CN111362639A - 一种水泥基体防水涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水泥基体防水涂层，由组分A和组分B组成。其中，组分A中含有改性环氧树脂，其为含有双酚A环氧树脂接枝了部分含氟的支链结构，以及部分烷基支链结构。改性环氧树脂与二甲基硅油以及聚羧酸减水剂具有良好的协同效应，使得水泥基体防水涂层在较长一段使用周期内，具有韧性较好，对水泥基体附着力高，且兼有成膜致密特点；并且所述防水涂层的涂覆厚度在1.7mm时，足以使得防水涂层具有优异的防水性能，因此在施工时大大节约了材料用量，为使用者创造了巨大的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水泥基体防水涂层。
背景技术
随着我国基础建设的大力投入和使用，混凝土已经成为我国所消耗的支柱性原料之一。多种结构的建筑、桥梁、铁路、公路等的主要成分均为混凝土。由于混凝土的是构成基础设施的外体结构的主要材料，因此需要直接长期地暴露于户外。通常混凝土的外表会涂覆一层防水涂层，除了美观以外，还能起到防水防晒的作用，从而延长混凝土的使用寿命。
一般的防水涂层是以水性聚合物和水泥为主的双组份成分，两组分在使用前现场搅拌成均匀的浆料，涂刷于混凝土的表面，待其固化后即可形成附着在混凝土表面的膜结构，从而达到美观、防水、耐候的作用。这就对于防水涂层的防水耐候性能，以及其使用寿命提出了较高的要求。然而，目前市售的方式涂层难以满足上述要求，特别对于长期直接暴露在烈日或暴雨等恶劣环境下的防水涂层而言，使用寿命仅在半年到两年，时间越长，其对于水泥基体的附着力越差，会出现开裂、脱落等现象。通常解决方法是人为地对其作定期修复，这极大地耗费了社会的人力物力；并且防水涂层的防水功能，也随着使用时间的延长而降低，当防水涂层失效后，混凝土本体将暴露在环境中，与高温和水分直接接触，这势必减少混凝土的使用寿命，并且使得不可确定的使用风险大大增加。
CN104674762A中，公布了一种水利建筑防水涂层，包括三层结构，具有较好的防水作用，然而，三层材料每层厚度都在1-3mm，不仅使得建筑物涂层过厚，影响美观，对材料的消耗和经济成本也较大。
CN108587329A中，公布了一种基于水泥的防水材料，其在水泥基体中掺入了淀粉和聚乙烯醇等材料，使得防水涂层具有良好的防水性能及耐候性。然而淀粉作为一种可食用的有机物，在防水涂层中极易由于虫蛀、细菌侵入等原因而变质，或者减少，从而长期使用过程中有使得防水材料性能急剧下降的风险。
因此，亟需找到一种在较长使用周期内，具有韧性较好、对水泥基体附着力高，且兼有所需涂层厚度薄、具有成膜致密特点的防水涂层配方，以解决上述问题。
发明内容
本发明的旨在提供一种用于水泥基的防水涂层，可以有效地克服上述缺陷。
本发明通过以下技术手段得以实现。
一种水泥基体防水涂层，所述防水涂层使用改性环氧树脂替代一部分双酚A型环氧树脂，其中，所述改性环氧树脂是具有氟代烷基和烷基的支链的双酚A型环氧树脂。
一种水泥基体防水涂层，所述水泥基体防水涂层包括组分A和组分B，
其中，
所述组分A包括质量份数如下的原料：
所述组分B包括质量份数如下的原料：
其中，
所述改性环氧树脂是具有含有氟原子的支链结构的双酚A型环氧树脂。
进一步地，所述改性环氧树脂是由以下原料制备得到：双酚A型环氧树脂，含氟的羧酸和烷基羧酸。
进一步地，所述双酚A型环氧树脂上羟基和含氟羧酸以及烷基羧酸的总的羧基的数量比为1:1-1.1,并且含氟羧酸的和烷基羧酸的的物质的量之比为7-9:1-3。1:0.7-0.9:0.3-0.1。
进一步地，所述双酚A型环氧树脂选自环氧树脂E-42、环氧树脂E-44、环氧树脂E-51、和环氧树脂E-54中的至少一种。
进一步地，所述含氟羧酸选自三氟乙酸、四氟丙酸或五氟丙酸的至少一种。
进一步地，所述烷基羧酸选自丁酸或戊酸、己酸，庚酸至少一种。
进一步地，所述聚羧酸减水剂选自聚丙烯酸减水剂。
进一步地，所述分散剂选自三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、聚丙烯酰胺、古尔胶或脂肪酸聚乙二醇酯的一种或多种。
进一步地，所述固化剂为胺类固化剂，具体选自间苯二甲胺、对苯二甲胺、1,3-环己二甲胺、三甲胺或1,3,5-苯三甲胺。
进一步地，所述改性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：
将双酚A型环氧树脂，与含氟的羧酸和烷基羧酸共混，在浓硫酸的催化下反应，得到改性环氧树脂粗产物，然后将所得产物经硅胶柱纯化除去杂质，得到改性环氧树脂。
本发明具有以下有益效果：
本发明所公布的水泥基体防水涂层，是一种理想的应用于水泥基体的防水涂层。具体地，本发明含有改性环氧树脂，所述改性环氧树脂是双酚A环氧树脂的主链上，进行了接枝改性，支链结构为含多个氟原子的酯基。
改性环氧树脂由于含有氟原子，故分子结构的表面能有显著的降低，使其疏水性得到进一步增强；而在胺类固化剂反应后形成的体型聚合物，与二甲基硅油极性相近，因此相容性良好；二者协同作用使得防水涂层成膜性优异，可以在水泥基体上形成致密的薄膜；另外，由于改性环氧树脂的支链上具有极性较强的酯基，因此与聚羧酸减水剂之间的作用力较强，可以随聚羧酸减水剂一起牢固地附着在水泥基体上；少量的烷基支链的引入，又可以增加改性环氧树脂的不规则度，从而防止高分子链结晶的趋势，增加了高分子链段的柔韧性，进一步地强化了成膜性。
发明人预料不到地发现，在制备改性环氧树脂时，将双酚A型环氧树脂，含氟羧酸和烷基羧酸的配比调整在一定数值范围时，可以提升防水涂层在水泥基体的附着力；并且所述防水涂层的涂覆厚度在1.7mm时，足以使得防水涂层具有优异的防水性能，因此在施工时大大节约了材料用量，为使用者创造了巨大的经济效益。
本发明所公布的水泥基体防水涂层涂覆在水泥基体上，充分干燥后，具有优异的韧性，与水泥基体之间的附着力极好，并且成膜致密；使用2个月后，上述性能也没有明显地下降。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。本发明实施例所述原料均为市售，除非特别说明，采用的原料和方法为本技术领域常规原料和方法。
其中，所述二甲基硅油采购自青岛兴业有机硅新材料有限公司，型号为ArChineSiliconaFMD350。
所述水泥为硅酸盐水泥，采购自海螺水泥股份有限公司，强度为42.5。
所述硅灰石粉采购自上海埃凯硅粉材料有限公司，型号为90U。
所述石英砂采购自潍坊天诚建材有限公司，规格为40-70目。
本发明实施例中所述所述各双酚A型环氧树脂(环氧树脂E-42环氧树脂E-44、环氧树脂E-51、或环氧树脂E-54)，均采购于济南易盛树脂有限公司。
本发明实施例中所述各个双酚A环氧树脂的羟值根据经验公式计算(于在乾等，聚氨酯改性E-51/MeTHPA的工艺与性能，高分子材料科学与工程，2012年，第28卷，第11期，158-165页)：羟值＝0.352-0.6*环氧值。
制备例1改性环氧树脂1的制备
将10kg环氧树脂E-44(羟值约为0.088mol/100g)，与7.9mol的三氟乙酸和1.0mol的丁酸共混，在0.1wt％的环氧树脂的E-44浓硫酸的催化下反应，得到改性环氧树脂粗产物，然后将所得产物经硅胶柱纯化(洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:2)除去杂质，得到改性环氧树脂1。
制备例2改性环氧树脂2的制备
将10kg环氧树脂E-42(羟值约为0.100mol/100g)，与7.0mol的四氟丙酸和3.0mol的戊酸共混，在0.5wt％的环氧树脂的E-42浓硫酸的催化下反应，得到改性环氧树脂粗产物，然后将所得产物经硅胶柱纯化(洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:2)除去杂质，得到改性环氧树脂2。
制备例3改性环氧树脂3的制备
将10kg环氧树脂E-51(羟值约为0.046mol/100g)，与3.7mol的四氟丙酸和0.9mol的庚酸共混，在0.3wt％的环氧树脂的E-51浓硫酸的催化下反应，得到改性环氧树脂粗产物，然后将所得产物经硅胶柱纯化(洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:2)除去杂质，得到改性环氧树脂3。
制备例4改性环氧树脂4的制备
将10kg环氧树脂E-54(羟值约为0.028mol/100g)，与2.50mol的四氟丙酸和0.3mol的庚酸共混，在0.05wt％的环氧树脂的E-54浓硫酸的催化下反应，得到改性环氧树脂粗产物，然后将所得产物经硅胶柱纯化(洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:2)除去杂质，得到改性环氧树脂4。
制备例5改性环氧树脂5的制备
将10kg环氧树脂E-54(羟值约为0.028mol/100g)，与2,50mol的四氟丙酸和0.3mol的庚酸共混，在1.0wt％的环氧树脂的E-54浓硫酸的催化下反应，得到改性环氧树脂粗产物，然后将所得产物经硅胶柱纯化(洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:2)除去杂质，得到改性环氧树脂5。
制备例6改性环氧树脂6的制备
将10kg环氧树脂E-31(羟值约为0.166mol/100g)，与11.6mol的五氟丙酸和5.0mol的丁酸共混，在0.3wt％的环氧树脂的E-31浓硫酸的催化下反应，得到改性环氧树脂粗产物，然后将所得产物经硅胶柱纯化(洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:2)除去杂质，得到改性环氧树脂6。
制备例7改性环氧树脂7的制备
将10kg环氧树脂E-20(羟值约为0.232mol/100g)，与16.2mol的五氟丙酸和7.0mol的戊酸共混，在0.3wt％的环氧树脂的E-20浓硫酸的催化下反应，得到改性环氧树脂粗产物，然后将所得产物经硅胶柱纯化(洗脱剂为石油醚：二氯甲烷＝1:2)除去杂质，得到改性环氧树脂7。
制备例8改性环氧树脂8的制备
所述改性环氧树脂8的制备方式与改性环氧树脂1的制备方法相同，唯一区别在于以等物质的量的丁酸替代三氟乙酸。
制备例9改性环氧树脂9的制备
所述改性环氧树脂9的制备方式与改性环氧树脂1的制备方法相同，唯一区别在于以等物质的量的三氟乙酸替代丁酸。
实施例1
一种水泥基体防水涂层，所述水泥基体防水涂层包括组分A和组分B，
其中，
所述组分A包括质量份数如下的原料：
所述组分B包括质量份数如下的原料：
所述固化剂为间苯二甲胺。
所述消泡剂选自有机硅粉体消泡剂，采购自厦门爱科玛化工有限公司，型号为E311。
所述聚丙烯酸减水剂，采购自日本住友，型号为卡波姆HV-501。
上述水泥基体防水涂层的制备方法为：预先将组分A中所述的成分按质量份数机械搅拌混合30min；再预先将组分B中所述的成分按质量份数机械搅拌混合30min；然后在使用前，将组分A与组分B机械搅拌混合20min，得到水泥基体防水涂层。
实施例2
一种水泥基体防水涂层，所述水泥基体防水涂层包括组分A和组分B，
其中，
所述组分A包括质量份数如下的原料：
所述组分B包括质量份数如下的原料：
所述固化剂为对苯二甲胺。
所述消泡剂选自有机硅粉体消泡剂，采购自厦门爱科玛化工有限公司，型号为E311。
所述聚丙烯酸减水剂，采购自日本住友，型号为卡波姆HV-501。
上述水泥基体防水涂层的制备方法为：预先将组分A中所述的成分按质量份数机械搅拌混合40min；再预先将组分B中所述的成分按质量份数机械搅拌混合30min；然后在使用前，将组分A与组分B机械搅拌混合30min，得到水泥基体防水涂层。
实施例3
一种水泥基体防水涂层，所述水泥基体防水涂层包括组分A和组分B，
其中，
所述组分A包括质量份数如下的原料：
所述组分B包括质量份数如下的原料：
所述固化剂为1,3-环己二甲胺。
所述消泡剂选自有机硅粉体消泡剂，采购自厦门爱科玛化工有限公司，型号为E311。
所述聚醚型聚羧酸减水剂，采购自凯迪建材，牌号为KD-501。
上述水泥基体防水涂层的制备方法为：预先将组分A中所述的成分按质量份数机械搅拌混合35min；再预先将组分B中所述的成分按质量份数机械搅拌混合30min；然后在使用前，将组分A与组分B机械搅拌混合25min，得到水泥基体防水涂层。
实施例4
实施例4与实施例1的原料和制备方法均相同，唯一不同在于用改性环氧树脂4代替改性环氧树脂1。
实施例5
实施例5与实施例1的原料和制备方法均相同，唯一不同在于用改性环氧树脂5代替改性环氧树脂1。
实施例6
实施例6与实施例1的原料和制备方法均相同，唯一不同在于用改性环氧树脂6代替改性环氧树脂1。
实施例7
实施例7与实施例1的原料和制备方法均相同，唯一不同在于用改性环氧树脂7代替改性环氧树脂1。
对比例1
对比例1与实施例1的原料和制备方法均相同，唯一区别在于对比例1中水泥基体防水涂层不含改性环氧树脂1，而是以等量的环氧树脂E-44代替。
对比例2
对比例1与实施例1的原料和制备方法均相同，唯一区别在于对比例2中改性环氧树脂1的质量份数为7份。
对比例3
对比例3与实施例1的原料和制备方法均相同，唯一区别在于对比例3中改性环氧树脂1的质量份数为25份。
对比例4
对比例4与实施例1的原料和制备方法均相同，唯一区别在于对比例4中不含改性环氧树脂1，而是以等量的改性环氧树脂8替代。
对比例5
对比例5与实施例1的原料和制备方法均相同，唯一区别在于对比例5中含改性环氧树脂1，而是以等量的改性环氧树脂9替代。
对比例6
与实施例1的制备方法相同，唯一区别在于对比例6中水泥基体防水涂层不含聚羧酸减水剂。
应用例对实施例1-7、对比例1-6的水泥基体防水涂层进行性能测试，具体测试方法如下所述。
将实施例1-7，对比例1-6所得到的水泥基体防水涂层，分别均匀涂覆在为150mm*100mm*20mm的水泥胚体上，每块水泥胚体上涂覆的防水涂层的厚度分为两组，分别为1.5mm和2.8mm。然后将涂覆了防水涂层的两组水泥胚体，再分为两批进行测试，第一批在防水涂层涂覆了一周时进行，第二批在防水涂层涂覆后，室外放置2个月时进行。每一个防水涂层样品涂覆3块水泥胚体，即设置三个平行样。将三个平行样的的平均值作为最终的数值。
第一批和第二批涂覆了防水涂层的水泥胚体均进行下列测试：
防水涂层附着力测试：根据GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》法进行测试，附着力分级为0-5级，其中0级说明附着力最优，5级说明最差。
防水涂层防水性测试：将涂覆有防水涂层的水泥胚体称重并记录，重量为M1；然后将水泥胚体完全浸没在水中，时间为24h。然后将水泥胚体从水中捞出，自然风干4h，直到所有水泥胚体的表面是干燥的为止，此时再对水泥胚体进行称重并记录，重量为M2。M2与M1的差值，即是渗入水泥胚体内部的水分的重量。根据以下公式：
吸水率＝(M2-M1)/M1*100％；
吸水率越大，则防水性越差。
表1实施例1-7、对比例1-6的附着力测试和防水性测试的数值
以上数据，可以看出，本发明实施例得到的水泥基体防水涂层综合性能优异，附着力和防水性能都是令人满意，特别是优选实施例1-3。具体表现为如下几点：第一，新制防水涂层的附着力达到0级，而2个月后附着力仍然能保持在1级，说明附着力方面的性能非常优异，因此，当涂覆在水泥基体后，其与水泥基体的附着力大大提升，能在室外较为恶劣的环境中维持更长的时间，并防止开裂、脱落现象的出现；第二，1.7mm厚度的涂层的防水性能优异，新制的防水涂层的吸水率均在0.3％以下，即使使用2个月后，吸水率也小于1.0％，因此，将其作为防水涂层涂覆在水泥基体表面，可以有效地抵抗室外环境水分侵入水泥基体，从而保持水泥基体内部成分不受水分侵蚀，或者将水分对水泥基体内部成分的侵蚀显著降低；第三，1.7mm厚度的涂层，与2.8mm厚度的涂层，防水性能方面的数据相差无几，说明1.7mm的厚度，足以使得防水涂层具有优异的防水性能，因此在施工时大大节约了材料用量，为使用者创造了巨大的经济效益。
Claims (10)
1.一种水泥基体防水涂层，所述防水涂层使用改性环氧树脂替代一部分双酚A型环氧树脂，其特征在于，所述改性环氧树脂是具有氟代烷基和烷基的支链的双酚A型环氧树脂。
2.一种水泥基体防水涂层，其特征在于，所述水泥基体防水涂层包括组分A和组分B，
其中，
所述组分A包括质量份数如下的原料：
所述组分B包括质量份数如下的原料：
3.根据权利要求1所述一种水泥基体防水涂层，其特征在于，所述改性环氧树脂是由以下原料制备得到：双酚A型环氧树脂，含氟羧酸和烷基羧酸。
4.根据权利要求2所述一种水泥基体防水涂层，其特征在于，所述双酚A型环氧树脂上羟基和含氟羧酸以及烷基羧酸的总的羧基的数量比为1:1-1.1,并且含氟羧酸的和烷基羧酸的的物质的量之比为7-9:1-3。1:0.7-0.9:0.3-0.1。
5.根据权利要求1所述一种水泥基体防水涂层，其特征在于，所述双酚A型环氧树脂选自环氧树脂E-42、环氧树脂E-44、环氧树脂E-51、和环氧树脂E-54中的至少一种。
6.根据权利要求2所述一种水泥基体防水涂层，其特征在于，所述含氟羧酸选自三氟乙酸、四氟丙酸或五氟丙酸的至少一种；和/或所述烷基羧酸选自、丁酸或戊酸、己酸，庚酸至少一种。
7.根据权利要求2所述一种水泥基体防水涂层，其特征在于，所述减水剂选自聚丙烯酸减水剂。
8.根据权利要求2所述一种水泥基体防水涂层，其特征在于，所述分散剂选自三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、聚丙烯酰胺、古尔胶或脂肪酸聚乙二醇酯的一种或多种。
9.根据权利要求2所述一种水泥基体防水涂层，其特征在于，所述固化剂为胺类固化剂，选自间苯二甲胺、对苯二甲胺、1,3-环己二甲胺、三甲胺或1,3,5-苯三甲胺。
10.根据权利要求1所述一种水泥基体防水涂层，其特征在于，所述改性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：
将双酚A型环氧树脂，与含氟的羧酸和烷基羧酸共混，在浓硫酸的催化下反应，得到改性环氧树脂粗产物，然后将所得产物经硅胶柱纯化除去杂质，得到改性环氧树脂。
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