CN114316689A - 一种具有耐高温性能的水性防水涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有耐高温性能的水性防水涂料及其制备方法，涉及建筑涂料技术领域。具体包括用硬脂酸对黄土粉进行改性处理，再将改性黄土粉与丁苯乳液、助剂和水，分步混匀，过滤即得；制备得到的防水涂料的防水性、耐热性及环保性能指标远高于最新的行业标准和市面上现有同类防水涂料。本发明以硬脂酸改性黄土替代传统防水涂料中的粉料，不但赋予了防水涂料的生态功能，而且有效提升了防水涂料的防水性和耐热性，同时又缩短了表干时间，降低了生产成本。另外，本发明制备过程简单，条件温和，能耗低，对设备和生产环境要求低。

Description

一种具有耐高温性能的水性防水涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑涂料技术领域，具体涉及一种具有耐高温性能的水性防水涂料及其制备方法。

背景技术

水性防水涂料的最大优势是生产过程中不需要添加或少量添加溶助剂,是一种以水为分散介质的健康生态、安全环保的涂料,也是目前市场上最受欢迎的建筑防水涂料。目前，水性防水涂料已经在西方发达国家中得到广泛推广和运用,而在我国并没有那么顺利,品种不足、质量不高等问题已成为国内水性防水涂料发展的瓶颈。

国内现有的水性防水涂料都不同程度地存在着防水耐久性能差、吸水率高，尤其在高温高湿环境下，涂层容易吸水、膨胀，导致防水涂层脱落、破裂以及防水性能下降等缺陷。

因此，如何研发出防水性和耐高温性能优良的水性防水涂料是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有耐高温性能的水性防水涂料，以改性黄土粉和丁苯乳液作为主要成分，以分散剂、消泡剂、增稠剂、pH调节剂和防腐剂作为加工助剂，配方中所用原料精简、成本低廉、储量丰富、易采易得，可有效改善现有水性涂料防水耐久性能差、高温高湿环境涂层稳定性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种具有耐高温性能的水性防水涂料，按重量份数计，包括以下组分：水2.3～5.0份、改性黄土粉40～50份、丁苯乳液45～55份、分散剂0.3～0.5份、消泡剂0.3～0.5份、增稠剂0.2～0.4份、pH调节剂0.1～0.3份和防腐剂0.2～0.3份。

所述防水涂料可在常温0.6MPa条件下保持120min不透水，加热处理后，拉伸强度保持率和断裂延伸率分别≥486％和≥840％，加热伸长率和缩短率分别≤0.51％和≤0.45％。

在一优选的实施方式中，所述分散剂包括BYK-23160分散剂，消泡剂包括CF439水性消泡剂，增稠剂包括RM-8W增稠剂，pH调节剂包括AMP-95多功能助剂，防腐剂包括AF203防腐剂。

本发明的另一目的在于提供一种具有耐高温性能的水性防水涂料的制备方法，用硬脂酸对黄土粉进行表面接枝改性，再将改性黄土粉与丁苯乳液、助剂和水，分步混匀，高速分散即得。

整体制备方法简单、高效，反应温和，对设备和反应条件要求低，制备工艺安全性高，尤其适合大规模工业化生产。

为实现上述目的，本发明提供一种具有耐高温性能的水性防水涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)制备黄土浆粉：将黄土分散于纯水中，自然沉降，除去上层悬浮液和底层细砂粒杂质，取中间的黄土泥浆进行离心、烘干、粉碎过筛，得到黄土浆粉；

(2)改性黄土粉：将黄土浆粉加入到硬脂酸-氢氧化钠改性剂中,搅拌，产物用无水乙醇洗涤，离心至上清液表面无油状物析出为止，收集沉淀物在80℃条件下，真空干燥，研磨过筛，即得改性黄土粉；

(3)按配比称重各原料；

(4)调配：将丁苯乳液、分散剂、消泡剂重量的2/3部分、AMP-95多功能助剂、防腐剂混合，以第一预设条件搅拌混匀；

以第二预设条件加入改性黄土粉，以第三预设条件搅拌混匀；

依次加入增稠剂、水和余下的消泡剂重量的1/3部分，以第四预设条件搅拌至浆液细度≤50μm，即得防水性和耐热性能优良的水性防水涂料。

在一优选的实施方式中，步骤(1)中，黄土选自含水率≤5％的清洁干燥的黄土，黄土与纯水的质量比为1：(3.0～4.0)，自然沉降时间为5.0～7.0h。

在一优选的实施方式中，步骤(2)中，硬脂酸-氢氧化钠改性剂的制备方法为：将硬脂酸质量与浓度为0.02％氢氧化钠溶液体积，以(1.0～1.2)g:100mL的质量体积比混合即得。

在一优选的实施方式中，步骤(2)中，黄土浆粉质量与硬脂酸-氢氧化钠改性剂体积的质量体积比为(4.8～5.2)g:100mL。

在一优选的实施方式中，步骤(2)中，所述搅拌条件为：以500～800r/min，搅拌时间为50～60min；所述研磨过筛为325目筛。

我国拥有优质丰富的黄土资源，但未被有效地开发利用而大量闲置，造成资源浪费。因此，考虑利用黄土为原料制备防水涂料作为黄土资源化的利用途径。但是发明人在实际应用时发现，普通黄土的疏水性较差，难以满足防水涂料的要求。

为提高防水涂料的防水性，发明人通过大量实验研究，以硬脂酸作为改性剂对黄土进行表面接枝改性，不但可使黄土由亲水性变为同时具有疏水性和亲油性，而且能提高黄土的耐热性。另外，由于硬脂酸作为脂肪酸难溶于水，因此，将硬脂酸溶解于氢氧化钠溶液中，可有效增加硬脂酸的水溶性，提升硬脂酸与黄土浆粉的混匀效果，进一步提高对黄土浆粉的改性效果。

具体机理为：硬脂酸是一种含有烷基长链的有机酸，可通过化学吸附作用包覆在黄土颗粒表面，形成一薄层疏水层，不但能显著降低黄土颗粒的表面能，而且使黄土具有与荷叶表面相似的微-纳米粗糙结构，增强了黄土颗粒的防水性和热稳定性。

另外，实验研究表明，硬脂酸与黄土粉的质量比为1:(4～5.2)比较适宜。当硬脂酸用量小时，黄土表面的疏水基团较少而表现出的疏水性也较弱；当硬脂酸用量过大时，黄土表面的疏水基趋于饱和，疏水性趋于稳定，一方面造成硬脂酸浪费，另一方面改性黄土的疏水性过强，不利于与水和其他助剂的融合。

因此，采用硬脂酸与黄土粉的质量比为1:(4～5.2),即先按硬脂酸质量与0.02％氢氧化钠溶液体积比为(1.0～1.2)g:100mL配置硬脂酸-氢氧化钠混合液，再按黄土粉质量与硬脂酸-氢氧化钠混合液体积比为(4.8～5.2)g:100mL进行配料,搅拌速率为500～800r/min，搅拌时间为50～60min的方法制成改性黄土粉，以增强防水涂料的防水性和耐热性能。

在一优选的实施方式中，步骤(4)中，所述第一预设条件为：以600～800r/min的速率搅拌10～15min；

第二预设条件为：以1000～1200r/min的速率，搅拌加入改性黄土粉，加入改性黄土粉的时间为15～20min；

第三预设条件为：以1000～1200r/min的速率搅拌10～15min；

第四预设条件为：以3000r/min高速搅拌10～15min。

在将原料按配比混匀的基础上，按次序分步制备，先低速搅拌融合乳液与部分助剂，再在较高搅拌速率下加入改性黄土粉、水和其他助剂，最后高速分散。低速搅拌可以将部分助剂与乳液充分混合，而改性黄土粉因为有硬脂酸的包覆，因此可以在高速搅拌状态下与其他原料有效融为一相，最后加入水和增稠剂、部分消泡剂后高速分散可有效降低浆液细度，使浆料状态均一稳定。

与现有技术相比，本发明的一种具有耐高温性能的水性防水涂料及其制备方法，具有如下优点：

(1)本发明利用硬脂酸对黄土粉进行改性，不但使黄土同时具有疏水性和亲油性能，而且能提高黄土的耐热性能。以此改性黄土粉来替代传统防水涂料中常用的粉料(如水泥、重钙、石英粉、硫酸钡等)，既能增强粉料与丁苯乳液的相容性，又能赋予防水涂料的生态功能，更重要的是有效提升了防水涂料的防水性和耐热性能，降低了防水涂料的吸水性和生产成本。

(2)本发明利用丁苯乳液疏水性强、吸水率和水蒸气透过率极低的特性，以丁苯胶乳为主要成膜物质制得的防水涂料，表现出优良的低吸水性、防水性和拉伸性能，且无VOC、溶剂和可溶性重金属等有害成分。

(3)本发明原料成本低，来源广泛，易于采购。硬脂酸生产成本低、无污染，适合大规模使用；黄土成本低廉，还能整合资源、减少闲置，可达到降本增效的效果。

(4)本发明的制备过程在常温常压下进行，简单高效，能耗低，对搅拌设备无特殊要求，满足搅拌转速和搅拌时间即可，易于制备，尤其适合大规模工业化生产。

(5)本发明制备的水性防水涂料，具有如下优点：①粘度低、可潮气室温固化、涂膜致密美观、无气泡、防水持久；②施工方便，对施工基面干燥度要求不高,可喷涂也可涂刷，施工遍数少；③施工效果好，对需要防水的各种形状基面能形成连续不断的整体防水层；④不仅可用于外墙防水、建筑屋面、阳台、倾斜界面等防水，尤其适用于厨浴间、卫生间、游泳池、储液池和地下工程等长期潮湿环境下的防水。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1为本发明所用黄土改性前和用硬脂酸改性后的FT-IR图；其中图1(a)为改性前FT-IR图；图1(b)为改性后FT-IR图；

图2为本发明所用黄土改性前和使用硬脂酸改性后的SEM图；其中图2(a)为改性前的SEM图；图2(b)为改性后的SEM图。

具体实施方式

若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明实施例所用实施例厂商信息为：

BYK-23160分散剂为德国BYK公司生产的DISPERBYK-LP N 23160；

AMP-95多功能助剂为美国陶氏化学公司生产的陶氏DOW AMP-95；

CF439水性消泡剂CF439，英国Blackburn公司生产的DISPELAIR CF439；

RM-8W增稠剂为广州恒宇化工有限公司生产的陶氏增稠剂RM-8W聚氨酯；

AF203防腐剂佛山市蓝峰助剂有限公司生产的AF203；

丁苯乳液为盛禧奥聚合物有限公司生产的Latex DL 470PA。

在本发明中，重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等；本发明中，所述室温为25℃。

实施例1

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料，由以下重量份的原料组成：水4.5份、改性黄土粉45份、丁苯乳液49份、BYK-23160分散剂0.3份、CF439水性消泡剂0.4份、RM-8W增稠剂0.3份、AMP-95多功能助剂0.2份和AF203防腐剂0.3份。

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备黄土浆粉：将清洁干燥的黄土加入至其质量3.0～4.0倍的纯水中，搅匀自然沉降后，除去上层悬浮液和底层细砂粒杂质，取中间的泥浆进行离心、以60℃烘干2h、粉碎过200目筛；

(2)改性黄土粉：按质量-体积比为5g:100mL将所得的黄土浆粉加入到硬脂酸-氢氧化钠混合液中，搅拌60min后，产物用无水乙醇反复洗涤、离心至上清液表面中无油状物(游离硬脂酸)析出为止，80℃下真空干燥，研磨过325目筛后即得；

(3)按配比称重各原料；

(4)调配：将丁苯乳液、分散剂、消泡剂重量的2/3部分、AMP-95多功能助剂、防腐剂混合，以600～800r/min的速率搅拌10～15min；

调节转速至1000～1200r/min，缓慢加入改性黄土粉，加料时间控制在15～20min，加完后以1000～1200r/min继续搅拌10～15min；

依次加入增稠剂、水和余下的消泡剂重量的1/3部分，以3000r/min高速分散10～15min，至细度≤50μm，即得防水性和耐热性能优良的水性防水涂料。

将步骤(1)制备得到的黄土粉记为改性前黄土，将步骤(1)和(2)制备得到的黄土记为改性后黄土，进行和FT-IR、SEM和润湿接触角对比分析，结果如下：

黄土改性前后的FT-IR如图1所示，由图1可以明显看出，在2916cm^-1和2850cm^-1附近出现硬脂酸中-CH₂-的特征伸缩振动吸收峰，表明烷基被成功地接枝到黄土颗粒表面；在1702cm^-1附近出现了＞C＝O的伸缩振动吸收峰，表明硬脂酸被成功的包覆到黄土颗粒表面。

黄土改性前后的SEM如图2所示。

图2显示，未改性黄土中存在大量的聚集块状结构，且颗粒致密、尺寸较大，而改性后的黄土表面片状和块状结构显著减少，出现了细小的无定形颗粒，颗粒的分散性和表面粗糙程度均明显增加，也表明硬脂酸包覆到黄土颗粒表面了。

以对水的润湿接触角作为指标，对黄土改性前后的疏水性能进行检测，结果为：黄土改性前润湿接触角为20.5°，而黄土改性后的润湿接触角为123.5°，表明改性步骤可显著增强黄土粉的疏水性和亲油性能。

对比例1

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料，由以下重量份的原料组成：水4.5份、黄土浆粉45份、丁苯乳液49份、BYK-23160分散剂0.3份、CF439水性消泡剂0.4份、RM-8W增稠剂0.3份、AMP-95多功能助剂0.2份和AF203防腐剂0.3份。

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备黄土浆粉：将清洁干燥的黄土加入至其质量3.0～4.0倍的纯水中，搅匀自然沉降后，除去上层悬浮液和底层细砂粒杂质，取中间的泥浆进行离心、以60℃烘干2h、粉碎过200目筛；

(2)按配比称重各原料；

(3)调配：将丁苯乳液、分散剂、消泡剂重量的2/3部分、AMP-95多功能助剂、防腐剂混合，以600～800r/min的速率搅拌10～15min；

调节转速至1000～1200r/min，缓慢加入改性黄土浆粉，加料时间控制在15～20min，加完后以1000～1200r/min继续搅拌10～15min；

依次加入增稠剂、水和余下的消泡剂重量的1/3部分，以3000r/min高速分散10～15min，至细度≤50μm，即得防水性和耐热性能优良的水性防水涂料。

效果例

将实施例1和对比例1所制得的水性防水涂料进行理化性质和环保性能检测，结果如表1和2所示。

表1防水涂料的理化性能测试结果

由表1可以看出，实施例1制备的防水性和耐热性能优良的水性防水涂料的理化性能指标均满足《聚合物乳液建筑防水涂料》(JC/T864-2008)中Ⅱ类产品的要求，尤其是其防水性和耐热性能远高于标准要求。而对比例1因采用常规黄土浆粉未做改性处理，其防水性能和加热处理后指标数据均无法满足《聚合物乳液建筑防水涂料》行业标准，说明仅用常规黄土浆粉无法制备防水涂料。

表2防水涂料的环保性能测试结果

从表2可看出，实施例1制备的防水性和耐热性能优良的水性防水涂料的环保性能指标远超过《环境标志产品技术要求防水涂料》(HJ 457-2009)和市面上现有的同类防水涂料相比，不含VOC、溶剂和可溶性重金属等有害成分，是名副其实的绿色防水涂料。

实施例2

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料，由以下重量份的原料组成：水2.3份、改性黄土粉41份、丁苯乳液55份、BYK-23160分散剂0.3份、CF439水性消泡剂0.5份、RM-8W增稠剂0.4份、AMP-95多功能助剂0.2份和AF203防腐剂0.3份。

其中：改性黄土粉及水性防水涂料的制备方法同实施例1。

制备得到的防水涂料可在常温0.6MPa条件下保持125min不透水，加热处理后，拉伸强度保持率和断裂延伸率分别为491％和845％，加热伸长率和缩短率分别为0.48％和0.44％。

实施例3

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料，由以下重量份的原料组成：水2.6份、改性黄土粉46份、丁苯乳液50份、BYK-23160分散剂0.4份、CF439水性消泡剂0.3份、RM-8W增稠剂0.2份、AMP-95多功能助剂0.2份和AF203防腐剂0.3份。

其中：改性黄土粉及水性防水涂料的制备方法同实施例1。

制备得到的防水涂料可在常温0.6MPa条件下保持128min不透水，加热处理后，拉伸强度保持率和断裂延伸率分别为488％和850％，加热伸长率和缩短率分别为0.47％和0.43％。

实施例4

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料，由以下重量份的原料组成：水3.5份、改性黄土粉40份、丁苯乳液55份、BYK-23160分散剂0.3份、CF439水性消泡剂0.5份、RM-8W增稠剂0.4份、AMP-95多功能助剂0.1份和AF203防腐剂0.2份。

其中：改性黄土粉及水性防水涂料的制备方法同实施例1。

制备得到的防水涂料可在常温0.6MPa条件下保持132min不透水，加热处理后，拉伸强度保持率和断裂延伸率分别为496％和852％，加热伸长率和缩短率分别为0.46％和0.43％。

实施例5

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料，由以下重量份的原料组成：水3.6份、改性黄土粉50份、丁苯乳液45份、BYK-23160分散剂0.5份、CF439水性消泡剂0.3份、RM-8W增稠剂0.2份、AMP-95多功能助剂0.2份和AF203防腐剂0.2份。

其中：改性黄土粉及水性防水涂料的制备方法同实施例1。

制备得到的防水涂料可在常温0.6MPa条件下保持130min不透水，加热处理后，拉伸强度保持率和断裂延伸率分别为498％和846％，加热伸长率和缩短率分别为0.48％和0.42％。

实施例6

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料，由以下重量份的原料组成：水5.0份、改性黄土粉48份、丁苯乳液45份、BYK-23160分散剂0.5份、CF439水性消泡剂0.5份、RM-8W增稠剂0.4份、AMP-95多功能助剂0.3份和AF203防腐剂0.3份。

其中：改性黄土粉及水性防水涂料的制备方法同实施例1。

制备得到的防水涂料可在常温0.6MPa条件下保持135min不透水，加热处理后，拉伸强度保持率和断裂延伸率分别为487％和865％，加热伸长率和缩短率分别为0.50％和0.42％。

实施例7

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料，由以下重量份的原料组成：水4.0份、改性黄土粉42份、丁苯乳液53份、BYK-23160分散剂0.3份、CF439水性消泡剂0.3份、RM-8W增稠剂0.3份、AMP-95多功能助剂0.2份和AF203防腐剂0.2份。

其中：改性黄土粉及水性防水涂料的制备方法同实施例1。

制备得到的防水涂料可在常温0.6MPa条件下保持142min不透水，加热处理后，拉伸强度保持率和断裂延伸率分别为495％和878％，加热伸长率和缩短率分别为0.46％和0.44％。

实施例8

一种防水性和耐热性能优良的水性防水涂料，由以下重量份的原料组成：水4.7份、改性黄土粉47份、丁苯乳液47份、BYK-23160分散剂0.4份、CF439水性消泡剂0.3份、RM-8W增稠剂0.2份、AMP-95多功能助剂0.1份和AF203防腐剂0.3份。

其中：改性黄土粉及水性防水涂料的制备方法同实施例1。

制备得到的防水涂料可在常温0.6MPa条件下保持132min不透水，加热处理后，拉伸强度保持率和断裂延伸率分别为490％和862％，加热伸长率和缩短率分别为0.45％和0.42％。

上述实施例1～8所得的防水性和耐热性能优良的水性防水涂料的使用方法，仍沿用常规防水涂料的使用方法。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种具有耐高温性能的水性防水涂料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：水2.3～5.0份、改性黄土粉40～50份、丁苯乳液45～55份、分散剂0.3～0.5份、消泡剂0.3～0.5份、增稠剂0.2～0.4份、pH调节剂0.1～0.3份和防腐剂0.2～0.3份；

所述防水涂料在常温0.6MPa条件下保持120min不透水，加热处理后，拉伸强度保持率和断裂延伸率分别≥486％和≥840％，加热伸长率和缩短率分别≤0.51％和≤0.45％。

2.如权利要求1所述的水性防水涂料，其特征在于，所述分散剂包括BYK-23160分散剂，消泡剂包括CF439水性消泡剂，增稠剂包括RM-8W增稠剂，pH调节剂包括AMP-95多功能助剂，防腐剂包括AF203防腐剂。

3.如权利要求1或2所述的水性防水涂料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)制备黄土浆粉：将黄土分散于纯水中，自然沉降，除去上层悬浮液和底层细砂粒杂质，取中间的黄土泥浆进行离心、烘干、粉碎过筛，得到黄土浆粉；

(2)改性黄土粉：将黄土浆粉加入到硬脂酸-氢氧化钠改性剂中,搅拌，产物用无水乙醇洗涤，离心至上清液表面无油状物析出为止，收集沉淀物在80℃条件下，真空干燥，研磨过筛，即得改性黄土粉；

(3)按配比称重各原料；

(4)调配：将丁苯乳液、分散剂、消泡剂重量的2/3部分、AMP-95多功能助剂、防腐剂混合，以第一预设条件搅拌混匀；

以第二预设条件加入改性黄土粉，以第三预设条件搅拌混匀；

依次加入增稠剂、水和余下的消泡剂重量的1/3部分，以第四预设条件搅拌至浆液细度≤50μm，即得防水性和耐热性能优良的水性防水涂料。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述黄土选自含水率≤5％的清洁干燥的黄土，黄土与纯水的质量比为1：(3.0～4.0)，自然沉降时间为5.0～7.0h。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，硬脂酸-氢氧化钠改性剂的制备方法为：将硬脂酸质量与浓度为0.02％氢氧化钠溶液体积，以(1.0～1.2)g:100mL的质量体积比混合即得。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，黄土浆粉质量与硬脂酸-氢氧化钠改性剂体积的质量体积比为(4.8～5.2)g:100mL。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌条件为：以500～800r/min，搅拌时间为50～60min；所述研磨过筛为325目筛。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述第一预设条件为：以600～800r/min的速率搅拌10～15min；

第二预设条件为：以1000～1200r/min的速率，搅拌加入改性黄土粉，加入改性黄土粉的时间为15～20min；

第三预设条件为：以1000～1200r/min的速率搅拌10～15min；

第四预设条件为：以3000r/min高速搅拌10～15min。

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