CN110079213A - 一种用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料及其制备方法，包括以下重量份的组分：疏水性高分子微球20~30份、聚乙烯醇20~35份、交联剂2~6份、三甲基戊基三乙氧基硅烷5~12份、硅氧烷基有机硅10~20份、硅树脂乳液45~30份、丙烯酸乳液30~50份、纳米二氧化硅1~5份、分散剂3~10份、抗老化剂2~6份和稀释剂5~10；所述疏水性高分子微球表面还固载有阳离子基团和阴离子基团。本发明制备的涂料耐水压性好、抗冻融循环性好、疏水性强、不易脱落，能长时间经受空气的腐蚀以及环境气候侵袭，增加了使用寿命长，尤其适用于高寒高海拔地区的水工、港工、道路和桥梁等工程中的混凝土结构物。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土表面防护涂料领域，特别的涉及一种用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料及其制备方法。
背景技术
混凝土是目前应用最多、使用范围最广的人造建筑结构材料。随着现代经济与科学技术的快速发展，混凝土的需求范围被扩大至港口、公路、桥梁、市政的现代化工程建设中。一般来说，混凝土结构具有良好的长期性能与高耐久性。但混凝土的服役能力和时间会受到各种环境条件的限制，而在服役期间发生劣化、有的甚至达不到预期寿命而破坏。抗冻性是混凝土耐久性的最重要的指标之一。在高寒高海拔地区，混凝土破坏的主要原因是耐水压性和抗冻融耐久性不足。我国地域辽阔，有相当一部分区域处于严寒地带，不少桥梁、水工建筑物出现了冻融破坏现象。寒冷地区的水工、港工、道路和桥梁等工程中的混凝土结构物或构筑物在冻融循环作用下的冻融破坏是这些结构物等运行过程中的主要病害。因此，研究一种能够对混凝土提供充分保护以保证其结构安全，同时提升其耐水压性和抗冻融，延长服役年限的混凝土表面防护涂料非常具有重要的创新意义与实用价值。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料及其制备方法，解决现有混凝土防护涂料不能兼顾耐水压、抗冻融和防腐性能，导致不适用于高寒高海拔地区。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料，包括以下重量份数组分：疏水性高分子微球20~30份、聚乙烯醇20~35份、交联剂2~6份、三甲基戊基三乙氧基硅烷5~12份、硅氧烷基有机硅10~20份、硅树脂乳液45~30份、丙烯酸乳液30~50份、纳米二氧化硅 1~5份、分散剂3~10份、抗老化剂2~6份和稀释剂5~10；所述疏水性高分子微球表面还固载有阳离子基团和阴离子基团，使其富含可供偶联的活性位点。
优选的，疏水性高分子微球介孔的平均孔径为2～10nm。
优选的，所述阳离子基团为胺基盐离子、季铵或吡啶阳离子，所述阴离子基团为羧酸基、磺酸基、磷酸基或硫酸酯基。所述疏水性高分子微球为苯乙烯聚合物微球或聚甲基丙烯酸甲酯微球。
优选的，所述丙烯酸酯类共聚乳液、具有反应性基团的丙烯酸酯共聚乳液、自交联型丙烯酸酯共聚乳液、反应性丙烯酸酯多元共聚乳液或反应性自交联型丙烯酸酯乳液。
优选的，所述交联剂为异氰酸酯、三聚异氰酰胺或三聚异氰酸酯。
优选的，所述抗老化剂为丁基对苯二酚。
优选的，所述分散剂为疏水改性共高分子铵盐分散剂。
优选的，所述稀释剂为醋酸丁酯、二甲苯、甲苯或丙酮。
上述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料的制备方法，包括以下步骤：
1）称取聚乙烯醇和疏水性高分子微球溶于稀释剂，再加入交联剂，于恒温水浴中搅拌回流反应，反应结束后，然后向上述溶液中加入三甲基戊基三乙氧基硅烷和硅氧烷基有机硅继续搅拌回流，反应结束降至常温；
2）向步骤2）得到的反应液中依次加入硅树脂乳液、丙烯酸乳液、分散剂和抗老化剂混合均匀后，在搅拌的条件下再加入纳米二氧化硅，即得到所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料。
优选的，所述回流反应温度为60~70℃，反应时间为1~2h。
本发明涂料中通过将硅氧烷基有机硅和三甲基戊基三乙氧基硅烷直接修饰在疏水性高分子微球的表面，这样，硅烷中的烷氧基官能团在水和混凝土碱催化的作用下，发生水解反应得到硅羟基，硅羟基之间、硅羟基与混凝土中存在的羟基间会进一步发生缩合反应，形成稳定的硅氧硅化学键，通过这些化学键，硅烷分子能够牢固的附着在混凝土表面，增强了涂料在混凝土上的附着性，另外，疏水性高分子微球表面具有大量的疏水基团，使得涂层间隙中不会有水渗入，进而使得涂料具有较高的疏水性能。进一步，疏水性高分子微球表面还修饰有变相材料聚乙烯醇，聚乙烯醇在相变过程中可吸收和释放大量的热量，大大减小涂料的温度变化，因此能适应高寒环境；并且当聚乙烯醇发生相变过程中，其分子链运动将受到疏水性高分子微球的限制，从而防止发生流动变形现象。
硅树脂乳液中含有大量的氨基和丙烯酸乳液交联成网状结构，使得纳米二氧化钛填充在网状结构中，由于纳米二氧化硅具有较高的强度和耐磨性能，因此提高了涂料的强度。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明制备的涂料涂覆于混凝土表面，硅烷中的烷氧基官能团在水和混凝土碱催化的作用下，发生水解反应得到硅羟基，硅羟基之间、硅羟基与混凝土中存在的羟基间会进一步发生缩合反应，形成稳定的硅氧硅化学键，增强了涂料的附着性，使涂料不易脱落，不易开裂。疏水性高分子微球表面具有大量的疏水基团，使得涂层间隙中不会有水渗入，进而使得涂料具有较高的疏水性能，达到防水的目的；并且复配纳米二氧化硅和聚乙烯醇，增强了涂料增强了涂料的疏水性、耐水压性能和抗冻融性能。
2、本发明表面浸渍涂料无色透明，不改变混凝土的外观。浸渍封闭涂料为成膜型涂料，可以呈透明涂层，也可以呈遮盖力强的装饰性涂层，集抗冻融、装饰性能为一体；并且能有效防止涂层表面霉菌和青苔生长、融雪剂（去冰盐）等酸碱类的腐蚀，从而保证混凝土内部的干燥；也大大的降低混凝土吸水率，预期降幅达到90~98％，冻融循环次数提升2~3倍，耐受3~6米静水压，还可耐受-60℃的温度。
3、本发明制备的涂料具有耐水压性好、抗冻融循环性好、耐水性良好、不易脱落，能长时间经受空气的腐蚀以及环境气候侵袭，增加了使用寿命长，尤其适用于高寒高海拔地区的水工、港工、道路和桥梁等工程中的混凝土结构物。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
一、一种用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料及其制备方法
实施例1~4所用原料的重量份数如表1所示。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 疏水性高分子微球 | 20 | 22 | 25 | 28 |
| 聚乙烯醇 | 21 | 25 | 30 | 28 |
| 交联剂 | 2 | 5 | 6 | 4 |
| 三甲基戊基三乙氧基硅烷 | 5 | 8 | 11 | 10 |
| 硅氧烷基有机硅 | 10 | 12 | 20 | 15 |
| 硅树脂乳液 | 50 | 45 | 35 | 30 |
| 丙烯酸乳液 | 45 | 30 | 38 | 40 |
| 纳米二氧化硅 | 5 | 3 | 2 | 4 |
| 分散剂 | 3 | 8 | 5 | 9 |
| 抗老化剂 | 2 | 3 | 5 | 4 |
| 稀释剂 | 8 | 6 | 10 | 9 |
一种用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料的制备方法
实施例1
1）称取聚乙烯醇和固载有胺基盐离子和羧酸基的苯乙烯聚合物微球溶于醋酸丁酯，再加入异氰酸酯，于60~70℃水浴中搅拌回流反应1~2h，反应结束后，然后向上述溶液中加入三甲基戊基三乙氧基硅烷和硅氧烷基有机硅继续搅拌回流，反应结束降至常温；
2）向步骤2）得到的反应液中依次加入硅树脂乳液、丙烯酸乳液、疏水改性共高分子铵盐分散剂和丁基对苯二酚混合均匀后，在搅拌的条件下再加入纳米二氧化硅，即得到所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料。
实施例2
1）称取聚乙烯醇和固载有胺基盐离子和磷酸基的苯乙烯聚合物微球溶于二甲苯，再加入三聚异氰酰胺，于70℃水浴中搅拌回流反应1h，反应结束后，然后向上述溶液中加入三甲基戊基三乙氧基硅烷和硅氧烷基有机硅继续搅拌回流，反应结束降至常温；
2）向步骤2）得到的反应液中依次加入硅树脂乳液、丙烯酸乳液、疏水改性共高分子铵盐分散剂和丁基对苯二酚混合均匀后，在搅拌的条件下再加入纳米二氧化硅，即得到所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料。
实施例3
1）称取聚乙烯醇和固载有胺基盐离子和硫酸酯基的聚甲基丙烯酸甲酯微球溶于丙酮，再加入异氰酸酯，于70℃水浴中搅拌回流反应1h，反应结束后，然后向上述溶液中加入三甲基戊基三乙氧基硅烷和硅氧烷基有机硅继续搅拌回流，反应结束降至常温；
2）向步骤2）得到的反应液中依次加入硅树脂乳液、丙烯酸乳液、疏水改性共高分子铵盐分散剂和丁基对苯二酚混合均匀后，在搅拌的条件下再加入纳米二氧化硅，即得到所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料。
实施例4
1）称取聚乙烯醇和固载有季铵阳离子和羧酸基的苯乙烯聚合物微球溶于醋酸丁酯，再加入异氰酸酯，于65℃水浴中搅拌回流反应1.5h，反应结束后，然后向上述溶液中加入三甲基戊基三乙氧基硅烷和硅氧烷基有机硅继续搅拌回流，反应结束降至常温；
2）向步骤2）得到的反应液中依次加入硅树脂乳液、丙烯酸乳液、疏水改性共高分子铵盐分散剂和丁基对苯二酚混合均匀后，在搅拌的条件下再加入纳米二氧化硅，即得到所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料。
二、性能检测
将实施例1~4涂料涂布于混凝土上，晾干后置于-60℃、湿度为70％的恒温恒湿环境下放置24小时后，采用GB14907-2002标准规定测定涂料的耐水性和耐冻融循环，采用JTGE50-2006标准规定测定涂料的对耐受静水压性能，测试结果见表2。
表2
| 实施例 | 混凝土的吸收率 | 冻融循环次数 | 静水压 | 表面 |
| 实施例1 | 85% | ≥100无裂、脱落、起泡现象 | 310~330kpa | 呈透明，无霉菌和青苔生长 |
| 实施例2 | 82.5% | ≥100无裂、脱落、起泡现象 | 300~335kpa | 遮盖力强，无霉菌和青苔生长 |
| 实施例3 | 83% | ≥100无裂、脱落、起泡现象 | 315~325kpa | 呈透明，无霉菌和青苔生长 |
| 实施例4 | 85% | ≥100无裂、脱落、起泡现象 | 340~345kpa | 呈透明，无霉菌和青苔生长 |
从表2可以看出，本发明提供的用于混凝土结构的涂料降低混凝土吸水率，降幅达到90~98％，冻融循环次数大于100次，耐受5~6米静水压。可见，该涂料耐水压性好、抗冻融循环性好、疏水性良好、不易脱落，能长时间经受空气的腐蚀以及环境气候侵袭，增加了使用寿命长，尤其适用于高寒高海拔地区的水工、港工、道路和桥梁等工程中的混凝土结构物。另外，表面浸渍涂料无色透明，不改变混凝土的外观。浸渍封闭涂料为成膜型涂料，可以呈透明涂层，也可以呈遮盖力强的装饰性涂层，集抗冻融、装饰性能为一体。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料，其特征在于，包括以下重量份数组分：疏水性高分子微球20~30份、聚乙烯醇20~35份、交联剂2~6份、三甲基戊基三乙氧基硅烷5~12份、硅氧烷基有机硅10~20份、硅树脂乳液45~30份、丙烯酸乳液30~50份、纳米二氧化硅 1~5份、分散剂3~10份、抗老化剂2~6份和稀释剂5~10；所述疏水性高分子微球表面还固载有阳离子基团和阴离子基团。
2.根据权利要求1所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料，其特征在于，所述疏水性高分子微球表面具有介孔结构，所述介孔的平均孔径为2～10nm。
3.根据权利要求1所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料，其特征在于，所述阳离子基团为胺基盐离子或季铵阳离子，所述阴离子基团为羧酸基、磷酸基或硫酸酯基。
4.根据权利要求1所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料，其特征在于，所述丙烯酸酯类高分子共聚乳液、具有反应性基团的丙烯酸酯共聚乳液、自交联型丙烯酸酯共聚乳液、反应性丙烯酸酯多元共聚乳液或反应性自交联型丙烯酸酯乳液。
5.根据权利要求1所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料，其特征在于，所述交联剂为异氰酸酯、三聚异氰酰胺或三聚异氰酸酯。
6.根据权利要求1所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料，其特征在于，所述抗老化剂为丁基对苯二酚。
7.根据权利要求1所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料，其特征在于，所述分散剂为疏水改性共高分子铵盐分散剂。
8.根据权利要求1所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料，其特征在于，所述稀释剂为醋酸丁酯、二甲苯、甲苯或丙酮。
9.如权利要求1~8所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）称取聚乙烯醇和疏水性高分子微球溶于稀释剂，再加入交联剂，于恒温水浴中搅拌回流反应，反应结束后，然后向上述溶液中加入三甲基戊基三乙氧基硅烷和硅氧烷基有机硅继续搅拌回流，反应结束降至常温；
2）向步骤2）得到的反应液中依次加入硅树脂乳液、丙烯酸乳液、分散剂和抗老化剂混合均匀后，在搅拌的条件下再加入纳米二氧化硅，即得到所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料。
10.根据权利要求9所述用于混凝土结构的耐水压抗冻融涂料的制备方法，其特征在于，所述回流反应温度为60~70℃，反应时间为1~2h。
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