CN114736587B - 一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法 - Google Patents

一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，涉及一种涂料制备方法，本发明采用甲基丙烯酸三氟乙酯（TFEMA）作为氟单体和甲基丙烯酸三羟甲基丙烷（TMPTMA）作为交联剂通过原位聚合引入氟聚合物层。氟聚物保护层拥有无毒无味，良好的热稳定性和生理惰性的优异特性，可以极大增强材料表面的耐酸耐碱性。因此通过硅烷偶联剂将具有惰性的氟聚物层与建筑材料表面以化学键的方式结合起来，达到对材料保护的目的。加入低相对分子质量环氧树脂为惰性组分进行丙烯酸酯类单体溶液聚合,制得环氧树脂/聚丙烯酸酯互穿聚合物网络，应用于建筑上进一步加强对材料的耐候保护作用。

Description

一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑涂料制备方法，特别是涉及一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法。
背景技术
建筑业是我国国民经济的支柱行业,是人类日常生活不可缺少的重要部分。建筑材料是建筑生产活动的物质基础，建筑材料、建筑设计、建筑结构、建筑施工和建筑经济，五者构成建筑工程学科的重要组成部分。
建筑工程中许多技术问题的突破和创新,对建筑材料的解决有依赖性,随着新的建筑材料的更新与出现，又将对结构设计及施工技术有一次新的革新。
伴随着社会生产力的不断发展与科学技术的进步,建筑材料摆脱了几千年来对砖、木、石、土的使用限制,广泛使用的水泥和钢材,出现了钢筋混凝土结构。而随着轻质高强材料的问世,又推动了现代建筑和高层建筑的技术革新。与此同时建筑技术的发展,同样是会对建筑材料提出新的要求，所以一些具有特殊功能的材料也就应运而生。由此可见，建筑材料生产及其科学技术的发展对建筑业的发展有深远作用。
总而言之，要想从根本上解决建筑技术难题，提升建筑质量提和建筑的整体水平，就需要满足不同建筑层次的需求，建筑材料的性能对建筑业的发展有很重要的影响。建筑材料的发展可以带动建筑业更上一个台阶，进而带动经济乃至社会的进步。
我国地大物博，有众多地理形貌。不论什么样的地貌，都存在建筑业。建筑材料被腐蚀的原因是主要成份为硅和钙的材料接触酸碱液后，生成不同种类的盐类，从而影响材料结构、形态与性能，导致建筑的寿命减少。酸碱液的腐蚀对大量的公共和民用基础设施产生不可逆转的伤害，影响混凝土结构的持久性，作为耐腐蚀的主要问题之一，它也面临着严重的建筑腐蚀风险。除了一些在沿海地区建造的建筑物外，一些建在污染河流上的工程的桥墩和桥台的浮动部分也会受到污染淡水中的酸碱液体的腐蚀。
据报道，2000年中国因建筑腐蚀造成的经济损失超过5000亿美元，约占国民生产总值的6%。由此得出，建筑腐蚀造成的经济损失在国民经济中具有重要影响作用，虽然腐蚀经济损失在国民生产总值中占比较低，但是随着国民经济的发展与社会进步，这一损失将继续且持续增加。
目前，在一些企业的基础设施、公共建筑和民用建筑项目的建设中根本没有工程防腐的准备，因此，诸多未经防腐技术处理的工程建筑物的使用寿命必然会大大缩短，接下来会导致建筑物的结构严重腐蚀，进而建筑物的使用风险大大增加。对人们的生命安危具有很大的威胁且如果这样的建筑物遇到地震、强降雨等自然灾害，后果将难以想象。
与防腐技术与意识先进的国家相比，我国的技术水平与管理水平有待提高，对建筑腐蚀的危害性没有清晰的认知，最严重的是认识不清晰，一些施工企业往往不愿意对其承接的建筑采取防腐措施，以此来降低施工成本，获取利润。
调查表明，我国现有基础设施腐蚀破坏普遍且严重。伴随着我国国民经济的发展，国家不断加大对基础设施建设的投入并加快对其的建设速度。加上环保节能要求的提高，以及对于建筑本身质量和寿命的要求，一些新型建材产品迎来了新的发展机遇。其中，防腐，耐酸碱涂料在未来就大有可为。
建筑材料暴漏在空气中会面对气候与酸碱液的腐蚀，导致了建筑材料质量的急剧下降，影响建筑的完成质量，因此需要一种具有工艺简单，成本低廉，高耐酸耐碱的建筑涂层来解决这个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，本发明采用原位聚合法引入一种氟聚合物层，并且通过硅烷偶联剂与硅丙乳液的加入增加了保护层与材料之间的接触力。加入低相对分子质量环氧树脂为惰性组分进行丙烯酸酯类单体溶液聚合,制得环氧树脂/聚丙烯酸酯互穿聚合物网络。制备的涂层增强了材料的耐酸耐碱性以及耐候性，而且制备工艺简单，成本低廉。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，所述方法包括以下制备步骤：
（a）将乙醇与水依次加入到干燥的容器中，容器带有电动搅拌机与温度计；将硅烷偶联剂加入到容器中，300-500r/min下搅拌直到水浴锅的温度达到80℃，得到水解后的硅烷偶联剂；然后将原料，按成分的重量份数硅烷偶联剂1-5份、建筑材料1-30份、氟单体1-3份、交联剂1-15份、引发剂1-3份、硅丙乳液1-8份、环氧树脂1-10份加入容器中，水浴搅拌得到改性的材料；
（b）将改性材料中的多余液体倒出，留下固体的改性材料，将用水搅拌溶解的硅丙乳液加入到盛有改性材料的烧杯中，在水浴锅温度80℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h；得到表面带有结合双键的功能性材料；
（c）将引发剂与乙醇完全溶解，向盛有材料的烧杯中依次加入氟单体，交联剂和乙醇溶解的引发剂，原位聚合，使硅丙乳液充分的参与到聚合反应当中；将环氧树脂，丙二醇甲醚溶剂，过氧化苯甲酰加入到反应后的容器中，保温反应制得耐酸耐碱耐候的建筑涂料。
所述的一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，上述（a）中硅烷偶联剂为KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述的一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，上述（c）中引发剂为AIBN偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰中的一种。
所述的一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，上述（c）中氟单体为甲基丙烯酸三氟乙酯（TFEMA）、甲基丙烯酸六氟正丁酯(HFBM)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFHM)中的一种。
所述的一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，上述（c）中交联剂为甲基丙烯酸三羟甲基丙烷（TMPTMA）、三羟甲基丙烷丙氧酯三丙烯酸酯（TPPTA）。
所述的一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，所述环氧树脂为E-51环氧树脂。
所述的一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，上述（a）中80℃，800-1000r/min水浴搅拌40min，得到改性的材料。
所述的一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，上述（b）中水浴锅温度80℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h，得到表面带有结合双键的功能性材料。
所述的一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，上述（c）中下原位聚合条件为温度80℃，搅拌速度500-700r/min，时间1h。
所述的一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，上述（c）中保温温度80℃，时间1h。
本发明的优点与效果是：
1、本发明采用原位聚合工艺包覆建筑材料，制备工艺简单，仅需一步操作就能得到涂层。
2、本发明采用氟聚物作为包覆材料，与其他耐酸耐碱涂层相比具有更优异的热稳定性。
进一步地，所述建筑材料为沙子，外墙涂料或混凝土等其中的一种。
优选的，所述（a）中混合液体积比乙醇：水=2：1。
3、本发明与其他耐酸耐碱涂层相比，以氟聚物形成的耐酸耐碱涂层效果更为优异。
4、本发明涂层成本低廉，不需要其他昂贵的原材料。
5、本发明本涂层应用范围广，可以与任何表面含有羟基基团的建筑材料相作用。
6、本发明以低相对分子质量环氧树脂为惰性组分进行丙烯酸酯类单体溶液聚合,制得环氧树脂/聚丙烯酸酯互穿聚合物网络。
7. 本发明制备的涂料应用于建筑材料，如沙子，外墙涂料，混凝土等外裸露建筑材料的耐酸碱涂料的制备方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
步骤一：硅烷偶联剂改性建筑材料的制备
将体积比为2：1的乙醇和蒸馏水与5份KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600-800r/min下，搅拌40min。得到偶联剂改性的建筑材料。
步骤二：应用于建筑材料的耐酸耐碱耐候涂层的制备
取上述改性后材料，加入2份硅丙乳液，80℃下，500-700r/min保温搅拌1h，得到表面带有特殊基团的功能材料。依次向其中加入3份甲基丙烯酸三氟乙酯（TFEMA）、8份甲基丙烯酸三羟甲基丙烷（TMPTMA）和1份溶解在乙醇中的偶氮二异丁腈（AIBN）继续保温搅拌1h,再将5份的E-51环氧树脂，丙二醇甲醚溶剂，1份过氧化苯甲酰加入到反应后的烧杯中，在80℃下，保温反应1h，制得耐酸耐碱耐候的建筑涂层。
实施例2
步骤一：硅烷偶联剂改性建筑材料的制备
将体积比为2：1的乙醇和蒸馏水与2份KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600-800r/min下，搅拌40min。得到偶联剂改性的建筑材料。
步骤二：应用于建筑材料的耐酸耐碱耐候涂层的制备
取上述改性后材料，加入2份硅丙乳液，80℃下，500-700r/min保温搅拌1h，得到表面带有特殊基团的功能材料。依次向其中加入2份甲基丙烯酸三氟乙酯（TFEMA）、5份甲基丙烯酸三羟甲基丙烷（TMPTMA）和1份溶解在乙醇中的偶氮二异丁腈（AIBN）继续保温搅拌1h,再将5份的E-51环氧树脂，丙二醇甲醚溶剂，1份过氧化苯甲酰加入到反应后的烧杯中，在80℃下，保温反应1h，制得耐酸耐碱耐候的建筑涂层。
实施例3
步骤一：硅烷偶联剂改性建筑材料的制备
将体积比为2：1的乙醇和蒸馏水与5份KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600-800r/min下，搅拌40min。得到偶联剂改性的建筑材料。
步骤二：应用于建筑材料的耐酸耐碱耐候涂层的制备
取上述改性后材料，加入2份硅丙乳液，80℃下，500-700r/min保温搅拌1h，得到表面带有特殊基团的功能材料。依次向其中加入3份甲基丙烯酸六氟正丁酯(HFBM)、8份甲基丙烯酸三羟甲基丙烷（TMPTMA）和1份溶解在乙醇中的偶氮二异丁腈（AIBN）继续保温搅拌1h,再将5份的E-51环氧树脂，丙二醇甲醚溶剂，1份过氧化苯甲酰加入到反应后的烧杯中，在80℃下，保温反应1h，制得耐酸耐碱耐候的建筑涂层。
实施例4
步骤一：硅烷偶联剂改性建筑材料的制备
将体积比为2：1的乙醇和蒸馏水与5份KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600-800r/min下，搅拌40min。得到偶联剂改性的建筑材料。
步骤二：应用于建筑材料的耐酸耐碱耐候涂层的制备
取上述改性后材料，加入2份硅丙乳液，80℃下，500-700r/min保温搅拌1h，得到表面带有特殊基团的功能材料。依次向其中加入3份甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFHM)、8份甲基丙烯酸三羟甲基丙烷（TMPTMA）和1份溶解在乙醇中的偶氮二异丁腈（AIBN）继续保温搅拌1h,再将5份的E-51环氧树脂，丙二醇甲醚溶剂，1份过氧化苯甲酰加入到反应后的烧杯中，在80℃下，保温反应1h，制得耐酸耐碱耐候的建筑涂层。
建筑材料为天然风沙，主要成分为二氧化硅。
硅丙乳液为加入不同成分使之带有颜色的染料。
对比例1
步骤一：硅烷偶联剂改性建筑材料的制备
将体积比为2：1的乙醇和蒸馏水与2份KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600-800r/min下，搅拌40min。得到偶联剂改性的建筑材料。
步骤二：应用于建筑材料的耐酸耐碱耐候涂层的制备
取上述改性后材料，加入2份硅丙乳液，80℃下，500-700r/min保温搅拌1h，得到表面带有特殊基团的功能材料。依次向其中加入2份甲基丙烯酸三氟乙酯（TFEMA）、5份甲基丙烯酸三羟甲基丙烷（TMPTMA）和1份溶解在乙醇中的偶氮二异丁腈（AIBN）继续保温搅拌1h。得到经过氟聚物包覆的耐酸耐碱涂层。
对比例2
步骤：无氟包覆涂料的制备
将乙醇与蒸馏水与5g的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600r/min下，搅拌40min。得到硅烷偶联剂改性的建筑材料，接着加入2份硅丙乳液涂料，80℃下，500r/min保温搅拌1h，得到表面无氟聚物的涂料。
对比例3
步骤：无包覆涂料材料的制备
将2份无任何吸附物的染料80℃下，建筑材料沙子与之共混，500r/min保温搅拌1h，得到表面无氟、无硅丙的带有颜色的涂层。
测定了实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、对比例1、对比例2和对比例3的建筑材料的耐酸碱强度，测试酸液为0.05mol/L的硫酸溶液（PH=2），测试碱液为0.1mol/L的氢氧化钠溶液(PH=12)，测试时间为72h至144h，观察本发明的建筑材料是否有异常现象，如材料褪色等。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1在酸液中144h后无异常现象，在碱液中144h后也无异常现象。
对比例2在酸液中144h后无异常现象，在碱液中1h后发生严重的褪色现象。
对比例3在酸液中1h后发生严重的褪色现象，在碱液中1h后发生严重的褪色现象。
测定了实施例1、实施例2和对比例1的材料的耐候性能。测定了三组材料在盐雾箱中的现象，测试时间为48h。
实施例1、实施例2、实施例3和实施例4在盐雾箱中48h无异常现象，对比例1在12h内发生了褪色现象。
经过以上五组对比可知，经过氟聚物包覆的建筑材料具有优异的耐酸耐碱性能以及热稳定性能，经过环氧树脂的交织网状结构，增添了材料的耐候性能，解决了建筑材料质量减少，材料性能低下的缺点，并且在优异性能的同时，具有经济环保的特点，解决了现有建筑材料耐酸耐碱涂层制备成本高，耐酸耐碱强度低的问题。

Claims (4)

1. 一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备步骤：
步骤一：硅烷偶联剂改性建筑材料的制备
将体积比为2：1的乙醇和蒸馏水与5份KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600-800r/min下，搅拌40min；得到偶联剂改性的建筑材料；
步骤二：应用于建筑材料的耐酸耐碱耐候涂层的制备
取上述改性后的建筑材料，加入2份硅丙乳液，80℃下，500-700r/min保温搅拌1h，得到表面带有特殊基团的功能材料；依次向其中加入3份甲基丙烯酸三氟乙酯TFEMA、8份甲基丙烯酸三羟甲基丙烷TMPTMA和1份溶解在乙醇中的偶氮二异丁腈AIBN继续保温搅拌1h,再将5份的E-51环氧树脂，丙二醇甲醚溶剂，1份过氧化苯甲酰加入到反应后的烧杯中，在80℃下，保温反应1h，制得耐酸耐碱耐候的建筑涂层。
2. 一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备步骤：
步骤一：硅烷偶联剂改性建筑材料的制备
将体积比为2：1的乙醇和蒸馏水与2份KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600-800r/min下，搅拌40min；得到偶联剂改性的建筑材料；
步骤二：应用于建筑材料的耐酸耐碱耐候涂层的制备
取上述改性后的建筑材料，加入2份硅丙乳液，80℃下，500-700r/min保温搅拌1h，得到表面带有特殊基团的功能材料；依次向其中加入2份甲基丙烯酸三氟乙酯TFEMA、5份甲基丙烯酸三羟甲基丙烷TMPTMA和1份溶解在乙醇中的偶氮二异丁腈AIBN继续保温搅拌1h,再将5份的E-51环氧树脂，丙二醇甲醚溶剂，1份过氧化苯甲酰加入到反应后的烧杯中，在80℃下，保温反应1h，制得耐酸耐碱耐候的建筑涂层。
3.一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备步骤：
步骤一：硅烷偶联剂改性建筑材料的制备
将体积比为2：1的乙醇和蒸馏水与5份KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600-800r/min下，搅拌40min；得到偶联剂改性的建筑材料；
步骤二：应用于建筑材料的耐酸耐碱耐候涂层的制备
取上述改性后的建筑材料，加入2份硅丙乳液，80℃下，500-700r/min保温搅拌1h，得到表面带有特殊基团的功能材料；依次向其中加入3份甲基丙烯酸六氟正丁酯HFBM、8份甲基丙烯酸三羟甲基丙烷TMPTMA和1份溶解在乙醇中的偶氮二异丁腈AIBN继续保温搅拌1h,再将5份的E-51环氧树脂，丙二醇甲醚溶剂，1份过氧化苯甲酰加入到反应后的烧杯中，在80℃下，保温反应1h，制得耐酸耐碱耐候的建筑涂层。
4.一种耐酸耐碱建筑涂料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备步骤：
步骤一：硅烷偶联剂改性建筑材料的制备
将体积比为2：1的乙醇和蒸馏水与5份KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合加入到三口烧瓶中，缓慢搅拌至水浴锅内温度升至80℃，得到水解后的KH550γ-氨丙基三乙氧基硅烷，再加入建筑材料沙子，在600-800r/min下，搅拌40min；
得到偶联剂改性的建筑材料；
步骤二：应用于建筑材料的耐酸耐碱耐候涂层的制备
取上述改性后的建筑材料，加入2份硅丙乳液，80℃下，500-700r/min保温搅拌1h，得到表面带有特殊基团的功能材料；
依次向其中加入3份甲基丙烯酸十二氟庚酯DFHM、8份甲基丙烯酸三羟甲基丙烷TMPTMA和1份溶解在乙醇中的偶氮二异丁腈AIBN继续保温搅拌1h,再将5份的E-51环氧树脂，丙二醇甲醚溶剂，1份过氧化苯甲酰加入到反应后的烧杯中，在80℃下，保温反应1h，制得耐酸耐碱耐候的建筑涂层。
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