CN113861610B - 一种新型耐候性复合防水材料的制备方法及应用 - Google Patents

一种新型耐候性复合防水材料的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了以SBS为基体的新型耐候性复合防水材料的制备方法和应用。本发明通过热诱导硫醇烯点击反应合成了不同接枝率的SBS‑g‑COOH,并加入0.5～2wt%纳米稀土氧化物，使其与SBS‑g‑COOH的羧基配位形成盐键，制备出化学界面结合的纳米稀土氧化物/SBS复合防水材料。与GB/T18242‑2008相比，该复合防水材料的最大载荷提高了200%，撕裂强度提高了300%，人工加速老化后，复合材料的外观与力学性能与老化前没有变化。本发明的纳米稀土氧化物在复合材料中起到吸收和抵御紫外线的作用，大大延长了复合防水材料的使用年限。

Description

一种新型耐候性复合防水材料的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种新型耐候性复合防水材料的制备方法。
背景技术
防水卷材主要是用于建筑墙体、屋面，起到抵御外界雨水的柔性建材产品，是整个工程防水的第一道屏障，对整个工程起着至关重要的作用。此类材料需具有优异的耐水性与耐候性，保证使用年限，减少后期使用成本。
目前屋面防水主要使用SBS为基体的防水卷材，由于SBS大分子链中具有双键，在紫外线照射下双键被打开长链结构被破坏，加速了SBS防水卷材的老化变形，使得防水卷材会出现褪色、黄化、粉化、开裂等现象，使用寿命大大降低。为了解决这个问题大多加入抗老剂等助剂。例如专利CN109825100A公开了一种SBS改性沥青及其制备工艺，SBS改性沥青的原料中添加9～26wt%抗紫外剂与稳定剂，提高防水卷材的使用稳定性和耐老化性能。其他耐候性防水专利大多则是直接加入抗老剂、抗氧剂等化合物来防止材料老化，加入的化合物作用单一且效果一般，且需要加入其他的填料如碳酸钙、滑石粉等，由于加入的填料与基体之间的不相容性，填料与基体之间只是单纯的物理混合，使得所制备的材料力学性能与耐候性都有所降低，最终导致防水材料的使用年限下降。
稀土化合物物被称为“工业黄金”，具有丰富的电子结构，存在大量空f轨道，可以很容易与游离自由基结合，从而终止橡胶老化过程中的诸多氧化反应，另外，在热氧老化前，稀土元素与基体形成了络合结构，阻碍了热氧化过程的进行，从而提高了材料的耐候性。
为了解决上述问题，本发明采用热诱导硫醇烯点击反应制备了带有接枝化合物SBS-g-COOH基体，由于接枝化合物带有羧基，可以与加入的纳米稀土化合物形成盐键，制备出化学界面结合的纳米稀土氧化物/SBS复合防水材料，从而使复合材料的力学性能与耐候性同时大大提高，延长了其使用寿命。
发明内容
本发明的目的提出一种新型耐候性复合防水材料的制备方法。
发明的另一目的是提供该新型耐候性复合防水材料在耐候性方面的应用。
（一）新型耐候性复合防水材料的制备。
（1）SBS-g-COOH的制备。
将SBS先溶解于溶剂中，SBS溶解后加入引发剂，再通过恒压滴液漏斗加入接枝化合物;冰浴一段时间后，在流动N2保护下，将烧瓶置于水浴中反应;反应完成后，将烧瓶放入冰浴中终止反应，得到SBS-g-COOH溶液;其具体参数：SBS与溶剂的质量比为1：2～1：4，SBS与引发剂的质量比为1：0.0075～1：0.015，SBS与接枝化合物的质量比为1：0.5～1：1.5，冰浴时间为10～30min，水浴反应温度为50～70℃，反应时间为10～15h。
SBS-g-COOH/纳米稀土化合物的制备。
将SBS-g-COOH溶液中加入一定量纳米稀土化合物，搅拌均匀，水浴加热反应，反应结束后得到SBS-g-COOH/纳米稀土化合物溶液，将溶液倒入培养皿中，放入烘箱中烘干;其具体参数：纳米稀土化合物的质量是SBS质量的0.5～2%，水浴反应温度为60～80℃，反应时间为2～4h，烘干温度为40～60℃，烘干时间为24～30h。
（二）新型耐候性复合防水材料的性能。
（1）对新型耐候性复合防水材料力学性能的试验。
按GB/T 328.8进行，夹具间距200 mm;分别取纵向,横向各五个试件的平均值，利用微机控制电子万能试验机测试材料的力学性能;首先选择合适的测试环境：热塑性塑料（25±2）℃，热固性塑料（25±5）℃；将试样的表面尽可能的暴露于测试环境中，静置一段时间以使试样的性能在待测试环境中达到稳定状态;然后，用游标卡尺测量并记录下试样尺寸（包括长、宽、厚），每个试样需选择不同的位置测三次数据，最终取平均值作为试样的尺寸进行接下来的测试;最后，进行测试：测试前先在被测试样宽度方向做标线，以保证安装到夹具上的试样与夹具保持垂直，另外用夹具夹持试样时应保持松紧恰当，避免试样在受力拉伸时发生滑脱现象或因夹持力量太大而在夹口处损坏，以影响最后结果的准确性。
测试结果：与GB/T18242-2008中国标数据相比，拉力是其的3倍，撕裂强度是4倍。
（2）对新型耐候性复合防水材料疏水性能的试验。
按GB/T18242-2008进行，选用液滴法进行接触角的测试，首先调整工作台水平，再把表面水平的试样放在工作台上压紧固定，接着通过电脑调控针头位于观察界面的中间部分，后检查微量进样器中液体的量是否充足，以及选择合适的液滴的滴入量和针头距离试样的水平距离，保证在针头处形成液滴，手动微调旋钮使针管缓慢下移，让试样表面与液滴恰好接触，再微微上调试管，使液滴恰好可以滴落在试样表面;点击拍照按钮，调控基准线，最后按三点法进行接触角的测量得到所需数据，一般一个试样需要选择不同的位置测试5次或以上，求平均值。
测试结果：接触角为120.21°。
（3）对新型耐候性复合防水材料耐候性的试验。
耐候性检验采用人工加速老化法：按GB/T 18244进行,采用氩弧灯法,累计辐照能量1 500 MI/m(光照时间约720 h);老化后,检查试件外观;拉力保持率。
测试结果：颜色未出现明显色差，没有粉化、褪色、等现象发生，拉力保持率为99%。
（4）对新型耐候性复合防水材料耐水性的试验。
按GB/T328.10—2007中方法进行,耐水性主要检验不透水性与浸水后质量增加：不透水性是在0.3MPa下30min水是否透过复合材料，浸水后质量增加是将一定质量的复合材料放入（23+2）℃的水中浸泡7d+1h后称量其质量的变化。
测试结果：在0.3MPa下30min水不能透过复合材料，且浸水后质量增加0.2%。
本发明相对现有技术具有以下优点。
1.纳米稀土化合物的加入使得复合材料可以吸收和反射紫外线提高复合材料的耐候性。
2.纳米稀土化合物加入，使得复合材料的力学性能得以提升，拉伸强度和断裂伸长率也相应提高。
3.通过热诱导硫醇烯点击反应制备了带有接枝化合物的基体，使得基体与加入的稀土化合物形成化学键，使得复合材料的力学性能与耐候性都大大增加。
附图说明
图1是新型耐候性复合防水材料稀土化合物与基体作用机理示意图。
图2是新型耐候性复合防水材料扫描电镜图。
图3是新型耐候性复合防水材料红外光谱示意图。
图4是新型耐候性复合防水材料接触角示意图。
图5是新型耐候性复合防水材料耐候性结果示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施对本发明新型耐候性复合防水材料的制备及其性能作进一步说明。
实例一。
A.SBS-g-COOH的制备。
称取10gSBS、30g溶剂，将SBS加入溶剂中混合搅拌，待SBS溶解后加入0.075g引发剂，再通过恒压滴液漏斗加入5g接枝化合物，冰浴10min后，在流动N2保护下，将烧瓶置于60℃水浴中反应12h;反应完成后，将烧瓶放入冰浴中终止反应，得到透明粘稠状的SBS-g-COOH溶液。
B.SBS-g-COOH/纳米稀土化合物的制备。
称取20gSBS-g-COOH溶液、0.1g纳米稀土化合物，将纳米稀土化合物加入SBS-g-COOH溶液中，搅拌均匀，水浴70℃加热反应2h，反应结束后得到SBS-g-COOH/纳米稀土化合物溶液，将溶液倒入培养皿中，放入烘箱中50℃烘干24h。
实例二。
A.SBS-g-COOH的制备。
称取10gSBS、30g溶剂，将SBS加入溶剂中混合搅拌，待SBS溶解后加入0.075g引发剂，再通过恒压滴液漏斗加入5g接枝化合物，冰浴10min后，在流动N2保护下，将烧瓶置于60℃水浴中反应12h;反应完成后，将烧瓶放入冰浴中终止反应，得到透明粘稠状的SBS-g-COOH溶液。
B.SBS-g-COOH/纳米稀土化合物的制备。
称取20gSBS-g-COOH溶液、0.2g纳米稀土化合物，将纳米稀土化合物加入SBS-g-COOH溶液中，搅拌均匀，水浴70℃加热反应2h，反应结束后得到SBS-g-COOH/纳米稀土化合物溶液，将溶液倒入培养皿中，放入烘箱中50℃烘干24h。
实例三。
A.SBS-g-COOH的制备。
称取10gSBS、30g溶剂，将SBS加入溶剂中混合搅拌，待SBS溶解后加入0.15g引发剂，再通过恒压滴液漏斗加入5g接枝化合物，冰浴10min后，在流动N2保护下，将烧瓶置于60℃水浴中反应12h;反应完成后，将烧瓶放入冰浴中终止反应，得到透明粘稠状的SBS-g-COOH溶液。
B.SBS-g-COOH/纳米稀土化合物的制备。
称取20gSBS-g-COOH溶液、0.3g纳米稀土化合物，将纳米稀土化合物加入SBS-g-COOH溶液中，搅拌均匀，水浴70℃加热反应2h，反应结束后得到SBS-g-COOH/纳米稀土化合物溶液，将溶液倒入培养皿中，放入烘箱中50℃烘干24h。
实例四。
A.SBS-g-COOH的制备。
称取10gSBS、30g溶剂，将SBS加入溶剂中混合搅拌，待SBS溶解后加入0.15g引发剂，再通过恒压滴液漏斗加入5g接枝化合物，冰浴10min后，在流动N2保护下，将烧瓶置于60℃水浴中反应12h;反应完成后，将烧瓶放入冰浴中终止反应，得到透明粘稠状的SBS-g-COOH溶液。
B.SBS-g-COOH/纳米稀土化合物的制备。
称取20gSBS-g-COOH溶液、0.4g纳米稀土化合物，将纳米稀土化合物加入SBS-g-COOH溶液中，搅拌均匀，水浴70℃加热反应2h，反应结束后得到SBS-g-COOH/纳米稀土化合物溶液，将溶液倒入培养皿中，放入烘箱中50℃烘干24h。
将实施例1-4制备的材料按国标进行性能测试，结果见表1。
表1
表1 复合防水材料性能测试结果
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种新型耐候性复合防水材料的制备方法，其特征在于，方法依次包括以下A、B两个步骤：
A.SBS-g-COOH的制备:
将SBS先溶解于溶剂中，SBS溶解后加入引发剂，再通过恒压滴液漏斗加入接枝化合物；冰浴一段时间后，在流动N2保护下，将烧瓶置于水浴中反应，反应完成后，将烧瓶放入冰浴中终止反应，得到SBS-g-COOH溶液；
B.SBS-g-COOH/纳米稀土化合物的制备:
将SBS-g-COOH溶液中加入一定量纳米稀土化合物，搅拌均匀，水浴加热反应，反应结束后得到SBS-g-COOH/纳米稀土化合物溶液，将溶液倒入培养皿中，放入烘箱中烘干；
所述纳米稀土化合物为纳米氧化镧，纳米稀土化合物的质量是SBS质量的0.5～2％；
SBS-g-COOH的制备过程中，SBS与溶剂的质量比为1：2～1：4，SBS与引发剂的质量比为1：0.0075～1：0.015，SBS与接枝化合物的质量比为1：0.5～1：1.5，冰浴时间为10～30min，水浴反应温度为50～70℃，反应时间为10～15h；
SBS-g-COOH/纳米稀土化合物的制备过程中，水浴反应温度为50～80℃，反应时间为2～4h，烘干温度为40～60℃，烘干时间为24～30h；
所述引发剂选自AIBN、AIBME、偶氮二异庚腈中的一种；
所述接枝化合物为MPA。
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