CN111534228B - 一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系及制备方法，所述防水体系包括自下而上依次设置在基材上的封闭漆层、喷涂橡胶沥青涂膜层和超疏水自清洁聚氨酯涂膜层；所述制备方法包括：制备喷涂橡胶沥青组合料、制备超疏水聚氨酯涂层溶液、在基材表面刷涂封闭漆、在封闭漆表面喷涂橡胶沥青防水膜、在干燥后的橡胶沥青表面喷涂超疏水聚氨酯涂层的步骤。本发明解决了橡胶沥青表面吸水及涂膜吸水率高、水分渗透到橡胶沥青涂膜内部造成涂膜溶胀以及橡胶沥青涂膜无法抗冻裂的问题，并提高了喷涂橡胶沥青涂膜的自清洁性能。

Description

一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系及其制备方法
技术领域
本发明涉及防水材料技术领域，特别是一种喷涂橡胶沥青防水体系及其制备方法。
背景技术
随着科技的进步和人们环保意识的增强，人们也越来越多的关注到建筑的安全和质量问题，防水材料是保护建筑安全和使用寿命的防水工程中必不可少的材料。喷涂橡胶沥青防水涂料是防水材料中的一种，一般由A组分的橡胶沥青混合物和B组分的固化剂经喷涂、瞬间析水成膜形成无缝防水层，依靠沥青优良的粘附性，与基材形成良好的粘附效果，紧紧贴在基材表面，因其具有环保、自愈、耐刺穿、对异形面适应性强和施工简单等诸多优点，被广泛应用。
但喷涂橡胶沥青防水材料应用于露天环境时，也因其自身具有良好的粘附性能，其裸露在外的表面容易吸附灰尘等杂质而造成表面污染，影响美观效果；若其吸附的杂质具有腐蚀性，还会影响橡胶沥青防水自身的稳定性。此外，由于析水成膜后的橡胶沥青防水层具有一定的吸水率(JC/T 2317-2015标准规定的喷涂橡胶沥青防水涂料吸水率不高于2％)，对于喷涂了橡胶沥青防水涂料的平面结构而言，雨天时，雨水会先从表面低洼处的喷涂橡胶沥青防水涂膜位置开始侵蚀，并逐渐到达其内部，使橡胶沥青涂膜溶胀，若是在寒冷冬天，橡胶沥青涂膜内溶胀的水结冰还会破坏涂膜结构，长期作用后，造成防水隐患，甚至防水失效。
目前，市面上的喷涂橡胶沥青防水材料也较多，但大都朝着提升与基材的粘接力、耐高低温、阻燃等方面发展，对于如何防止雨水从橡胶沥青表面渗透到其内部、提升喷涂橡胶沥青产品的抗冻裂性能、同时使喷涂橡胶沥青防水体系保持自清洁性能则鲜有报道。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系及其制备方法，解决橡胶沥青表面吸水及涂膜吸水率高、水分渗透到橡胶沥青涂膜内部造成涂膜溶胀以及橡胶沥青涂膜无法抗冻裂的问题，并能够提高喷涂橡胶沥青涂膜的自清洁性能。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系，包括自下而上依次设置在基材上的封闭漆层、喷涂橡胶沥青涂膜层和超疏水自清洁聚氨酯涂膜层。
上述一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系，所述封闭漆层采用油性环氧底漆、水油环氧底漆、水性聚氨酯底漆或丙烯酸底漆喷涂形成。
上述一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系，所述喷涂橡胶沥青涂膜层由橡胶沥青组分和固化剂组分经双组分喷涂机喷涂、析水固化而成，橡胶沥青组分与固化剂组分喷涂的质量比为15:1-8:1；其中橡胶沥青组分包含以下重量份数的组分，阴离子乳化沥青40-60份、阴离子橡胶胶乳30-50份、消泡剂0.1-0.5份、阻燃剂5-15份；固化剂组分为氯化钙、硫酸镁、硫酸铝、硫酸锌、硝酸钙水溶液中的一种，其溶质质量分数为5％-15％。
上述橡胶沥青组分中，所述阴离子乳化沥青的固体含量为50％-75％，阴离子乳化沥青中的沥青为石油沥青、SBS改性沥青、煤焦油沥青、页岩沥青中的至少一种；阴离子橡胶胶乳为氯丁胶乳、丁腈胶乳、丁苯胶乳、聚异戊二烯胶乳中的至少一种，其中胶乳的固体含量为45％-70％；消泡剂为水性体系的消泡剂；阻燃剂为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂中的一种或多种协同使用。
上述阻燃剂中，所述磷系阻燃剂为双酚A-双(二苯基磷酸酯)、三芳基磷酸酯或磷酸三(2-氯丙基)酯中的一种，无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑或硼酸锌中的一种。
上述一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系，所述超疏水自清洁氨酯涂膜层由聚氨酯预聚体、纳米级二氧化硅和溶剂经超声震荡制备而成，其中w(二氧化硅+聚氨酯预聚体)＝5％-15％，m(二氧化硅):m(聚氨酯预聚体)＝2:5-1:1；所述聚氨酯预聚体由聚环氧丙烷多元醇、羟烷基改性有机硅、脂肪族异氰酸酯和催化剂制备而成，其中异氰酸酯指数R＝1.5-2.5[R＝n(NCO)/n(OH)]；纳米级二氧化硅的粒径为7nm-2.5um；溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮、丙二醇甲醚乙酸酯中的至少一种。
上述聚氨酯预聚体中，所述聚环氧丙烷多元醇的羟基当量(56100/羟值)为500-1000；羟烷基改性有机硅的分子结构为：HOH2C-Silicone-CH2OH，羟基当量为500-1000，羟烷基改性有机硅占整个聚氨酯预聚体质量分数为10％-30％；催化剂为二月桂酸二丁基锡，用量为聚氨酯预聚体质量分数的0.01％-0.05％。
一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系的制备方法具有包括以下步骤：
A.制备喷涂橡胶沥青组合料；
B.制备超疏水聚氨酯涂层溶液；
C.在基材表面刷涂封闭漆，刷涂2遍并干燥；
D.在封闭漆表面喷涂橡胶沥青防水膜，待其完全析水干燥；
E.在干燥后的橡胶沥青表面喷涂超疏水聚氨酯涂层，待涂层固化后，即得到自清洁喷涂橡胶沥青防水体系。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明的应用，可以在基材表面形成防水保护层，雨水滴落在该喷涂橡胶沥青防水体系上后，像在荷叶表面的水滴一样，从喷涂橡胶沥青涂膜表面滑落而不会润湿涂膜表面，更不会浸润到喷涂橡胶沥青涂膜内部，大大降低了橡胶沥青涂膜的吸水率，提升了防水效果，解决了喷涂橡胶沥青表面的抗冻问题；并且本发明的保护层为表面超疏水层，具有自清洁效果，涂膜表面不易积累灰尘和泥土等污染物，即使积累了污染物，经雨水冲刷后也容易被清洗干净，避免了对保护层表面的污染。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：1.基材，2.封闭漆层，3.喷涂橡胶沥青涂膜层，4.超疏水自清洁聚氨酯涂膜层。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系，其结构如图1所示，包括自下而上依次设置在基材1上的封闭漆层2、喷涂橡胶沥青涂膜层3和超疏水自清洁聚氨酯涂膜层4。
封闭漆层采用油性环氧底漆、水油环氧底漆、水性聚氨酯底漆或丙烯酸底漆喷涂形成。
喷涂橡胶沥青涂膜层由橡胶沥青组分和固化剂组分经双组分喷涂机喷涂、析水固化而成，橡胶沥青组分与固化剂组分喷涂的质量比为15:1-8:1。
橡胶沥青组分包含以下重量份数的组分：阴离子乳化沥青40-60份，阴离子橡胶胶乳30-50份，消泡剂0.1-0.5份，阻燃剂5-15份。橡胶沥青组分中，阴离子乳化沥青的固体含量为50％-75％，阴离子乳化沥青中的沥青为石油沥青、SBS改性沥青、煤焦油沥青、页岩沥青中的一种或多种；阴离子橡胶胶乳为氯丁胶乳、丁腈胶乳、丁苯胶乳、聚异戊二烯胶乳中的一种或多种组合而成，其中胶乳的固体含量为45％-70％；消泡剂为水性体系的消泡剂；阻燃剂为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂中的一种或多种协同使用，其中磷系阻燃剂为双酚A-双(二苯基磷酸酯)、三芳基磷酸酯或磷酸三(2-氯丙基)酯中的一种，无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑或硼酸锌中的一种。
固化剂组分为氯化钙、硫酸镁、硫酸铝、硫酸锌、硝酸钙的水溶液中的一种，其溶质质量分数为5％-15％。
超疏水自清洁氨酯涂膜由聚氨酯预聚体、纳米级二氧化硅和溶剂经超声震荡制备而成，纳米级二氧化硅和聚氨酯预聚体占总重量的5％-15％，m(二氧化硅):m(聚氨酯预聚体)＝2:5-1:1。
其中聚氨酯预聚体以聚环氧丙烷多元醇、羟烷基改性有机硅、脂肪族异氰酸酯和催化剂组成，其中异氰酸酯的指数R＝1.5-2.5[R＝n(NCO)/n(OH)]。聚环氧丙烷多元醇的羟基当量(56100/羟值)为500-1000；羟烷基改性有机硅的分子结构为HOH2C-Silicone-CH2OH，羟基当量为500-1000，羟烷基改性有机硅占整个聚氨酯预聚体质量分数为10％-30％；催化剂为二月桂酸二丁基锡，用量为聚氨酯预聚体质量分数的0.01％-0.05％。
纳米级二氧化硅的粒径为7nm-2.5um。
溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮、丙二醇甲醚乙酸酯中的一种或多种。
本发明中防水休系的封闭漆层、喷涂橡胶沥青涂膜层和超疏水自清洁聚氨酯涂膜层三种涂层协同作用，使该防水体系具有普通喷涂橡胶沥青良好的粘接效果，同时还具有十分优良的抗冻裂及表面自清洁性能，其协同作用如下：
底层的封闭漆层可以封闭基材表面的空隙、孔道，使基材表面更加密实，能够对多孔基材进行加固，防止粘接时基材表面强度不够出现基材本体破坏的问题，该封闭漆还能从基材内部封堵水分，防止水分从基材内部向上蔓延影响基材表面的粘接效果；该封闭漆含大量的极性基团，一方面可与基材表面基团反应形成化学键和氢键，另一方面可与中层喷涂橡胶沥青防水涂膜中的极性基团如：-Cl、
Figure BDA0002490634070000051
等反应形成氢键，提升封闭漆层与喷涂橡胶沥青涂膜的粘附效果；而上层超疏水自清洁氨酯涂膜层中的超疏水聚氨酯预聚体分子结构含有机硅链段，有机硅自身具有耐污性和防涂鸦性，与纳米二氧化硅协同后，可使上层的聚氨酯涂膜层具备良好的耐磨、耐候和超疏水性。
此外，超疏水自清洁聚氨酯涂膜层在固化前是含有溶剂的，该溶剂可对中层的喷涂橡胶沥青涂膜层的表面进行溶胀，使未固化的超疏水聚氨酯部分进入到喷涂橡胶沥青涂膜层的表面形成分子缠绕和互穿结构，待溶剂挥发后，超疏水聚氨酯的NCO基团与空气中的水分反应使分子链延长并自身交联成网络，此交联网络结构与喷涂胶橡胶沥青涂膜中的橡胶等大分子形成互穿大分子结构，增强了中层喷涂橡胶沥青涂膜与上层聚氨酯涂膜的粘接性，由此制备的喷涂橡胶沥青喷膜表面便被赋予了超疏水和自清洁的功能。本发明3层结构的防水体系具有与基材优良的粘接力，并且集成了喷涂橡胶沥青材料的自愈性、耐刺穿、耐候性和表面超疏水、自清洁、防冻、防腐等良好性能。
本发明还提出了一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系的制备方法，具有包括以下步骤：A.制备喷涂橡胶沥青组合料；B.制备超疏水聚氨酯涂层溶液；C.在基材表面刷涂封闭漆，刷涂2遍并干燥；D.在封闭漆表面喷涂橡胶沥青防水膜，待其完全析水干燥；E.在干燥后的橡胶沥青表面喷涂超疏水聚氨酯涂层，待涂层固化后，即得到自清洁喷涂橡胶沥青防水体系。
实施例1
首先，制备喷涂橡胶沥青组合料：取54份阴离子乳化沥青，50份氯丁胶乳LIPRENB、0.5份消泡剂和10份三芳基磷酸酯，搅拌混合30min，得到橡胶沥青组分。将10份氯化钙溶解于90份水中得到10％的氯化钙水溶液得到固化剂组分。
其次，制备超疏水聚氨酯涂层溶液：将43份聚环氧丙烷多元醇和12份羟烷基改性有机硅Tech-2110在110℃下真空脱水，降温后加入25份异佛尔酮二异氰酸酯IPDI和0.025份的二月桂酸二丁基锡进行反应，当w(NCO)低于6.1％时停止反应，得到聚氨酯预聚体。取4份粒径为7nm的纳米二氧化硅、6份聚氨酯预聚体、90份乙酸乙酯，在超声波振荡器中振荡均匀，即得到超疏水聚氨酯涂层溶液。
然后，在基材表面刷涂油性环氧底漆，刷涂2遍并干燥，再在封闭漆层表面喷涂橡胶沥青防水膜，待其完全析水干燥，最后在干燥后的橡胶沥青表面喷涂超疏水聚氨酯涂层溶液，待涂层固化后，即得到自清洁喷涂橡胶沥青防水体系。
实施例2
首先，制备喷涂橡胶沥青组合料：取50份阴离子乳化沥青，40份氯丁胶乳LIPRENB、7份丁苯胶乳KSL 341、0.2份消泡剂和3份三芳基磷酸酯和12份氢氧化镁，搅拌混合30min，得到橡胶沥青组分。将10份硫酸锌溶解于90份水中得到10％的硫酸锌水溶液得到到固化剂组分。
其次，制备超疏水聚氨酯涂层溶液：将40份聚环氧丙烷多元醇和20份羟烷基改性有机硅Tech-2120在110℃下真空脱水，降温后加入18份4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯HMDI和0.03份的二月桂酸二丁基锡进行反应，当w(NCO)低于4.2％时停止反应，得到聚氨酯预聚体。取4份粒径为12nm的纳米二氧化硅、10份聚氨酯预聚体、60份乙酸乙酯、30份丁酮，在超声波振荡器中振荡均匀，即得到超疏水聚氨酯涂层溶液。
然后，在基材表面刷涂水油环氧底漆，刷涂2遍并干燥，再在封闭漆层表面喷涂橡胶沥青防水膜，待其完全析水干燥，最后在干燥后的橡胶沥青表面喷涂超疏水聚氨酯涂层溶液，待涂层固化后，即得到自清洁喷涂橡胶沥青防水体系。
实施例3
首先，制备喷涂橡胶沥青组合料：取40份阴离子乳化沥青，30份氯丁胶乳、10份丁苯胶乳KSL 341、0.5份消泡剂、5份磷酸三(2-氯丙基)酯和5份三氧化二锑，搅拌混合30min，得到橡胶沥青组分。将10份硝酸钙溶解于90份水中得到10％的硝酸钙水溶液得到到固化剂组分。
其次，制备超疏水聚氨酯涂层溶液：将45份聚环氧丙烷多元醇和8份羟烷基改性有机硅Tech-2110在110℃下真空脱水，降温后加入10份环己烷二亚甲基二异氰酸酯HXDI和0.015份的二月桂酸二丁基锡进行反应，当w(NCO)低于2.8％时停止反应，得到聚氨酯预聚体。取5份粒径为2.5um的纳米二氧化硅、12份聚氨酯预聚体，50份丙酮、50份丙二醇甲醚乙酸酯，在超声波振荡器中振荡均匀，即得到超疏水聚氨酯涂层溶液。
然后，在基材表面刷涂水性聚氨酯底漆，刷涂2遍并干燥，再在封闭漆层表面喷涂橡胶沥青防水膜，待其完全析水干燥，最后在干燥后的橡胶沥青表面喷涂超疏水聚氨酯涂层溶液，待涂层固化后，即得到自清洁喷涂橡胶沥青防水体系。
上述三个实施例中所涂覆的基材相同，同时，在相同的基材上采用市售喷涂橡胶沥青涂膜液喷洒制成防水层作为对比例，对比例和三个实施例处于相同环境下观察其侵蚀情况以及自清洁效果，实验数据如下。
Figure BDA0002490634070000081

Claims (5)

1.一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系，其特征在于：包括自下而上依次设置在基材(1)上的封闭漆层(2)、喷涂橡胶沥青涂膜层(3)和超疏水自清洁聚氨酯涂膜层(4)；封闭漆层采用油性环氧底漆、水油环氧底漆、水性聚氨酯底漆或丙烯酸底漆刷涂形成；所述喷涂橡胶沥青涂膜层由橡胶沥青组分和固化剂组分经双组分喷涂机喷涂、析水固化而成，橡胶沥青组分与固化剂组分喷涂的质量比为15:1-8:1；其中橡胶沥青组分包含以下重量份数的组分，阴离子乳化沥青40-60份、阴离子橡胶胶乳30-50份、消泡剂0.1-0.5份、阻燃剂5-15份；固化剂组分为氯化钙、硫酸镁、硫酸铝、硫酸锌、硝酸钙水溶液中的一种，其溶质质量分数为5%-15%；
所述超疏水自清洁聚氨酯涂膜层由聚氨酯预聚体、二氧化硅和溶剂经超声震荡制备而成，其中二氧化硅和聚氨酯预聚体的重量百分比为5%-15%，二氧化硅和聚氨酯预聚体的质量比范围为2:5-1:1；所述聚氨酯预聚体由聚环氧丙烷多元醇、羟烷基改性有机硅、脂肪族异氰酸酯和催化剂制备而成，其中异氰酸酯基和羟基的摩尔比为1.5-2.5；二氧化硅的粒径为7nm-2.5um；溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮、丙二醇甲醚乙酸酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系，其特征在于：所述阴离子乳化沥青的固体含量为50%-75%，阴离子乳化沥青中的沥青为石油沥青、SBS改性沥青、煤焦油沥青、页岩沥青中的至少一种；阴离子橡胶胶乳为氯丁胶乳、丁腈胶乳、丁苯胶乳、聚异戊二烯胶乳中的至少一种，其中胶乳的固体含量为45%-70%；消泡剂为水性体系的消泡剂；阻燃剂为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂中的一种或多种协同使用。
3.根据权利要求2所述的一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系，其特征在于：所述磷系阻燃剂为双酚A-双(二苯基磷酸酯)、三芳基磷酸酯或磷酸三(2-氯丙基)酯中的一种，无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑或硼酸锌中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种自清洁喷涂橡胶沥青防水体系，其特征在于：所述聚环氧丙烷多元醇的羟基当量为500-1000；羟烷基改性有机硅的羟基当量为500-1000，羟烷基改性有机硅占整个聚氨酯预聚体质量分数为10%-30%；催化剂为二月桂酸二丁基锡，用量为聚氨酯预聚体质量分数的0.01%-0.05%。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的自清洁喷涂橡胶沥青防水体系的制备方法，其特征在于，具有包括以下步骤：
A.制备喷涂橡胶沥青组合料；
B.制备超疏水聚氨酯涂层溶液；
C.在基材表面刷涂封闭漆，刷涂2遍并干燥；
D.在封闭漆表面喷涂橡胶沥青防水膜，待其完全析水干燥；
E.在干燥后的橡胶沥青表面喷涂超疏水聚氨酯涂层，待涂层固化后，即得到自清洁喷涂橡胶沥青防水体系。
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