CN111851870A - 建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒及其制备方法和应用，该超疏水颗粒包括颗粒芯材及包裹在颗粒芯材表面的复合超疏水膜，复合超疏水膜由复合疏水涂料在颗粒芯材表面交联固化得到，复合疏水涂料由微米级材料和纳米级材料依次与树脂及相应的固化剂拌和得到；应用时，在建筑屋面上覆盖防水绝热层，在防水绝热层表面还存在有保护层，防水绝热层由所述的超疏水颗粒铺设而成。与现有技术相比，本发明解决了传统保温材料吸水率大、耐久性差、易开裂而导致渗水失效等问题，同时具有结构简单、生产及施工便利、成本低且应用范围广等优势。
Description
技术领域
本发明涉及屋面防水保温技术领域，尤其是涉及一种建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒及制备方法和应用。
背景技术
屋面作为重要的围护结构，其主要功能是防水与保温。屋面直接遭受到阳光的照射及风雨的侵蚀，与建筑的其他围护结构相比，屋面更加容易遭受破坏而发生渗漏，若屋面防水层出现破坏，雨水通过防水层进入保温层会使保温层的保温效果下降，所以屋面的防水与保温绝热两大功能密不可分。
目前，建筑屋面的防水保温系统主要采用保温层和防水层分开设置的做法，如正置式屋面和倒置式屋面，但其中的防水材料基本没有保温功能，保温材料又不能防水，时常出现防水层渗漏导致保温层吸水失效的问题。现存的屋面系统和屋面材料未彻底解决屋面防水功能与绝热功能兼容性差的问题。
专利CN102425275A公开了一种屋面保温防渗系统及包含该系统的保温防渗屋顶结构，该保温防渗屋顶结构包括防水透气砂层、空心隔热储水砖层及保护层。防水透气砂由骨料及包覆骨料的疏水性物质制得。该砂基屋面保温防渗系统集保温、防渗、美化于一体。但该屋面系统结构复杂，防渗透气颗粒在屋面系统中仅起到防水的作用而没有保温效果，还需要增加保温层，整体强度与抗裂性较差。因此，亟需开发一种成本低、适用性广、施工便利的防水-绝热一体化材料。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒及制备方法和应用。解决了屋面防水保温材料耐久性差、窜水、蓄水、防水层与保温层之间结露、冻涨开裂等问题，具有施工便捷、保温绝热性能好、耐久性长、防火防腐蚀、流态化自修复等特点，且其制备工艺简单、应用范围广，生产使用及废弃的整个生命周期内不会造成污染，具有非常广阔的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明一方面提供一种建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒，该超疏水颗粒包括颗粒芯材及包裹在颗粒芯材表面的复合超疏水膜，所述的复合超疏水膜由复合疏水涂料在颗粒芯材表面交联固化得到，所述的复合疏水涂料由微米级材料和纳米级材料依次与树脂及相应的固化剂拌和得到。
优选地，所述的颗粒芯材为疏松多孔、导热系数低的轻质材料，选自膨胀珍珠岩、粉煤灰漂珠、膨胀蛭石、膨胀微珠、漂珠、空心玻璃微珠、岩棉或玻璃棉制品颗粒、炉渣、焦渣、聚苯乙烯颗粒、聚氨酯颗粒、加气或泡沫混凝土颗粒以及陶粒中的一种或几种。
优选地：
所述的树脂选自氟硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、氟树脂、硅树脂和酚醛树脂中的一种或几种；
所述的固化剂选自乙二胺、二乙烯三胺、多乙烯多胺、聚酰胺、异氰酸酯、过氧化苯甲酰、过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢、多异氰酸酯和六次甲基四胺中的一种或几种。
优选地：
当所述的树脂采用环氧树脂时，所述的固化剂采用乙二胺、二乙烯三胺、多乙烯多胺、聚酰胺和异氰酸酯中的一种；
当所述的树脂采用丙烯酸树脂时，所述的固化剂采用过氧化苯甲酰、过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢中的一种；
当所述的树脂采用聚氨酯树脂、氟树脂或硅树脂时，所述的固化剂采用多异氰酸酯；
当所述的树脂采用酚醛树脂时，所述的固化剂采用六次甲基四胺。
优选地：
所述的微米级材料选自聚四氟乙烯微粉、有机硅防水粉、甲基硅酸钠和脂肪酸钙中的一种或几种，其粒径为1-80um；
所述的纳米级材料选自疏水型纳米二氧化硅、氧化锌和氧化铝中的一种或几种，其粒径为5-100nm。
优选地，该超疏水颗粒包括以下重量份的组分：颗粒芯材90-95份、树脂2-5份、固化剂0.2-1份、微米级材料2-4份和纳米级材料0.8-1份。
本发明第二方面提供所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将颗粒芯材烘干后，静置冷却；
(2)将微米级材料和纳米级材料依次与树脂及相应的固化剂混合，搅拌均匀，制得复合疏水涂料；
(3)待颗粒芯材冷却后，加入复合疏水涂料，搅拌均匀，即制得所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒。
本发明第三方面提供所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒的应用，在建筑屋面上覆盖防水绝热层，在防水绝热层表面还存在有保护层；所述的防水绝热层由所述的超疏水颗粒铺设而成。
优选地，保护层由纤维水泥板(TK板)、硅酸钙板、土工布、塑料布、树脂涂层和混凝土板中的一种或几种组成。
优选地，所述的保护层还包括覆盖于最外层的外饰面层，所述的外饰面层由瓷砖、彩色水泥砖、大理石板、木板、玻璃、金属板和油漆面中的一种或几种组成。
优选地，所述的防水绝热层的厚度为3-10cm。
优选地，其实施包括以下步骤：
(1)先将建筑屋面基面上的杂物清扫干净；所述的杂物包括碎渣、松动的沙粒和/或浮灰；
(2)将所述的超疏水颗粒均匀铺设在建筑屋面基面上，铺设完毕后压实，形成所述的防水绝热层；超疏水颗粒的铺设采用人工或布料机；所述的压实采用振实机或人工压实的方式；
(3)在防水绝热层表面覆盖一层保护层；
(4)在最外层覆盖外饰面层。
本发明所用颗粒芯材的导热系数远低于屋面基面材料，因此颗粒芯材起到了保温作用，同时包裹在其表面的复合超疏水膜的结构与荷叶表面乳突结构类似，提高了颗粒芯材的防水性能，使保温层兼具防水层的功能，从而实现建筑屋面防水绝热一体化。
超疏水颗粒为球状，堆积休止角为23.7°，具流态化自弥合特性，可根据周边环境扰动，及时调整颗粒堆积状态，具有流态愈合自修复抗渗功能，可以自愈合屋面裂缝，克服了刚性屋面因开裂导致渗漏的弊病，超疏水颗粒的超疏水特性可提升屋面体系绝热性能的耐久性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：简化屋面构造，使防水保温一体化；防水、保温及节能效果好；施工快捷，适应性强；比强度高，自重轻，屋面荷载轻，安全性好；抗压强度较高，尺寸稳定性好，可满足屋面不同使用功能需求；环保，性能稳定，寿命长，阻燃性好，屋面使用寿命超过30年，具有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1为应用本发明的超疏水颗粒的建筑屋面铺装示意图；
图2为超疏水颗粒填补屋面裂缝示意图。
图中，1为外饰面层，2为保护层，3为防水绝热层，4为屋面基面。
具体实施方式
一种建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒，该超疏水颗粒包括颗粒芯材及包裹在颗粒芯材表面的复合超疏水膜，复合超疏水膜由复合疏水涂料在颗粒芯材表面交联固化得到，复合疏水涂料由微米级材料和纳米级材料依次与树脂及相应的固化剂拌和得到。
本发明中，优选颗粒芯材为疏松多孔、导热系数低的轻质材料，进一步优选自膨胀珍珠岩、粉煤灰漂珠、膨胀蛭石、膨胀微珠、漂珠、空心玻璃微珠、岩棉或玻璃棉制品颗粒、炉渣、焦渣、聚苯乙烯颗粒、聚氨酯颗粒、加气或泡沫混凝土颗粒以及陶粒中的一种或几种。当多种混合时，可以是任意多种混合，例如可以是膨胀蛭石和膨胀微珠混合，或者炉渣、焦渣和漂珠混合，质量比可以根据需要任意选择。
本发明中：当树脂采用环氧树脂时，固化剂采用乙二胺、二乙烯三胺、多乙烯多胺、聚酰胺和异氰酸酯中的一种。当树脂采用丙烯酸树脂时，固化剂采用过氧化苯甲酰、过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢中的一种。当树脂采用聚氨酯树脂、氟树脂或硅树脂时，固化剂采用多异氰酸酯。当树脂采用酚醛树脂时，固化剂采用六次甲基四胺。
本发明中，微米级材料选自聚四氟乙烯微粉、有机硅防水粉、甲基硅酸钠和脂肪酸钙中的一种或几种，其优选粒径为1-80um，例如其粒径范围可以是1-10um，5-20um，50-80um，15-60um等等。当选择多种混合时，例如可以是有机硅防水粉和甲基硅酸钠混合，或者甲基硅酸钠和脂肪酸钙混合等等，质量比也可以根据需要任意选择。
本发明中，纳米级材料选自疏水型纳米二氧化硅、氧化锌和氧化铝中的一种或几种，其粒径优选为5-100nm，例如粒径范围可以是5-20nm，20-50nm，40-100nm等等。
本发明中，该超疏水颗粒优选包括以下重量份的组分：颗粒芯材90-95份、树脂2-5份、固化剂0.2-1份、微米级材料2-4份和纳米级材料0.8-1份。进一步优选总重量份为100份。例如颗粒芯材95份、树脂2份、固化剂0.2份、微米级材料2份和纳米级材料0.8份；或者颗粒芯材95份、树脂2份、固化剂0.2份、微米级材料1.9份和纳米级材料0.9份；或者其他在上述范围内的取值。
上述建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)将颗粒芯材烘干后，静置冷却；
(2)将微米级材料和纳米级材料依次与树脂及相应的固化剂混合，搅拌均匀，制得复合疏水涂料；
(3)待颗粒芯材冷却后，加入复合疏水涂料，搅拌均匀，即制得建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒。
上述建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒的应用，在建筑屋面上覆盖防水绝热层，在防水绝热层表面还存在有保护层；防水绝热层由超疏水颗粒铺设而成。
本发明优选保护层由纤维水泥板(TK板)、硅酸钙板、土工布、塑料布、树脂涂层和混凝土板中的一种或几种组成。保护层还包括覆盖于最外层的外饰面层，外饰面层由瓷砖、彩色水泥砖、大理石板、木板、玻璃、金属板和油漆面中的一种或几种组成。防水绝热层的厚度为3-10cm，例如3cm，5cm，10cm等等。
其实施包括以下步骤：
(1)先将建筑屋面基面上的杂物清扫干净；杂物包括碎渣、松动的沙粒和/或浮灰；
(2)将超疏水颗粒均匀铺设在建筑屋面基面上，铺设完毕后压实，形成防水绝热层；超疏水颗粒的铺设采用人工或布料机；压实采用振实机或人工压实的方式；
(3)在防水绝热层表面覆盖一层保护层；
(4)在最外层覆盖外饰面层。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
先将4份微米级有机硅防水粉和1份纳米SiO2依次与2.5份氟硅树脂及0.5份异氰酸酯的混合液混合均匀，得到复合疏水涂料；将92份20～40目的膨胀珍珠岩颗粒在50℃下完全烘干，待膨胀珍珠岩颗粒冷却至30℃时，加入复合疏水涂料，搅拌均匀即得防水绝热超疏水颗粒。
将上述超疏水颗粒应用在建筑屋面，先将建筑屋面基面4上碎渣及松动的沙粒按序清扫一遍，然后用空气清扫枪将基层上的浮灰清扫干净；利用刮料器在屋面表面铺设2cm厚绝热超疏水颗粒，铺设完毕后用平板振实器压实，形成防水绝热层3；；在压实后的超疏水颗粒表面覆盖2cm厚的纤维水泥板(保护层2)以及外饰面板1。如图1所示。
实施例2
先将2.8份聚四氟乙烯微粉和0.8份纳米ZnO依次与2份丙烯酸树脂及0.4份过氧化苯甲酰的混合液混合均匀，得到复合疏水涂料；将94份40～60目的粉煤灰漂珠放入混合机中，加入复合疏水涂料，搅拌均匀即得防水绝热超疏水颗粒。
将上述超疏水颗粒应用在建筑屋面，先将建筑屋面基面4上碎渣及松动的沙粒按序清扫一遍，然后用空气清扫枪将基层上的浮灰清扫干净；利用自动播料器在屋面表面铺设3cm厚防水绝热超疏水颗粒，铺设完毕后用平板人工压实，形成防水绝热层3，在压实后的超疏水颗粒表面覆盖一层无纺土工布，作为保护层2。
实施例3
先将3份微米级有机硅防水粉和1份纳米SiO2依次与5份氟硅树脂及1份异氰酸酯的混合液混合均匀，得到复合疏水涂料；将90份加气混凝土废料破碎成60～100目的颗粒，在60℃下完全烘干，待加气混凝土颗粒冷却至30℃时，加入复合疏水涂料，搅拌均匀即得防水绝热超疏水颗粒。
将上述超疏水颗粒应用在建筑屋面，先将建筑屋面基面4上碎渣及松动的沙粒等按序清扫一遍，然后用空气清扫枪将基层上的浮灰清扫干净；利用刮料器在屋面表面铺设5cm厚绝热超疏水颗粒，铺设完毕后用平板振实器压实，形成防水绝热层3；在压实后的超疏水颗粒表面覆盖3cm厚的细石混凝土层，形成保护层2；在细石混凝土层表面铺设彩色地砖，形成外饰面层1。
对实施例1、2和3制得的用于建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒进行接触角测试及体积吸水率、导热系数等性能测试，并与目前常用的泡沫混凝土(密度等级A04)保温材料作对比，结果见表1。
表1防水绝热超疏水颗粒性能测试
由表1可知，本发明所制备的用于建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒的防水保温性能优异。
为检测超保温疏水颗粒的耐久性，将实施例1、2和3制得的防水绝热超疏水颗粒及泡沫混凝土于屋面自然条件下放置12个月后，进行接触角测试及体积吸水率、导热系数等性能测试，结果如表2所示。
表2防水绝热超疏水颗粒性能测试(12个月后)
由表2可知，本发明所制备的用于建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒12个月后的防水保温性能依然优异，具有良好的耐久性能。
而且本发明中，超疏水颗粒为球状，堆积休止角为23.7°，具流态化自弥合特性，可根据周边环境扰动，及时调整颗粒堆积状态，具有流态愈合自修复抗渗功能(参见图2)，可以自愈合屋面裂缝，克服了刚性屋面因开裂导致渗漏的弊病，超疏水颗粒的超疏水特性可提升屋面体系绝热性能的耐久性。
上述实施例中的微米级材料的粒径范围为1-80um；纳米级材料的粒径范围为5-100nm。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒，其特征在于，该超疏水颗粒包括颗粒芯材及包裹在颗粒芯材表面的复合超疏水膜，所述的复合超疏水膜由复合疏水涂料在颗粒芯材表面交联固化得到，所述的复合疏水涂料由微米级材料和纳米级材料依次与树脂及相应的固化剂拌和得到。
2.根据权利要求1所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒，其特征在于，所述的颗粒芯材为疏松多孔、导热系数低的轻质材料，选自膨胀珍珠岩、粉煤灰漂珠、膨胀蛭石、膨胀微珠、漂珠、空心玻璃微珠、岩棉或玻璃棉制品颗粒、炉渣、焦渣、聚苯乙烯颗粒、聚氨酯颗粒、加气或泡沫混凝土颗粒以及陶粒中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒，其特征在于：
所述的树脂选自氟硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、氟树脂、硅树脂和酚醛树脂中的一种或几种；
所述的固化剂选自乙二胺、二乙烯三胺、多乙烯多胺、聚酰胺、异氰酸酯、过氧化苯甲酰、过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢、多异氰酸酯和六次甲基四胺中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒，其特征在于：
当所述的树脂采用环氧树脂时，所述的固化剂采用乙二胺、二乙烯三胺、多乙烯多胺、聚酰胺和异氰酸酯中的一种；
当所述的树脂采用丙烯酸树脂时，所述的固化剂采用过氧化苯甲酰、过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢中的一种；
当所述的树脂采用聚氨酯树脂、氟树脂或硅树脂时，所述的固化剂采用多异氰酸酯；
当所述的树脂采用酚醛树脂时，所述的固化剂采用六次甲基四胺。
5.根据权利要求1所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒，其特征在于：
所述的微米级材料选自聚四氟乙烯微粉、有机硅防水粉、甲基硅酸钠和脂肪酸钙中的一种或几种，其粒径为1-80um；
所述的纳米级材料选自疏水型纳米二氧化硅、氧化锌和氧化铝中的一种或几种，其粒径为5-100nm。
6.根据权利要求1～5任一所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒，其特征在于，该超疏水颗粒包括以下重量份的组分：颗粒芯材90-95份、树脂2-5份、固化剂0.2-1份、微米级材料2-4份和纳米级材料0.8-1份。
7.如权利要求1所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将颗粒芯材烘干后，静置冷却；
(2)将微米级材料和纳米级材料依次与树脂及相应的固化剂混合，搅拌均匀，制得复合疏水涂料；
(3)待颗粒芯材冷却后，加入复合疏水涂料，搅拌均匀，即制得所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒。
8.如权利要求1所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒的应用，其特征在于，在建筑屋面上覆盖防水绝热层，在防水绝热层表面还存在有保护层；所述的防水绝热层由所述的超疏水颗粒铺设而成。
9.根据权利要求8所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒的应用，其特征在于，包括以下条件中的任一项或多项：
(i)所述的保护层由纤维水泥板、硅酸钙板、土工布、塑料布、树脂涂层和混凝土板中的一种或几种组成；
(ii)所述的保护层还包括覆盖于最外层的外饰面层，所述的外饰面层由瓷砖、彩色水泥砖、大理石板、木板、玻璃、金属板和油漆面中的一种或几种组成；
(iii)所述的防水绝热层的厚度为3-10cm。
10.根据权利要求8所述的建筑屋面防水绝热一体化的超疏水颗粒的应用，其特征在于，其实施包括以下步骤：
(1)先将建筑屋面基面上的杂物清扫干净；
(2)将所述的超疏水颗粒均匀铺设在建筑屋面基面上，铺设完毕后压实，形成所述的防水绝热层；
(3)在防水绝热层表面覆盖一层保护层；
(4)在最外层覆盖外饰面层。
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