CN115466097A - 一种适用于潮湿环境的地坪增强剂及其制备方法 - Google Patents

一种适用于潮湿环境的地坪增强剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建材技术领域，旨在提供一种适用于潮湿环境的地坪增强剂及其制备方法。该产品包括以重量百分比例关系计算的三组分溶液：A组分溶液：Na2SnO3溶液15％～30％；Na2SiO3溶液10％～35％；氟硅酸镁溶液1％～5％；表面活性剂1％～5％；余量为质量比1:1的乙醇和纯净水；B组分溶液：氟硅酸镁溶液15％～45％、二氧化硅溶胶2％～10％；余量为纯净水；C组分溶液：丙烯酸树脂乳液15％～50％；纳米刚性颗粒1％～5％、硅烷偶联剂1％～5％、甲基硅酸钾0.1～5％；余量为质量比1:1的乙醇和纯净水。该产品为水性材料兼具防滑性，可专用于潮湿环境中地坪，制备工艺简单，反应过程容易控制、反应条件温和、反应中亦无挥发性有毒气体，对环境无污染，且原料简单，成本低，特别适合大规模工业化生产。

Description

一种适用于潮湿环境的地坪增强剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种适用于潮湿环境的地坪增强剂及其制备方法。
背景技术
工业厂房、地下车库地坪通常采用混凝土浇筑，使用一段时间后地表就会出现风化、起尘、起砂、起皮、硬度低等现象，造成耐磨性差、使用寿命短等问题。目前通常采用液体硬化剂材料对混凝土基材表面进行渗透增强，这类材料可大幅提高其使用寿命。
但当地面的质量问题(即硬度、耐磨性，起砂起尘等问题)得到解决后，又出现了地面的防滑性问题。尤其是目前众多工业和商业地产项目，其地面的混凝土基础在硬化剂等材料的作用下可更加光亮，但防护性同时大大降低，极大地影响了人们的正常工作及生活。特别是在南方返潮季节，车库、厂房都容易出现潮气，导致地面极易打滑，影响出行安全。目前市售的地坪涂料产品大多为涂覆式产品，存在使用寿命短、耐磨性差、不防滑等缺点，未能从根本上解决地坪地面防滑的问题。同时由于体系中含有部分挥发性有机树脂等材料原因，在环保方面也存在缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的不足，开发出一种适用于潮湿环境的地坪增强剂及其制备方法。
为解决技术问题，本发明解决方案是：
提供一种适用于潮湿环境的地坪增强剂，包括以重量百分比例关系计算的三组分溶液：
A组分溶液：Na2SnO3溶液15％～30％；Na2SiO3溶液10％～35％；氟硅酸镁溶液1％～5％；表面活性剂1％～5％；余量为质量比1:1的乙醇和纯净水；
B组分溶液：氟硅酸镁溶液15％～45％、二氧化硅溶胶2％～10％；余量为纯净水；
C组分溶液：丙烯酸树脂乳液15％～50％；纳米刚性颗粒1％～5％、硅烷偶联剂1％～5％、甲基硅酸钾0.1～5％；余量为质量比1:1的乙醇和纯净水；
所述Na2SnO3溶液浓度0.05～0.2mol/L；Na2SiO3溶液固含量28％；氟硅酸镁溶液浓度为0.1～0.4mol/L；二氧化硅溶胶的固含量为20～45％；丙烯酸树脂乳液的固含量为25％。
本发明进一步提供了前述地坪增强剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述重量百分比例关系，准备好各原料组分；
(2)在室温下将Na2SnO3溶液和Na2SiO3溶液加入乙醇和纯净水的混合液中，溶解均匀；在充分搅拌条件下，以30～125滴/分钟的速度将氟硅酸镁溶液均匀滴加到上述混合溶液中，调节溶液pH值为5～8；随后加入表面活性剂，并在水浴中加热至20～80℃；再以400rmp的速度搅拌30～60min，得到A组分溶液；
(3)取纯净水置于容器中，然后加入氟硅酸镁溶液和二氧化硅溶胶，并以150～300rmp的速率搅拌20min；得到B组分溶液；
(4)取乙醇和纯净水的混合液置于容器中，搅拌均匀；依次加入丙烯酸树脂乳液、纳米刚性颗粒、硅烷偶联剂和甲基硅酸钾溶液，在室温下以150～300rmp的速率搅拌20～80min；得到C组分溶液；
在步骤(2)-(4)中，控制各成分的加入量，使最终所得三组分溶液中的成分及各自重量百分比例关系符合所述要求；各组分溶液分别封装保存以备用。
本发明还提供了前述地坪增强剂的使用方法，包括以下步骤：
(1)采用地坪研磨设备对混凝土基材的地面表层进行研磨处理，清水冲洗后充分晾干；
(2)将适量A组分溶液喷涂至地面上，用拖布来回涂布均匀后，充分反应2～24h；在初始的60min内适当补充喷涂，使地表保持湿润状态；
(3)反应完成后采用150目树脂研磨片对地面进行单次研磨，去除表面已经结晶变硬的材料；
(4)继续向地面均匀地喷涂适量B组分溶液，使其与基材表层及残留的A组分溶液成分充分反应2～24h；在初始的30min内适当补充喷涂，使地表保持湿润状态；
(5)反应完成后对地面进行研磨至500目，清水冲洗后晾干；
(6)将C组分溶液滚涂或喷涂至地面上，用拖布来回涂布均匀，充分反应2～24h；在初始的30min内适当补充喷涂，使地表保持湿润状态；
(7)反应完成后对地面进行研磨至1000目及以上，清水冲洗后晾干。
作为本发明的优选方案，研磨时所用地坪研磨设备是圆盘式、行星式或齿轮式的研磨机，配置两相电或三相驱动电机；所用的磨片是金刚片、铁片、树脂片或陶瓷片；磨片的目数为30、80、150、300、500、800、1000或2000目，在施工时任选上述磨片中的一种或几种的组合；在进行研磨时的行进方式为横、竖各一遍至数遍，保持走速均匀。
发明原理描述：
本发明主要通过以下几种方式实现地坪增强剂的增强防滑效果：
1、在A组分溶液中：一方面，锡酸钠溶液经水解后在氟硅酸镁的调节下形成颗粒状SnO2溶胶，并与表面活性剂共同的作用下渗入到混凝土毛细孔内部，以颗粒物增强相的方式填补混凝土中较大孔隙，增强密实度。另一方面，溶液中的硅酸钠溶液自身与混凝土中的水化产物及未水化的水泥发生反应，生成网络状交联结构的SiO2大分子，填充混凝土中孔洞使其进一步密实。因此，形成了以SiO2和SnO2大分子结构颗粒形成的网络状结构填充、密实混凝土等基材中的大孔隙、孔洞等，增硬增强基材；
2、在B组分溶液使用过程中，氟硅酸镁与纳米二氧化硅渗入到基材毛细孔内部与基材中硅酸盐(碱金属)反应。一是在基材表层生成纳米颗粒微珠并释放出少量气体，微珠内外及周围裹附着大量纳米二氧化硅颗粒，同时还能与A组分中剩余的硅酸钠、锡酸钠反应生成SiO2、SnO2颗粒，弥散、梯度填充增强。二是反应亦会进一步生成二氧化硅颗粒及网络状交联结构的凝胶，在纳米二氧化硅颗粒共同作用下填充前期基材留下来的细小孔隙并使其密实。此外，B组分溶液整体为酸性，能有效中和基体环境，使得基材保持在整体偏中性环境中，有效降低“碱骨料”反应的危害，有利于地坪表面性能的持久性及整体结构的稳固。
3、在硅烷偶联剂的作用下，丙烯酸溶液包裹着纳米刚性粒子渗透密封基材表层，填补表层细小孔隙并形成一层保护膜。因此，纳米刚性粒子在基材表层形成了大量硬质耐磨微珠，增强了基材表面的接触摩擦力，防滑。再者，甲基硅酸钾的添加提高了基材表面与周围空气中水汽间的润湿性，使得整体基面表面湿度降低、抗渗性增强，防滑性提高。
因此，本发明能通过上述三种方式共同作用后增强混凝土等基材，并同时完成表面装饰。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明创新性地利用大小颗粒弥散增强原理：首先，锡酸钠、硅酸钠分别发生的化学反应而生成的SiO2、SnO2大分子结构颗粒形成的网络状结构增强；其次，利用纳米二氧化硅溶胶及氟硅酸镁与基材反应生成的颗粒进一步填补孔隙及孔洞；再者，利用丙烯酸的渗透成膜特性，使在基材表层封堵细小孔隙。A、B、C三种组分溶液形成层层递进填充密实基材，从而达到增强作用；
(2)B组分溶液主要成分是氟硅酸镁溶液，它在硅烷偶联剂的共同作用下，渗入到混凝土毛细孔内部与混凝土中硅酸盐(碱金属)反应，一是在混凝土等基材表层生成纳米颗粒微珠并释放出少量气体；二是反应亦会生成二氧化硅颗粒及网络状交联结构的大分子凝胶，进一步填充混凝土孔隙使其密实；三是还能与A组分溶液反应形成更为牢固的填充关系；另外，本发明中的丙烯酸树脂乳液的添加提高了混凝土的表面光泽度和疏水性能；本发明利用了各添加成分的上述特性，从而开发出新型潮湿环境用增强剂；
(3)本发明中添加的纳米刚性颗粒在硅烷偶联剂、及丙烯酸树脂材料的作用下，一方面较好地分散于整个网络状溶胶体系中，并一同渗透至混凝土毛细孔中，增硬密实地面；另一方面，与微珠表面共同作用增强微珠颗粒硬度，使得刚性颗粒均匀分布的丙烯酸溶液中渗透增强基体并在表面形成硬质，解决了不同人群对地坪防滑、耐用等多样性要求的问题；
(4)高速研磨的过程中可使施工范围内地表温度达60～70°及以上，在此温度范围内有利于促进三组分溶液中的SiO2、SnO2和刚性粒子颗粒间形成空间网络状结构填充密实混凝土基材孔隙，弥散协同增强，并使地坪表面形成一个近似封闭的整体；
(5)本发明为水性材料，施工简便，可直接大面积喷涂至混凝土等基材表面进行施工，经处理后的混凝土地面具有防滑、高耐磨性等特性；
(6)本发明是一种新型兼具防滑性产品，可专用于潮湿环境中地坪，其制备工艺简单，反应过程容易控制、反应条件温和、反应中亦无挥发性有毒气体，对环境无污染，且原料简单，成本低，特别适合大规模工业化生产。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
本发明提供了一种适用于潮湿环境的地坪增强剂，包括以重量百分比例关系计算的三组分溶液：A组分溶液：Na2SnO3溶液15％～30％；Na2SiO3溶液10％～35％；氟硅酸镁溶液1％～5％；表面活性剂1％～5％；余量为质量比1:1的乙醇和纯净水；B组分溶液：氟硅酸镁溶液15％～45％、二氧化硅溶胶2％～10％；余量为纯净水；C组分溶液：丙烯酸树脂乳液15％～50％；纳米刚性颗粒1％～5％、硅烷偶联剂1％～5％、甲基硅酸钾0.1～5％；余量为质量比1:1的乙醇和纯净水；所述Na2SnO3溶液浓度0.05～0.2mol/L；Na2SiO3溶液固含量28％；氟硅酸镁溶液浓度为0.1～0.4mol/L；二氧化硅溶胶的固含量为20～45％；丙烯酸树脂乳液的固含量为25％。
可选地，二氧化硅溶胶中SiO2的平均粒径为15nm。Na2SnO3溶液是以Na2SnO3溶解于纯净水中配制获得，氟硅酸镁溶液是以MgSiF6·6H2O溶解于纯净水中配制获得。表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)、聚乙二醇2000(PEG 2000)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一种；所述硅烷偶联剂是KH550。丙烯酸树脂乳液的分散介质为纯净水、去离子水、纯净水-乙醇溶液或去离子水-乙醇溶液中的任意一种。纳米刚性颗粒是TiN、C3N4、Fe3O4或TiO2中的一种或几种的组合。
地坪增强剂的制备方法包括以下步骤：
(1)按上述重量百分比例关系，准备好各原料组分；
(2)在室温下将Na2SnO3溶液和Na2SiO3溶液加入乙醇和纯净水的混合液中，溶解均匀；在充分搅拌条件下，以30～125滴/分钟的速度将氟硅酸镁溶液均匀滴加到上述混合溶液中，调节溶液pH值为5～8；随后加入表面活性剂，并在水浴中加热至20～80℃；再以400rmp的速度搅拌30～60min，得到A组分溶液；
(3)取纯净水置于容器中，然后加入氟硅酸镁溶液和二氧化硅溶胶，并以150～300rmp的速率搅拌20min；得到B组分溶液；
(4)取乙醇和纯净水的混合液置于容器中，搅拌均匀；依次加入丙烯酸树脂乳液、纳米刚性颗粒、硅烷偶联剂和甲基硅酸钾溶液，在室温下以150～300rmp的速率搅拌20～80min；得到C组分溶液；
在步骤(2)-(4)中，控制各成分的加入量，使最终所得三组分溶液中的成分及各自重量百分比例关系符合所述要求；各组分溶液分别封装保存以备用。
本发明所述地坪增强剂的使用方法，包括以下步骤：
(1)采用地坪研磨设备对混凝土基材的地面表层进行研磨处理，清水冲洗后充分晾干；
(2)将适量A组分溶液喷涂至地面上，用拖布来回涂布均匀后，充分反应2～24h；A组份溶液的用量为0.1～1kg/m2，在初始的60min内适当补充喷涂，使地表保持湿润状态，以表面有少量集料作为用量适当的判断依据。(3)反应完成后采用150目树脂研磨片对地面进行单次研磨，去除表面已经结晶变硬的材料。该项操作的目的是让下一步骤中喷涂的溶液中的组分能够充分渗透，从而与已有的颗粒及网络状交联结构继续反应；
(4)继续向地面均匀地喷涂适量B组分溶液，使其与基材表层及残留的A组分溶液成分充分反应2～24h；B组份溶液用量为0.05～0.2kg/m2，在初始的30min内适当补充喷涂，使地表保持湿润状态，以表面有少量集料作为用量适当的判断依据。
(5)反应完成后对地面进行研磨至500目，清水冲洗后晾干；
(6)将C组分溶液滚涂或喷涂至地面上，用拖布来回涂布均匀，充分反应2～24h；C组份溶液用量为0.05～0.2kg/m2，在初始的30min内适当补充喷涂，使地表保持湿润状态，以表面有少量集料作为用量适当的判断依据。
(7)反应完成后对地面进行研磨至1000目及以上，清水冲洗后晾干。
可选地，研磨时所用地坪研磨设备是圆盘式、行星式或齿轮式的研磨机，配置两相电或三相驱动电机；所用的磨片是金刚片、铁片、树脂片或陶瓷片；磨片的目数为30、80、150、300、500、800、1000或2000目，在施工时任选上述磨片中的一种或几种的组合；在进行研磨时的行进方式为横、竖各一遍至数遍，保持走速均匀。
本发明提供了6个具体实施例子，各实施例中的试验数据见下表：
Figure BDA0003841795850000061
Figure BDA0003841795850000071
对比例1：参照CN201811639689.7专利的记载，制备硬化剂产品作为对比例1。
对比例2：参照CN201510849050.1专利的记载，制备硬化剂产品作为对比例2。
对比例3：以市售锂基-20型号的商品硬化剂作为对比例3，其组分及比例为硅酸锂：水：助剂＝28：67：5。
对比例4：以市售氟硅酸盐C-700型号的商品硬化剂作为对比例4，其组分及比例为氟硅酸盐：水：助剂＝18：71：11。
原地面、经本发明处理后地面、现有技术处理后地面的主要技术参数如表2所示；所述现有技术是指中国发明专利申请CN201811639689.7、CN201510849050.1等所使用的以硅酸钠、硅酸钾、氟硅酸盐等为组成的材料。
表2性能对照表
Figure BDA0003841795850000072
从表2中的数据对比情况可以看出，经本发明地坪增强剂处理后的地面在湿摩擦系数、耐磨度及吸水量降低数值上都高于现有技术组成的硬化剂材料处理后的参数，相比未经处理的原地面而言有较大的提升。
本发明采用了三组份的设计，一方面通过控制反应先后顺序，调整了纳米二氧化硅颗粒、二氧化锡颗粒粒径的大小比例与数量，使其网络状“骨架”结构，充分利用协同弥散增强技术原理，使其在使用时能交错分布在混凝土地面中的孔隙里，充分填充并密实孔洞，在化学反应式程度上填充增强，从而使原有基面更加密实、更加牢固，硬度及耐磨性逐步提升，耐久性好。另一方面，反应中充分利用反应进程控制A、B、C组分之间反应，调节混凝土类基材表面的PH环境，使得细小纳米颗粒能进一步填充小空隙等，同时减少碱骨料反应，使得混凝土的性能在短时间内显著提高，最终经研磨后表面光泽度明显提升。第三，利用化学反应生成的纳米二氧化硅溶胶及反应生成的二氧化锡粒径差异分布特点及错位时效反应的功能，使其能更好地填充混凝土中的不同粒径大小的孔洞并形成致密的整体，同时与B组分中纳米氧化铝在研磨设备作用下形成复合材料结构弥散协同增强混凝土表层防滑性、耐磨性等，使得在潮湿环境下基面防滑性、耐磨性等综合性能得到显著提升。
综上，本发明的技术优势明显优于不使用硬化剂处理的情况，也优于现有技术中使用增强地面硬度、耐磨性、防滑性的性能。

Claims (10)

1.一种适用于潮湿环境的地坪增强剂，其特征在于，包括以重量百分比例关系计算的三组分溶液：
A组分溶液：Na2SnO3溶液15％～30％；Na2SiO3溶液10％～35％；氟硅酸镁溶液1％～5％；表面活性剂1％～5％；余量为质量比1:1的乙醇和纯净水；
B组分溶液：氟硅酸镁溶液15％～45％、二氧化硅溶胶2％～10％；余量为纯净水；
C组分溶液：丙烯酸树脂乳液15％～50％；纳米刚性颗粒1％～5％、硅烷偶联剂1％～5％、甲基硅酸钾0.1～5％；余量为质量比1:1的乙醇和纯净水；
所述Na2SnO3溶液浓度0.05～0.2mol/L；Na2SiO3溶液固含量28％；氟硅酸镁溶液浓度为0.1～0.4mol/L；二氧化硅溶胶的固含量为20～45％；丙烯酸树脂乳液的固含量为25％。
2.根据权利要求1所述的地坪增强剂，其特征在于，所述二氧化硅溶胶中，SiO2的平均粒径为15nm。
3.根据权利要求1所述的地坪增强剂，其特征在于，所述Na2SnO3溶液是以Na2SnO3溶解于纯净水中配制获得，氟硅酸镁溶液是以MgSiF6·6H2O溶解于纯净水中配制获得。
4.根据权利要求1所述的地坪增强剂，其特征在于，所述表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)、聚乙二醇2000(PEG 2000)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一种；所述硅烷偶联剂是KH550。
5.根据权利要求1所述的地坪增强剂，其特征在于，所述丙烯酸树脂乳液的分散介质为纯净水、去离子水、纯净水-乙醇溶液或去离子水-乙醇溶液中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的地坪增强剂，其特征在于，所述纳米刚性颗粒是TiN、C3N4、Fe3O4或TiO2中的一种或几种的组合。
7.权利要求1所述地坪增强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按所述的重量百分比例关系，准备好各原料组分；
(2)在室温下将Na2SnO3溶液和Na2SiO3溶液加入乙醇和纯净水的混合液中，溶解均匀；在充分搅拌条件下，以30～125滴/分钟的速度将氟硅酸镁溶液均匀滴加到上述混合溶液中，调节溶液pH值为5～8；随后加入表面活性剂，并在水浴中加热至20～80℃；再以400rmp的速度搅拌30～60min，得到A组分溶液；
(3)取纯净水置于容器中，然后加入氟硅酸镁溶液和二氧化硅溶胶，并以150～300rmp的速率搅拌20min；得到B组分溶液；
(4)取乙醇和纯净水的混合液置于容器中，搅拌均匀；依次加入丙烯酸树脂乳液、纳米刚性颗粒、硅烷偶联剂和甲基硅酸钾溶液，在室温下以150～300rmp的速率搅拌20～80min；得到C组分溶液；
在步骤(2)-(4)中，控制各成分的加入量，使最终所得三组分溶液中的成分及各自重量百分比例关系符合所述要求；各组分溶液分别封装保存以备用。
8.权利要求1所述地坪增强剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用地坪研磨设备对混凝土基材的地面表层进行研磨处理，清水冲洗后充分晾干；
(2)将适量A组分溶液喷涂至地面上，用拖布来回涂布均匀后，充分反应2～24h；在初始的60min内适当补充喷涂，使地表保持湿润状态；
(3)反应完成后采用150目树脂研磨片对地面进行单次研磨，去除表面已经结晶变硬的材料；
(4)继续向地面均匀地喷涂适量B组分溶液，使其与基材表层及残留的A组分溶液成分充分反应2～24h；在初始的30min内适当补充喷涂，使地表保持湿润状态；
(5)反应完成后对地面进行研磨至500目，清水冲洗后晾干；
(6)将C组分溶液滚涂或喷涂至地面上，用拖布来回涂布均匀，充分反应2～24h；在初始的30min内适当补充喷涂，使地表保持湿润状态；
(7)反应完成后对地面进行研磨至1000目及以上，清水冲洗后晾干。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，研磨时所用地坪研磨设备是圆盘式、行星式或齿轮式的研磨机，配置两相电或三相驱动电机；所用的磨片是金刚片、铁片、树脂片或陶瓷片；磨片的目数为30、80、150、300、500、800、1000或2000目，在施工时任选上述磨片中的一种或几种的组合；在进行研磨时的行进方式为横、竖各一遍至数遍，保持走速均匀。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，A组份溶液的用量为0.1～1kg/m2；所述步骤(4)中，B组份溶液用量为0.05～0.2kg/m2；所述步骤(6)中，C组份溶液用量为0.05～0.2kg/m2；补充喷涂时控制用量，以表面有少量集料作为用量适当的判断依据。
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