CN116285532A - 一种防水建筑涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涂料技术领域，具体而言，提供了一种防水建筑涂料，包括丙烯酸酯乳液70‑90份、改性聚氨酯乳液40‑60份、三聚磷酸钠10‑20份、高氯酸钙5‑10份、氧化石墨烯1‑10份、碳纳米纤维1‑10份及助剂5‑10份；所述改性聚氨酯乳液为通过纳米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷协同改性处理的聚氨酯乳液；其具有良好的抗渗防水性、耐磨性及力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体而言，涉及一种防水建筑涂料及其制备方法。
背景技术
在多种建筑防水材料中，防水涂料施工方便，广泛用于建筑的地下室、日常路面或墙面等部位，起到防水、防渗、保护建筑的作用。防水涂料的品种众多，有沥青基防水涂料、高分子类防水涂料和无机类防水涂料等。由于在建筑领域，很多建筑物都有防水、抗渗透的需求。而普通混凝土水泥的抗渗、防水性能较差，水可慢慢渗入混凝土内部，最终导致混凝土水泥柱出现裂痕，甚至被侵蚀、摧毁。
对此，本领域常在普通混凝土的表面包覆抗水材料或是涂抹防水涂料。包覆抗水材料的方法成本高，且施工难度大，防水效果一般。涂敷防水涂料的抗渗、防水效果明显优于包覆法，但现有防水涂料的防护程度有限，抗渗、防水效果仍然无法满足使用者需求。尤其是随着时间的延长，其力学性能大大降低，产生微裂缝，随着微裂缝的发展，贯通，导致粘结面破坏，使得其防水性能也随之大幅减弱。
如公开号为：CN107163697A的中国专利公开了一种建筑用防水防腐涂料及制备方法，该涂料包括如下重量份数的各原料制备而成：EVA泡沫20～30份、环氧树脂10～15份、丙烯酸酯10～20份、聚氨酯20～30份、玻璃纤维5～10份、石油树脂10～15份、填充剂15～20份、抗氧化剂3～8份、防霉剂1～5份、稳定剂3～6份、增塑剂5～8份、改性剂2～5份；其不仅具有较好的防水防腐效果，还具有绿色无污染的特点；其主要是利用石墨烯具有独特的片层状结构，层层叠加形成致密的物理隔绝层，使得石墨烯改性后制备得到的防水涂料具有较好的物理隔绝防水作用，然而，随着建筑基面在外界作用力下不断发生破坏，微裂缝也会逐渐扩展，从而大大减弱了其防水性能及力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防水建筑涂料，其具有良好的抗渗防水性、耐磨性及力学性能。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一种防水建筑涂料，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液70-90份、改性聚氨酯乳液40-60份、三聚磷酸钠10-20份、高氯酸钙5-10份、氧化石墨烯1-10份、碳纳米纤维1-10份及助剂5-10份；所述改性聚氨酯乳液为通过纳米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷协同改性处理的聚氨酯乳液。
进一步地，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液75-85份、改性聚氨酯乳液50-60份、络合剂15-20份、高氯酸钙7-10份、氧化石墨烯5-10份、碳纳米纤维5-10份及助剂5-8份。
进一步地，所述改性聚氨酯的制备方法为：
(1)将纳米二氧化硅颗粒加入到溶剂中加热搅拌，同时加入硅烷偶联剂，并超声处理；
(2)向上述溶液中加入聚二甲基硅氧烷、聚氨酯单体、硅烷偶联剂及固化剂加热搅拌，并超声处理，再加入聚氨酯，随后强力搅拌，即得到改性聚氨酯乳液。
进一步地，步骤(1)中加热至70～110℃，步骤(2)中加热至1200～140℃。
进一步地，所述固化剂为二氮双酚芴。
进一步地，所述助剂包括成膜剂、表面活性剂、消泡剂、减水剂或引发剂中一种或多种。
进一步地，所述改性聚氨酯中所述纳米二氧化硅、聚二甲基硅氧烷及聚氨酯乳液的重量比为：1～3:1:4～9。
本发明利用丙烯酸酯乳液、改性聚氨酯乳液作为基础乳液，增加涂层体系中各成分的粘合力，并增强涂料与基底的粘合力，避免涂层脱落问题的发生；尤其是本发明中通过改性处理的聚氨酯乳液可在增强涂层力学性能的同时，显著提高其抗磨减摩性能，具体地：
硅烷偶联剂处理后的纳米二氧化硅颗粒能够在聚氨酯乳液中均匀分散，降低纳米二氧化硅粒子的表面能，使得纳米二氧化硅颗粒在体系中不发生团聚，提高了与聚氨酯乳液的相容性；同时聚二甲基硅氧烷的加入与处理后的纳米二氧化硅颗粒的协同作用下，聚氨酯乳液涂层与丙烯酸酯乳液的润滑稳定性和抗磨性能得到显著提升，具体地：利用分散的纳米二氧化硅颗粒与聚二甲基硅氧烷及聚氨酯乳液之间的交联结构和氢键不仅可增强聚氨酯乳液的韧性，抑制乳液大分子的滑移，在乳液基体中可起到弥散强化作用，提高乳液基体的硬度，进而提高乳液涂层的承载力，而且可以填充涂层中的孔隙、减小孔隙率和涂层中的缺陷，不仅使腐蚀物质难以与基体接触，提高涂层的阻隔性能，而且避免外力作用下微裂缝扩展间隙过大，有利于应力转移，显著增强了涂层的防水阻隔性、力学性能和摩擦性能，使得涂料应用于基体表面之后具有更好的耐磨性，从而可更持久的发挥涂层的防护效果。
另外，由于建筑施工水泥遇水后水泥水化反应可生成大量氢氧化钙和水化硅酸钙，降低建筑体的抗渗性。而本发明涂料即可利用三聚磷酸钠与钙离子反应生成钙络合物，向建筑基体(如混凝土路面)孔隙和裂缝处迁移，使得钙络合物中的钙离子与混凝土中阴离子基团(如硅酸根等)反应生成沉淀物从而填充空基体内的空隙和裂缝等并析出络合阴离子，析出的络合阴离子再次结合混凝土内游离钙离子生成钙络合物沉淀，从而有效提高建筑基体的抗渗和防水性能，当再遇水时，即可循环以上反应历程，从而起到良好的防水效果，有效抑制混凝土的腐蚀进程，提高路面寿命。整个反应过程中三聚磷酸钠的量基本不变，长此以往，即使长时间使用后，仍可发挥良好的抗渗防水效果；考虑到长时间的使用，发明人还添加高氯酸钙为体系补充钙离子，含有足够钙离子从而可持续发挥上述循环作用，起到良好的防水效果；
氧化石墨烯的片层结构与碳纳米纤维的网状结构的配合可在体系中交互联合形成更紧密的网状结构，使得纳米二氧化硅及络合剂等能更稳定地填充在氧化石墨烯与碳纳米纤维的网格的空隙之中，从而更均匀地分散于体系中，且可利用网状分子链作用加强体系组分间的联系，提高体系的强度，即使受到外界作用力，也不会轻易被破坏产生裂缝，提高了涂层的使用寿命，使得涂料可更长久地保持力学性能及耐磨性能。
一种上述防水建筑涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将丙烯酸酯乳液、改性聚氨酯乳液按比例称量好，加入消泡剂、减水剂混合搅拌，并超声处理，得料液A；
S2.将络合剂、高氯酸钙加水混合加热搅拌后，得料液B；
S3.将料液A和料液B混合加热后(40-50℃)，加入氧化石墨烯和碳纳米纤维，再加入成膜剂、表面活性剂、引发剂混合搅拌，并超声处理，即得所述防水建筑涂料。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1、本发明利用硅烷偶联剂处理后的纳米二氧化硅颗粒与聚二甲基硅氧烷及聚氨酯乳液之间的交联结构和氢键不仅可增强聚氨酯乳液的韧性，抑制乳液大分子的滑移，在乳液基体中可起到弥散强化作用，提高乳液基体的硬度；而且可以填充涂层中的孔隙、减小孔隙率，不仅使腐蚀物质难以与基体接触，提高涂层的阻隔性能，而且避免外力作用下微裂缝扩展间隙过大，有利于应力转移，显著增强了涂层的防水阻隔性、力学性能和摩擦性能。
2、本发明利用三聚磷酸钠与钙离子反应生成钙络合物，向建筑基体孔隙和裂缝处迁移，使得钙络合物中的钙离子与混凝土中阴离子基团反应生成沉淀物从而填充空基体内的空隙和裂缝等并析出络合阴离子，析出的络合阴离子再次结合混凝土内游离钙离子生成钙络合物沉淀，从而有效提高建筑基体的抗渗和防水性能。
3、本发明利用氧化石墨烯的片层结构与碳纳米纤维的网状结构的配合可在体系中交互联合形成更紧密的网状结构，使得纳米二氧化硅及络合剂等能更稳定地填充在氧化石墨烯与碳纳米纤维的网格的空隙之中，从而更均匀地分散于体系中，且可利用网状分子链作用加强体系组分间的联系，提高体系的强度，即使受到外界作用力，也不会轻易被破坏产生裂缝，提高了涂层的使用寿命，使得涂料可更长久地保持力学性能及耐磨性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种防水建筑涂料，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液800g、改性聚氨酯乳液500g、三聚磷酸钠150g、高氯酸钙80g、氧化石墨烯50g、碳纳米纤维50g及助剂70g；
所述改性聚氨酯乳液的制备方法为：(1)将100g纳米二氧化硅颗粒加入到乙醇(体积比为95：5的乙醇和水混合液)中搅拌均匀，同时加入5g硅烷偶联剂，并超声处理60min；(2)向上述溶液中加入50g聚二甲基硅氧烷、300g聚氨酯单体及10g二氮双酚芴和20g十二烷基苯磺酸钠加热至130℃、随后磁力搅拌2h，转速600r/min，并超声处理20min，再加入100g聚氨酯单体，随后强力搅拌，即得到改性聚氨酯乳液；
本实施例防水建筑涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1.按上述比例称量好各组分，将丙烯酸酯乳液、改性聚氨酯乳液混合后加入10g有机硅消泡剂、10g聚羧酸减水剂混合搅拌，并超声处理50min，得料液A；
S2.将三聚磷酸钠、高氯酸钙加水混合加热至60℃、搅拌均匀后，得料液B；
S3.将料液A和料液B混合加热后，加入氧化石墨烯和碳纳米纤维，再20g丙烯酸树脂成膜剂、20g硬脂酸钠、10g偶氮二异丁腈混合搅拌，并超声处理，即得所述防水建筑涂料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：一种防水建筑涂料，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液820g、改性聚氨酯乳液550g、三聚磷酸钠160g、高氯酸钙90g、氧化石墨烯80g、碳纳米纤维60g及助剂80g。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：一种防水建筑涂料，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液780g、改性聚氨酯乳液560g、三聚磷酸钠180g、高氯酸钙80g、氧化石墨烯70g、碳纳米纤维50g及助剂60g。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：一种防水建筑涂料，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液700g、改性聚氨酯乳液600g、三聚磷酸钠100g、高氯酸钙50g、氧化石墨烯10g、碳纳米纤维10g及助剂50g。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：一种防水建筑涂料，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液900g、改性聚氨酯乳液400g、三聚磷酸钠200g、高氯酸钙100g、氧化石墨烯100g、碳纳米纤维100g及助剂500g。
丙烯酸酯乳液800g、改性聚氨酯乳液500g、三聚磷酸钠150g、高氯酸钙80g、氧化石墨烯50g、碳纳米纤维50g及助剂70g；
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：一种防水建筑涂料，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液500g、改性聚氨酯乳液100g、三聚磷酸钠300g、高氯酸钙200g、氧化石墨烯5g、碳纳米纤维5g及助剂10g。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：聚氨酯乳液未改性。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：不含三聚磷酸钠及高氯酸钙。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于：不含氧化石墨烯及碳纳米纤维。
实验例
先将实施例1-3及对比例1-4制得的涂料均匀涂覆于铝合金表面(外界混凝土的外表面)，室温条件下固化24小时，形成干膜厚度20μm的涂层。
对实施例1-3及对比例1-4制得的涂料分别进行以下测试：按照GB/T16777-2008、GB/T19250-2013及GB/T 23988-2009中的测试标准进行不透水性能、耐磨性能、拉伸强度(龄期为7d/28d/120d的涂料浸水后的拉伸强度)性能的测试，结果见表1：
表1实施例1-3及对比例1-4的测试结果
综上所述，本发明实施例所制得的涂料具有良好的抗渗防水性、耐磨性及力学性能；而对比例1的涂料各组分配比不在本发明各组分的范围之内，所得涂料个方面性能均表现不佳；而对比例2的聚氨酯乳液未进行改性，其涂料的耐磨性及力学性能表现不佳，尤其是耐磨性较差；对比例3中未添加三聚磷酸钠，其涂料的抗渗防水性及力学性能表现不佳，尤其是耐磨性较差；对比例4中未添加氧化石墨烯与碳纳米纤维，其涂料的力学性能及耐磨性能较差；由此可知本发明各个组分间的相互协同作用效果显著。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种防水建筑涂料，其特征在于，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液70-90份、改性聚氨酯乳液40-60份、三聚磷酸钠10-20份、高氯酸钙5-10份、氧化石墨烯1-10份、碳纳米纤维1-10份及助剂5-10份；所述改性聚氨酯乳液为通过纳米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷协同改性处理的聚氨酯乳液。
2.根据权利要求1所述的防水建筑涂料，其特征在于，按重量份数计，包括丙烯酸酯乳液75-85份、改性聚氨酯乳液50-60份、三聚磷酸钠15-20份、高氯酸钙7-10份、氧化石墨烯5-10份、碳纳米纤维5-10份及助剂5-8份。
3.根据权利要求1或2所述的防水建筑涂料，其特征在于，所述改性聚氨酯乳液的制备方法为：
(1)将纳米二氧化硅颗粒加入到溶剂中搅拌，同时加入硅烷偶联剂，并超声处理；
(2)向上述溶液中加入聚二甲基硅氧烷、部分聚氨酯单体及固化剂加热搅拌，并超声处理，再加入剩余的聚氨酯单体，随后强力搅拌，即得到改性聚氨酯乳液。
4.根据权利要求3所述的防水建筑涂料，其特征在于，所述改性聚氨酯中所述纳米二氧化硅、聚二甲基硅氧烷及聚氨酯单体的重量比为：1～3:1:4～9。
5.根据权利要求4所述的防水建筑涂料，其特征在于，所述改性聚氨酯中所述纳米二氧化硅、聚二甲基硅氧烷及聚氨酯乳液的重量比为：2:1:7。
6.根据权利要求3所述的防水建筑涂料，其特征在于，步骤(2)中加热至70～140℃。
7.根据权利要求1所述的防水建筑涂料，其特征在于，所述固化剂为二氮双酚芴。
8.根据权利要求1所述的防水建筑涂料，其特征在于，所述助剂包括成膜剂、表面活性剂、消泡剂、减水剂或引发剂中一种或多种。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的防水建筑涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将丙烯酸酯乳液、改性聚氨酯乳液按比例称量好，加入部分助剂混合搅拌，并超声处理，得料液A；
S2.将三聚磷酸钠、高氯酸钙加水混合加热搅拌后，得料液B；
S3.将料液A和料液B混合加热后，加入氧化石墨烯和碳纳米纤维，再加入剩余部分助剂混合搅拌，并超声处理，即得所述防水建筑涂料。
10.根据权利要求9所述的防水建筑涂料的制备方法，其特征在于，S1中加入的助剂为消泡剂、减水剂。
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