和马来酸酐加入到二甲基甲酰胺溶液或环己烷溶液中，羟基纤维素纳米晶体(NCC-OH)与马来酸酐在有机溶剂中发生反应接枝在一起，

马来酸酐酸化修饰后的纤维素纳米晶体(NCC-MAH)经过微波作用和苯丙乳液发生类酯化反应，再加入水泥、水、钛白粉等材料制备粘结密封材料。

羟基纤维素纳米晶体(NCC-OH)的加入，可填充于水泥石孔隙中，使水泥石微观结构致密化，改善孔结构特征，大幅度提高粘结密封材料硬化后的自身强度。其次，马来酸酐酸化修饰后的纤维素纳米晶体(NCC-MAH)经过微波作用与苯丙乳液发生类酯化反应一起加入到粘结密封材料中，在纤维素纳米晶体的作用下苯丙乳液与水泥石相容性更好，苯丙乳液与无机材料之间更好的结合。羟基纤维素纳米晶体(NCC-OH)和苯丙乳液弥补了装配式外墙板接触面自身的缺陷，用于装配式外墙板拼接缝的粘结，增强了粘结密封材料硬化后与外墙板的粘结强度。

本发明纤维素纳米晶的改性环境处在有机溶剂中，改性最终目的是与苯丙乳液中的聚合物进行反应性结合，用于苯丙乳液聚合物砂浆。既充分利用了纤维素纳米晶与无机材料的结合增强作用，又利用了苯丙乳液砂浆的弹性恢复性能和粘结能力。本发明借助纤维素纳米晶解决聚合物与无机材料间的界面结合不牢的问题，形成有机无机增强网络体系；加入硅酸盐水泥和钛白粉，提供粘结密封材料强度；少量钛白粉的加入，使粘结密封材料硬化后体积损失更小。

下面用具体实施例详述本发明。

实施例中所用原料为纤维素纳米晶体、马来酸酐、二甲基甲酰胺或环己烷溶液、苯丙乳液、硅酸盐水泥、钛白粉等均为市售产品。

下面用具体实施例详述本发明。

实施例1:

1)将羟基纤维素纳米晶体在-5℃、15pa的真空环境中进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和马来酸酐加入二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物在20℃，15pa的真空环境下减压干燥，得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为二甲基甲酰胺的2％；马来酸酐的用量为二甲基甲酰胺的5％；

2)将步骤1)制备的重量份数3份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到5份苯丙乳液中，微波条件，频率为300MHz，微波3min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数90份硅酸盐水泥、40份水、2份0.2μm钛白粉，混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

实施例2:

1)将羟基纤维素纳米晶体在-5℃、15pa的真空环境中进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和2,3-二甲基马来酸酐加入环己烷溶液中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物在30℃，15pa的真空环境下减压干燥，得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为环己烷溶液的3％；2,3-二甲基马来酸酐的用量为有机溶剂的7％；

2)将步骤1)制备的重量份数5份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到7份苯丙乳液中，微波条件，频率为350MHz，微波5min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应；

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数85份硅酸盐水泥、40份水、3份0.3μm钛白粉，混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

实施例3:

1)将羟基纤维素纳米晶体在-5℃、15pa的真空环境中进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和马来酸酐及2,3-二甲基马来酸酐加入环己烷溶液中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物在25℃，15pa的真空环境下减压干燥，得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为环己烷溶液的3％；马来酸酐及2,3-二甲基马来酸酐的用量为有机溶剂的7％；马来酸酐及2,3-二甲基马来酸酐用量比为1:1。

2)将步骤1)制备的重量份数7份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到8份苯丙乳液中，微波条件，频率为400MHz，微波4min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数80份硅酸盐水泥、40份水、5份0.4μm钛白粉，混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

实施例4:

1)将羟基纤维素纳米晶体在-5℃、15pa的真空环境中进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和2,3-二乙基马来酸酐加入环己烷溶液中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物在26℃，15pa的真空环境下减压干燥，得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为环己烷溶液的2％；2,3-二乙基马来酸酐的用量为有机溶剂的5％；

2)将步骤1)制备的重量份数3份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到5份苯丙乳液中，微波条件，频率为450MHz，微波5min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数90份硅酸盐水泥、45份水、2份0.2μm钛白粉，混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

实施例5:

1)将羟基纤维素纳米晶体在-5℃、15pa的真空环境中进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和2,3-二乙基马来酸酐加入环己烷溶液中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物在30℃，15pa的真空环境下减压干燥，得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为环己烷溶液的3％；2,3-二乙基马来酸酐的用量为有机溶剂的7％；

2)将步骤1)制备的重量份数5份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到7份苯丙乳液中，微波条件，频率为500MHz，微波4min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数85份硅酸盐水泥、45份水、3份0.3μm钛白粉，混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

实施例6:

1)将羟基纤维素纳米晶体在-5℃、15pa的真空环境中进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和2,3-二甲基马来酸酐加入环己烷溶液中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物在20℃，15pa的真空环境下减压干燥，得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为环己烷溶液的5％；2,3-二甲基马来酸酐的用量为有机溶剂的8％；

2)将步骤1)制备的重量份数7份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到8份苯丙乳液中，微波条件，频率为550MHz，微波3min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数80份硅酸盐水泥、45份水、5份0.4μm钛白粉，混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

实施例7:

1)将羟基纤维素纳米晶体在-5℃、15pa的真空环境中进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和马来酸酐加入二甲基甲酰胺中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物在30℃，15pa的真空环境下减压干燥，得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为二甲基甲酰胺的2％；马来酸酐的用量为有机溶剂的5％；

2)将步骤1)制备的重量份数3份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到5份苯丙乳液中，微波条件，频率为600MHz，微波4min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数90份硅酸盐水泥、42份水、2份0.2μm钛白粉，混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

实施例8:

1)将羟基纤维素纳米晶体在-5℃、15pa的真空环境中进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和2,3-二甲基马来酸酐用量加入二甲基甲酰胺中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物在25℃，15pa的真空环境下减压干燥，得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为二甲基甲酰胺的3％；2,3-二甲基马来酸酐用量的用量为有机溶剂的7％；

2)将步骤1)制备的重量份数5份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到7份苯丙乳液中，微波条件，频率为500MHz，微波5min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数85份硅酸盐水泥、43份水、3份0.3μm钛白粉，混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

实施例9:

1)将羟基纤维素纳米晶体在-5℃、15pa的真空环境中进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和马来酸酐加入二甲基甲酰胺中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物在25℃，15pa的真空环境下减压干燥，得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为二甲基甲酰胺的5％；马来酸酐的用量为有机溶剂的8％；

3)向步骤2)制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数80份硅酸盐水泥、44份水、5份0.4μm钛白粉，混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

本申请人按GBT14682-1993和GB22083-2008标准对各实施例的性能作了测试，测试结果见下表:

从表中可见，本发明制备的装配式外墙板拼接缝粘结密封材料与无机材料相容紧密，自身强度高，与外墙板的粘结强度好，挤压与拉伸弹性恢复力强，后期密封材料固化后不易粉碎脱落，体积损失小。

Claims

1.纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料，其特征在于：是由下述方法制备的，制备具体步骤如下：

1）将羟基纤维素纳米晶体进行冷冻干燥处理，将冷冻干燥后的羟基纤维素纳米晶体和马来酸酐加入有机溶剂中，搅拌均匀所得溶液离心，离心产物用离心回收的溶剂洗涤，分离，重复2-3次，离心产物减压干燥得酸化修饰后的纤维素纳米晶体；

所述冷冻干燥是在15pa、 -5℃的真空环境中干燥；

所述羟基纤维素纳米晶体的用量为有机溶剂的2%-5%；马来酸酐的用量为有机溶剂的5%-8%；

所述有机溶剂是二甲基甲酰胺溶液或环己烷溶液；

所述减压干燥是在15pa、 20℃-30℃的真空环境中干燥；

2）将步骤1）制备的重量份数3-7份酸化修饰后的纤维素纳米晶体加入到5-8份苯丙乳液中，微波3min-5min，使酸化修饰后的纤维素纳米晶体与苯丙乳液发生类酯化反应，得纤维素纳米晶/苯丙乳液；

所述微波，频率为300~600MHz ；

3）向步骤2）制备的纤维素纳米晶/苯丙乳液中加入重量份数80-90份硅酸盐水泥、40-45份水、2-5份钛白粉混合搅拌得装配式外墙板拼接缝粘结密封材料。

2.根据权利要求1所述的纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料，其特征在于：步骤1）中所用马来酸酐是马来酸酐或马来酸酐的衍生物中的一种或两种。

3.根据权利要求2所述的纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料，其特征在于：马来酸酐的衍生物是2,3-二甲基马来酸酐或2,3-二乙基马来酸酐。

4.根据权利要求1所述的纤维素纳米晶改性装配式外墙板拼接缝粘结密封材料，其特征在于：步骤3）中所述钛白粉粒径为0.2μm-0.4μm。