CN115141503B - 一种生物基型聚合物水泥防水涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物基型聚合物水泥防水涂料，包括液料和粉料。所述液料和粉料的重量比为1：1.5～1.8。所述液料，包括以下重量百分比的原料组分：生物基型丙烯酸乳液90～98％，消泡剂0.2～0.5％，分散剂0.2～0.5％，稳定剂0.1～0.4％，防腐剂0～0.4％，水0～9％；所述粉料，包括以下重量百分比的原料组分：水泥40～60％，重钙20～40％，石英粉10～30％，减水剂0.1～0.5％。本发明选用生物基型丙烯酸乳液为主料，该乳液的主要原材料来源于植物、林业材料等其他可再生资源，有助于利用生物可再生材料取代不可再生材料，增加可再生农业资源的使用，减少对环境和健康的不利影响。制得的聚合物水泥防水涂料，具有绿色、安全、环保的特点，符合可持续发展理念，吸水率低，能够完全满足相关产品标准性能要求。

Description

一种生物基型聚合物水泥防水涂料
技术领域
本发明涉及一种防水涂料，具体涉及一种生物基型聚合物水泥防水涂料，属于建筑防水涂料领域。
背景技术
随着社会的发展，人们的生活水平逐渐提高，人们对建筑品质的要求也越来越高；同时随着人们意识的提升，人们对环保以及自身安全也越来越关注。
以前我们为了快速发展经济，粗放式发展，对不可再生资源过度开发使用，对环境造成很大的影响，同时对人们生命安全造成很大的隐患。
聚合物水泥防水涂料是涂刷在建筑物表面，经过水分、溶剂挥发形成的一层薄膜，它可以使建筑物表面与水隔绝，从而起到抗渗防水作用。同时利用涂膜本身的强度以及弹性弥补因建筑物基层活动出现细小缝隙而阻挡水分的渗入，是国家重点推广的建筑防水涂料之一。
现有的聚合物水泥防水涂料均是选用普通丙烯酸乳液或者醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液，他们的单体原料主要来源于不可再生资源，虽然目前可以满足市场需求，但将来随着社会的开发使用，不可再生资源终将有枯竭的一天，对人类的发展造成很大的影响。同时现有乳液均比较亲水，初始性能比较优异，在浸水之后以及涂料的吸水率都比较差，在防水效果上存在一定的问题。
专利CN104402360A中公开了一种环保型聚合物水泥防水涂料，但其乳液采用普通的VAE乳液，VAE乳液需在高压环境下生产，会更多地污染环境，浪费能源，且采用VAE乳液的涂料状态不稳定，无法在高温环境下施工，存在一定的局限性，乳液较亲水，耐水性以及吸水性能较差，防水效果一般。
专利CN105622007A中公开了一种环保阻燃型聚合物水泥防水涂料，其不但使用VAE乳液，还使用了增塑剂非环保材料，整个涂料体系的气味存在很大问题，并非绝对的环保。
综上，现有技术具有以下主要缺陷：(1)易挥发出有害的有机化合物；(2)涂料拉伸强度不高，低温柔性差，粘结强度低；(3)原料均来自于非可再生资源；(4)涂料较亲水，浸水处理后性能较差。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种生物基型聚合物水泥防水涂料，以实现以下发明目的：
(1)、主要原料来源于可再生资源；
(2)、提高防水涂料的拉伸强度；
(3)、提升防水涂料的浸水性能；
(4)、提升防水涂料的不透水性；
(5)、降低防水涂料的吸水率。
为了达到以上目的，本发明提供如下的技术方案：
一种生物基型聚合物水泥防水涂料，包括液料和粉料。所述液料和粉料的重量比为液料：粉料＝1：1.2～2，优选1：1.5～1：1.8。
本发明的防水涂料，所述液料，包括以下重量百分比的原料组分：
所述粉料，包括以下重量百分比的原料组分：
所述生物基型丙烯酸乳液，其由包含以下的组分聚合获得，基于组分(a)-(e)的总重量计：
(a)10-18wt％的苯乙烯和/或甲基丙烯酸甲酯和/或(甲基)丙烯酸叔丁酯；
(b)8-18wt％的(甲基)丙烯酸月桂酯；
(c)59-80.5％的其他生物基单体；
(d)1-5wt％的(甲基)丙烯酸羟乙酯；
(e)0.2-1.5wt％的对苯乙烯磺酸钠和/或3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠。
本发明中，生物基单体是指单体组成中有一部分原料来自于生物发酵法或植物提取物。所述的生物基单体选自丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、衣康酸二甲酯、衣康酸二丁酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸四氢呋喃酯，优选丙烯酸乙酯。
本发明所述的生物基型丙烯酸乳液，可通过本领域中已知的任何自由基引发的乳液聚合制得。在一种具体的实施方式中，其制备方法包括如下步骤：
(1)向预乳化釜中加入乳化剂、水、组分(a-e)，搅拌至形成稳定的预乳化液；
(2)向反应釜中加入水，升温至聚合反应温度，加入部分步骤(1)所配制的预乳化液；
(3)向反应釜中加入部分引发剂水溶液，15-30min后同步向反应釜中滴加剩余的预乳化液和剩余的引发剂。
所述制备方法中，步骤(1)中，水的加入量例如是组分a-e重量总和的20-30％。所述乳化剂可以是常规的非离子乳化剂、阴离子乳化剂，例如烷基聚氧乙烯醚(如科莱恩公司的LCN-407、巴斯夫的NRG301等)、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基聚氧乙烯醚硫酸盐(如巴斯夫的FES-27、FES-77等)，乳化剂的加入量例如是组分a-e重量总和的0.2-3％。
所述制备方法中，步骤(2)中所述聚合反应温度优选为80-90℃，步骤(2)中加入的水的量例如是步骤(1)预乳化液重量的25-35％。步骤(2)中预乳化液的加入量占步骤(1)中制备的预乳化液总质量的1.5-6.5％。
所述制备方法中，步骤(3)中，引发剂可以是水溶性过氧化物和/或过硫酸盐，如过氧化氢、过氧乙酸、叔丁基过氧化氢、过硫酸钠、过硫酸钾等。也可以使用氧化还原引发剂，由上述类型的过氧化物和还原剂(如异抗坏血酸、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠等)组成；
引发剂的总质量可以是组分a-e总重量的0.2-1％，先加入的部分引发剂占引发剂总质量的25-50％；
优选的，步骤(3)中剩余的预乳化液和剩余的引发剂在3-5h时间内滴加完。
优选的，所述步骤(3)滴加结束后，在80-90℃下保温30-60min，然后向反应釜中加入后消除引发剂，以降低乳液中未反应的单体的含量，然后，任选的，降温至40-45℃并加入pH调节剂和分散剂，过滤得到水性乳液；
优选的，所述后消除引发剂为氧化-还原型引发剂，所述后消除引发剂中的氧化剂选自叔丁基过氧化氢、过氧化氢、叔戊基过氧化氢，优选叔丁基过氧化氢；还原剂选自异抗坏血酸、焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、FF6M，优选异抗坏血酸；因后消除引发剂的使用，只是为了降低乳液中未反应的单体的浓度，其使用量对乳液的性能影响甚微，因此，对后消除引发剂所用的氧化剂和还原剂不做量的考察，例如，叔丁基过氧化氢的加入量为所有单体总质量的0.1-0.3％，异抗坏血酸的加入量为所有单体总质量的0.1-0.3％；
所述pH调节剂可以是氢氧化钠或者氢氧化钾，将生物基型丙烯酸乳液的pH调节到7.0-9.0之间。
本发明的防水涂料，所述消泡剂为有机硅消泡剂、矿物油消泡剂中的一种或多种组合。
本发明的防水涂料，所述分散剂为水溶性高分子聚电解质类、疏水性丙烯酸酯共聚物、线性大分子离子型中的一种或者多种。
本发明的防水涂料，所述稳定剂为极性参数在4.0-4.5之间的醇类，考虑到环保性以及生物毒性，优选极性参数为4.3的乙醇。
本发明的防水涂料，所述防腐剂选自陶氏Kathon LX 150和/或KORDEK MLX。
本发明在制备所述生物基型丙烯酸乳液时，加入生物基单体甲基丙烯酸月桂酯和优选的丙烯酸乙酯。甲基丙烯酸月桂酯具有很强的疏水性能，为了更好的将乳液疏水基团与亲水基团以及涂料中亲水的粉料融合在一起分散均匀，配方中引入一种极性参数为4.3的乙醇，两者的共同使用，使得涂料配方不会出现相分离现象，具有优异的机械稳定性能，同时本发明的防水涂料具有优异的耐水性能，其浸水处理之后性能保持率优异，吸水率远低于其它丙烯酸防水涂料。
本发明的防水涂料，所述水泥为32.5号白色硅酸盐水泥、32.5号灰色硅酸盐水泥或42.5号灰色硅酸盐水泥的一种或多种；
本发明的防水涂料，所述重钙为200～400目重质碳酸钙；
本发明的防水涂料，所述石英粉目数为200～400目；
本发明的防水涂料，所述减水剂为三聚氰胺聚羧酸盐系减水剂、三聚氰胺高效减水剂中的一种或多种。
本发明还提供所述防水涂料的生产工艺，包括液料生产工艺和粉料生产工艺。
所述的液料生产工艺包括：
将生物基型丙烯酸乳液加入到反应釜中，然后分别将消泡剂总用量的40-60％、分散剂和稳定剂加入反应釜，开启搅拌，转速为500～1000r/min，搅拌5～10min，降低转速至500～600r/min，加入水，搅拌5～10min，静置5～10min，最后加入防腐剂和剩余的消泡剂，以400～500r/min搅拌5～10min，放料。
所述的粉料生产工艺包括：
将减水剂加入到石英粉总量的40-60％，混合均匀，得到预混料，备用；
向无重力搅拌罐中加入水泥总量的40-60％和重钙总用量的40-60％，混合5～10min；加入制备好的预混料，混合5～10min；
向搅拌罐中加入剩余的水泥、重钙和石英粉，混合20～30min，放料。
本发明选用生物基型丙烯酸乳液为主料，该乳液的主要原材料来源于植物、林业材料等其他可再生资源，有助于利用生物可再生材料取代不可再生材料，增加可再生农业资源的使用，减少对环境和健康的不利影响。制得的聚合物水泥防水涂料，具有绿色、安全、环保的特点，吸水率低，能够完全满足相关产品标准性能要求。本发明选用生物基乳液比较疏水，保证初始性能优异的同时，浸水之后以及涂料的吸水率都比较优异，防水效果较好。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明防水涂料乳液的主要原料来源于可再生资源；
2、本发明防水涂料拉伸强度高，拉伸强度为2.5～3.5MPa；
3、本发明防水涂料浸水性能优异，浸水后延伸率可达70～100％；
4、本发明防水涂料不透水性优异，可通过0.4MPa，1h。
5、本发明防水涂料吸水率较低，可低于10％。
产品涂膜具有具有良好的弹性和柔韧性，可以适应基层开裂，可在潮湿基面施工，粘结强度大，对基材的附着优异。另外，选用的聚合物乳液主要原料来源于生物基，安全环保，无毒无污染。
具体实施方式
为进一步阐述本发明，下面给出实施例来说明。
实施例中，部分原料来源：
简称 化合物 生产厂家
St 苯乙烯 齐鲁石化
EA 丙烯酸乙酯 台塑
LMA 甲基丙烯酸月桂酯 巴斯夫(中国)有限公司
MMA 甲基丙烯酸甲酯 万华化学集团股份有限公司
HEA 丙烯酸羟乙酯 常州海克莱化学有限公司
SSS 对苯乙烯磺酸钠 淄博星之联化工有限公司
COPS-1 3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠 索尔维化工集团
DS-4AP 十二烷基苯磺酸钠 索尔维化工集团
SN-5040 聚羧酸钠盐分散剂 圣诺普科(上海)贸易有限公司
其中：
DS-4AP：有效含量22.5％；COPS-1：有效含量40％。
实施例1
生物基型丙烯酸乳液的制备过程：
(1)取27份DS-4AP、10份COPS-1、2份SSS、242份去离子水加入预乳化釜中，搅拌均匀后，加入140份苯乙烯、130份甲基丙烯酸月桂酯、708份丙烯酸乙酯、20份丙烯酸羟乙酯，搅拌成稳定的预乳化液；
(2)将345份去离子水加入到反应釜中，升温至85℃，然后将38.4份步骤(1)中形成的预乳化液加入到反应釜中；
(3)向反应釜中加入2份过硫酸钠与2份去离子水形成的水溶液，20min后同步分别滴加步骤(1)中剩余的预乳化液和2.5份过硫酸钠与75份去离子水形成的水溶液，预乳液滴加240min左右，引发剂水溶液滴加250min左右。引发剂水溶液滴加结束后在85℃继续保温30min。
(4)将反应液降温至75℃，向其中同步分别滴加1.8份叔丁基过氧化氢(70％)和18份去离子水形成的水溶液及1.1份异抗坏血酸与15份水形成的水溶液，滴加25min左右，然后继续保温20min。
(5)将反应液降温至40℃，加入4.8份聚丙烯酸钠类分散剂SN-5040，用NaOH(10％)水溶液将pH调节至8左右，加入1.7份防腐剂Kathon LX150及4.3份防腐剂KORDEK MLX然后过滤，得到生物基型丙烯酸乳液。
防水涂料，包括液料和粉料双组份，配方为：
液料原料 重量百分比 粉料原料 重量百分比
生物基型丙烯酸乳液 90 32.5白色硅酸盐水泥 49.9
消泡剂NXZ 0.5 400目重钙 30
分散剂SN-5040 0.2 325目石英粉 20
稳定剂乙醇 0.2 减水剂F-10 0.1
防腐剂LX-150 0.3
水 8.8
液料和粉料按照重量比为1：1.5使用。
实施例2
生物基型丙烯酸乳液与实施例1的区别在于，甲基丙烯酸月桂酯调整为160份、丙烯酸乙酯调整为678份，其余组分保持不变。
防水涂料，包括液料和粉料双组份，配方为：
液料原料 重量百分比 粉料原料 重量百分比
生物基型丙烯酸乳液 90 32.5灰色硅酸盐水泥 45.9
消泡剂NXZ 0.3 400目重钙 32
分散剂SN-5040 0.3 325目石英粉 22
稳定剂乙醇 0.3 减水剂F-10 0.1
防腐剂LX-150 0.3
水 8.8
液料和粉料按照重量比为1：1.5使用。
实施例3
所述生物基型丙烯酸乳液与实施例1的区别在于，甲基丙烯酸月桂酯调整为100份、丙烯酸乙酯调整为738份，其余组分保持不变。
防水涂料，包括液料和粉料双组份，配方为：
液料原料 重量百分比 粉料原料 重量百分比
生物基型丙烯酸乳液 90 32.5白色硅酸盐水泥 49.8
消泡剂NXZ 0.2 400目重钙 25
分散剂SN-5040 0.4 325目石英粉 25
稳定剂乙醇 0.4 减水剂F-10 0.2
防腐剂LX-150 0.2
水 8.8
液料和粉料按照重量比为1：1.5使用。
实施例4
生物基型丙烯酸乳液的制备过程与实施例1完全一致。
防水涂料，包括液料和粉料双组份，配方为：
液料原料 重量百分比 粉料原料 重量百分比
生物基型丙烯酸乳液 95 42.5灰色硅酸盐水泥 49.8
消泡剂NXZ 0.5 400目重钙 30
分散剂SN-5040 0.3 325目石英粉 20
稳定剂乙醇 0.2 减水剂F-10 0.2
防腐剂LX-150 0.2
水 3.8
液料和粉料按照重量比为1：1.5使用。
实施例5
生物基型丙烯酸乳液的制备过程与实施例1完全一致。
防水涂料，包括液料和粉料双组份，配方为：
液料原料 重量百分比 粉料原料 重量百分比
生物基型丙烯酸乳液 98 32.5白色硅酸盐水泥 49.7
消泡剂NXZ 0.5 400目重钙 30
分散剂SN-5040 0.5 325目石英粉 20
稳定剂乙醇 0.2 减水剂F-10 0.3
防腐剂LX-150 0.3
水 0.5
液料和粉料按照重量比为1：1.8使用。
实施例6
生物基型丙烯酸乳液的制备过程与实施例1完全一致。
防水涂料，包括液料和粉料双组份，配方为：
液料原料 重量百分比 粉料原料 重量百分比
生物基型丙烯酸乳液 90 32.5白色硅酸盐水泥 41.9
消泡剂NXZ 0.5 400目重钙 30
分散剂SN-5040 0.2 325目石英粉 28
稳定剂乙醇 0.2 减水剂F-10 0.1
防腐剂LX-150 0.3
水 8.8
液料和粉料按照重量比为1：1.5使用。
实施例7
生物基型丙烯酸乳液的制备过程与实施例1完全一致。
防水涂料，包括液料和粉料双组份，配方为：
液料原料 重量百分比 粉料原料 重量百分比
生物基型丙烯酸乳液 90 32.5白色硅酸盐水泥 59.9
消泡剂NXZ 0.5 400目重钙 25
分散剂SN-5040 0.2 325目石英粉 15
稳定剂乙醇 0.2 减水剂F-10 0.1
防腐剂LX-150 0.3
水 8.8
液料和粉料按照重量比为1：1.5使用。
对比例1
与实施例1的区别在于，不使用生物基型丙烯酸乳液，而是使用市售万华化学生产的普通丙烯酸乳液Archsol 8316。
对比例2
生物基型丙烯酸乳液的制备过程与实施例1完全一致。
防水涂料，包括液料和粉料双组份，配方为：
液料原料 重量百分比 粉料原料 重量百分比
生物基型丙烯酸乳液 90 32.5白色硅酸盐水泥 49.9
消泡剂NXZ 0.5 400目重钙 30
分散剂SN-5040 0.2 325目石英粉 20
防腐剂LX-150 0.3 减水剂F-10 0.1
水 9.0
液料和粉料按照重量比为1：1.5使用。
生物基型聚合物水泥防水涂料的生产工艺：
步骤1、液料生产工艺
将生物基型丙烯酸乳液加入到反应釜中，然后分别将消泡剂总用量的50％、分散剂和稳定剂加入反应釜，开启搅拌，转速为800r/min，搅拌8min，降低转速至500r/min，加入水，搅拌10min，静置5min，最后加入防腐剂和剩余的消泡剂，以400r/min搅拌10min，放料。
步骤2、粉料生产工艺
将减水剂加入到石英粉总用量的50％，混合均匀，得到预混料，备用；
向无重力搅拌罐中加入水泥总用量的50％和重钙总用量的50％，混合10min；加入制备好的预混料，混合10min；
向搅拌罐中加入剩余的水泥、重钙和石英粉，混合20min，放料。
步骤3、液料和粉料混合
将液料与粉料粉料按重量比混合均匀，制得成品。
结果检测：
对实施例1-7以及对比例1、2的防水涂料进行性能指标检测；检测方法参照GB/T23445-2009《聚合物水泥防水涂料》、JC 1066-2008《建筑防水涂料中有害物质限量》。检测结果见表1。
表1
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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和原则之内，所作的任何任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识；本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生物基型聚合物水泥防水涂料，其特征在于：包括液料和粉料，所述液料和粉料的重量比为1：1.2~2；
所述液料，包括以下重量百分比的原料组分：
生物基型丙烯酸乳液 90~98%，
消泡剂 0.2~0.5%，
分散剂 0.2~0.5%，
稳定剂 0.1~0.4%，
防腐剂 0~0.4%，
水 0~9%；
所述生物基型丙烯酸乳液，其由包含以下的组分聚合获得，基于组分（a）-（e）的总重量计：
（a）10-18wt%的苯乙烯和/或甲基丙烯酸甲酯和/或（甲基）丙烯酸叔丁酯；
（b）8-18wt%的（甲基）丙烯酸月桂酯；
（c）59-80.5%的其他生物基单体，选自丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、衣康酸二甲酯、衣康酸二丁酯、（甲基）丙烯酸异冰片酯、（甲基）丙烯酸四氢呋喃酯；
（d）1-5wt%的（甲基）丙烯酸羟乙酯；
（e）0.2-1.5wt%的对苯乙烯磺酸钠和/或3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸钠；
所述稳定剂为极性参数在4.0-4.5之间的醇类；
所述粉料，包括以下重量百分比的原料组分：
水泥 40~60%，
重钙 20~40%，
石英粉 10~30%，
减水剂 0.1~0.5%。
2.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于：生物基单体为丙烯酸乙酯。
3.根据权利要求1-2任一项所述的防水涂料，其特征在于：所述消泡剂为有机硅消泡剂、矿物油消泡剂中的一种或多种；和/或：
所述分散剂为水溶性高分子聚电解质类、疏水性丙烯酸酯共聚物、线性大分子离子型中的一种或者多种；和/或：
所述防腐剂选自陶氏Kathon LX 150和/或KORDEK MLX。
4. 根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于：所述稳定剂为乙醇。
5. 根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于：所述水泥为32.5号白色硅酸盐水泥、32.5号灰色硅酸盐水泥或42.5号灰色硅酸盐水泥的一种或多种；和/或
所述重钙为200~400目重质碳酸钙；和/或
所述石英粉目数为200~400目；和/或
所述减水剂为三聚氰胺聚羧酸盐系减水剂、三聚氰胺高效减水剂中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于：所述的液料生产工艺包括：
将生物基型丙烯酸乳液加入到反应釜中，然后分别将消泡剂总用量的40-60%、分散剂和稳定剂加入反应釜，搅拌，加入水，搅拌，最后加入防腐剂和剩余的消泡剂，放料。
7.根据权利要求1所述的防水涂料，其特征在于：所述的粉料生产工艺包括：
将减水剂加入到石英粉总量的40-60%，混合均匀，得到预混料，备用；
向无重力搅拌罐中加入水泥总量的40-60%和重钙总用量的40-60%，混合；加入制备好的预混料，混合；
向搅拌罐中加入剩余的水泥、重钙和石英粉，混合，放料。
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