CN116948498B - 一种smc墙板防水纳米涂层材料 - Google Patents

一种smc墙板防水纳米涂层材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SMC墙板防水纳米涂层材料，涉及建筑材料技术领域。本发明SMC墙板防水纳米涂层材料由以下方法制成：将改性二氧化硅、改性环氧树脂、二甲亚砜加入反应瓶C中,分散均匀，加入丙烯酸、偶氮二异丁氰，升温至70‑80℃，保温18‑24h，水洗、减压蒸馏，得到SMC墙板防水纳米涂层材料。本申请制备的改性二氧化硅添加在改性环氧树脂中，并通过丙烯酸接枝交联，赋予环氧树脂优良的冲击韧性、耐高温性能以及耐候性能，本申请制备的纳米涂层材料涂覆在SMC墙板表面赋予基材表面一层憎水薄膜，有效抵御液态水的侵入，提高基材的耐水性。

Description

一种SMC墙板防水纳米涂层材料
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种SMC墙板防水纳米涂层材料。
背景技术
轻质墙板可归纳为五大类，其中包括无增强材的轻质墙板、含连续增强材的实芯轻质墙板、含连续增强材的多孔轻质墙板、含非连续增强材的多孔轻质墙板以及纤维水泥轻集料混凝土实芯墙板。其中SMC墙板(秸秆镁质水泥空心条板)是属于含非连续增强材的多孔轻质墙板，是镁质水泥为胶凝材料、秸秆为填料、玻璃纤维为增强材料生产的一种节能环保型新型墙体材料，具有轻质、高强、节能、环保、安装方便等优点。
其中作为胶凝材料的镁质水泥在接触到从基材的孔隙中进入的水分子，其中的Mg(OH)2被水吸引着从基材的大孔中由内向外转移，镁质水泥为了保持各类水化产物的平衡，只能分解氯镁复盐，氯离子在水中电离，导致镁质水泥崩溃；而水泥硬化体中存在的游离氯盐具有很大的水溶性和吸湿性，在潮湿环境下，制品表面的游离氯盐吸收空气中的水分潮解形成水溶液，以水珠状吸附在制品表面上，内部游离氯盐也会通过与表面连通的毛细孔隙吸收水分，并从内部向表面迁移。当制品表面水分蒸发后，游离氯盐结晶就在制品表面上形成白色斑点出现返卤现象。针对这类问题，在基材表面涂覆防水涂层或基材中添加防水剂是现有技术中常规操作，但是防水剂的掺入在一定程度上影响基材本身的其他性能，而现有的防水涂层赋予墙板疏水特性，有效抵御液态水的侵入，但是疏水表面的精细粗糙结构及地表面能物质，在加工和使用过程中容易受到冲击、摩擦等机械作用而损坏，直接在墙板表面构建疏水涂层，在反复摩擦后，墙板表面的涂层被磨损，暴露亲水的墙板，虽然水接触角仍然较大，但是滚定角快速增加，导致水滴在墙板表面粘附滞留，大大降低墙板的耐水性能，因此，现有涂层存在使用寿命短、不耐磨以及易脱落等缺陷，使得该技术使用十分受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SMC墙板防水纳米涂层材料，解决以下技术问题：
现有的防水涂层涂覆在秸秆镁质水泥空心条板基材表面，存在使用寿命短、不耐磨以及易脱落的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种SMC墙板防水纳米涂层材料，SMC墙板防水纳米涂层材料由以下方法制成：
将改性二氧化硅、改性环氧树脂、溶剂加入反应瓶C中,分散均匀，加入丙烯酸、催化剂，升温至70-80℃，保温18-24h，水洗、减压蒸馏，得到SMC墙板防水纳米涂层材料。
作为本发明的进一步方案：溶剂为二甲亚砜，所述催化剂为偶氮二异丁氰，改性二氧化硅：改性环氧树脂：溶剂：丙烯酸：催化剂的质量比为2-3：10：50-200：10-40：0.1-0.5。
作为本发明的进一步方案：改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
A1：将无水乙醇、氨水、蒸馏水加入反应釜A中，升温至35-50℃，加入正硅酸乙酯，保温1-3h，升温至55-65℃，加入氨基丙基三乙氧基硅烷，保温1-3h，得到组分一；
A2：将组分一、三乙胺、甲醇加入反应釜A中，分散均匀，加入顺丁烯二酸酐，分散均匀，静置0.5-1h、分离出沉淀,沉淀无水乙醇洗涤、干燥，得到改性二氧化硅。
作为本发明的进一步方案：所述氨水为25-30wt％氨水溶液，A1中无水乙醇：氨水：蒸馏水：正硅酸乙酯：氨基丙基三乙氧基硅烷的添加比为10-20mL:0.1-0.5mL：1-2mL：0.5-1.5g：1-2.5g。
作为本发明的进一步方案：A2中组分一、三乙胺、甲醇、顺丁烯二酸酐的质量比为1：5-10：20-50：2-4。
作为本发明的进一步方案：改性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：
B1：将双酚A环氧树脂、N-甲基吡咯烷酮加入反应瓶A中,控制温度60-70℃，继续加入2,2-二羟甲基丁酸、N,N-二甲基甲酰胺，分散均匀，控制80-95℃,保温1-3h,得到混合液；
B2：将混合液、顺丁烯二酸酐加入反应瓶B中,控制温度70-80℃,加入N,N-二甲基甲酰胺，保温1-3h，控制温度45-55℃，加入三乙胺调节溶液至中性,搅拌反应0.5-1h，得到改性环氧树脂。
作为本发明的进一步方案：B1中双酚A环氧树脂：N-甲基吡咯烷酮：2,2-二羟甲基丁酸：N,N-二甲基甲酰胺的质量比为10：60-100：1-2：0.06-0.12。
作为本发明的进一步方案：B2中混合液：顺丁烯二酸酐：N,N-二甲基甲酰胺：三乙胺：去离子水的质量比为2500-4500：200-500：3.5-7。
本发明的有益效果：
(1)本申请利用正硅酸乙酯在碱性条件下水解缩合，生成表面覆盖有大量羟基的SiO2粒子；并利用氨基丙基三乙氧基硅烷在碱性条件下水解得到中间体CH3-Si-(OH)3与SiO2粒子表面的羟基发生缩合反应,得到二氧化硅表面包裹有有机网络的表面极性低的粒子，即组分一；并利用顺丁烯二酸酐对组分一中的粒子进行接枝改性，得到改性二氧化硅。本申请再利用2,2-二羟甲基丁酸、顺丁烯二酸酐依次对双酚A环氧树脂改性，得到改性环氧树脂；最后利用丙烯酸将改性环氧树脂和改性二氧化硅共聚，得到涂层材料。
本申请利用改性二氧化硅极低的表面自由能为涂层提供疏水性能；环氧树脂分子链上存在极性羟基和醚键，具有良好的黏接性能，使得涂层与基材形成牢固的结合；改性二氧化硅被环氧树脂包裹增加，其相互之间结合力增加，增加涂层的机械稳定性，经过砂纸多次摩擦后依旧保持疏水性能，表现出良好的机械耐磨性，涂层与基材牢固结合，表现出稳健的机械稳定性。本申请制备的涂层材料涂覆在墙板表面，赋予基材表面一层憎水薄膜，有效抵御液态水的侵入，提高基材的耐水性。
(2)本申请利用氨基丙基三乙氧基硅烷对二氧化硅粒子进行改性，生成交联产物，二氧化硅表面接枝的有机物主链由S i-O键构成，S i-O键柔顺性好，且其键能比C-C键和C-O键的键能大，赋予涂层材料优良的耐热性能和耐候性能；本申请制备的改性二氧化硅，其二氧化硅粒子表面接枝的有机分子网链包裹无机粒子，改善材料的成膜性，而且有机分子网链具有表面迁移性，逐渐填平基材的粗糙结构；改性二氧化硅与改性环氧树脂接枝共混，有效提高环氧树脂的交联密度，环氧树脂的内应力降低，增加涂层材料的耐热性能和冲击韧性提高，吸水率降低。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
A1：将200mL无水乙醇、2mL 25-30wt％氨水溶液、20mL蒸馏水加入反应釜A中，升温至35℃，加入10g正硅酸乙酯，保温1h，升温至55℃，加入20g氨基丙基三乙氧基硅烷，保温1h，得到组分一；
A2：将30g组分一、150g三乙胺、600g甲醇加入反应釜A中，分散均匀，加入60g顺丁烯二酸酐，分散均匀，静置0.5h、分离出沉淀,沉淀无水乙醇洗涤、干燥，得到改性二氧化硅。
实施例2
改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
A1：将400mL无水乙醇、10mL 25-30wt％氨水溶液、40mL蒸馏水加入反应釜A中，升温至50℃，加入30g正硅酸乙酯，保温3h，升温至65℃，加入50g氨基丙基三乙氧基硅烷，保温3h，得到组分一；
A2：将30g组分一、300g三乙胺、1500g甲醇加入反应釜A中，分散均匀，加入120g顺丁烯二酸酐，分散均匀，静置1h、分离出沉淀,沉淀无水乙醇洗涤、干燥，得到改性二氧化硅。
实施例3
改性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：
B1：将50g E-51双酚A环氧树脂、300g N-甲基吡咯烷酮加入反应瓶A中,控制温度60℃，继续加入5g 2,2-二羟甲基丁酸、0.3g N,N-二甲基甲酰胺，分散均匀，控制80℃,保温1h,得到混合液；
B2：将250g混合液、20g顺丁烯二酸酐加入反应瓶B中,控制温度70℃,加入0.35gN,N-二甲基甲酰胺，保温1h，控制温度45℃，加入三乙胺调节溶液至中性,搅拌反应0.5h，得到改性环氧树脂。
实施例4
一种SMC墙板防水纳米涂层材料，由以下方法制成：
将20g实施例1制备的改性二氧化硅、100g实施例3制备的改性环氧树脂、1000g二甲亚砜加入反应瓶C中,分散均匀，加入300g丙烯酸、5g偶氮二异丁氰，升温至70℃，保温18h，水洗、减压蒸馏，得到SMC墙板防水纳米涂层材料。
实施例5
一种SMC墙板防水纳米涂层材料，由以下方法制成：
将30g实施例1制备的改性二氧化硅、100g实施例3制备的改性环氧树脂、1000g二甲亚砜加入反应瓶C中,分散均匀，加入300g丙烯酸、5g偶氮二异丁氰，升温至70℃，保温18h，水洗、减压蒸馏，得到SMC墙板防水纳米涂层材料。
实施例6
一种SMC墙板防水纳米涂层材料，由以下方法制成：
将20g实施例2制备的改性二氧化硅、100g实施例3制备的改性环氧树脂、1000g二甲亚砜加入反应瓶C中,分散均匀，加入300g丙烯酸、5g偶氮二异丁氰，升温至70℃，保温18h，水洗、减压蒸馏，得到SMC墙板防水纳米涂层材料。
实施例7
一种SMC墙板防水纳米涂层材料，由以下方法制成：
将30g实施例2制备的改性二氧化硅、100g实施例3制备的改性环氧树脂、1000g二甲亚砜加入反应瓶C中,分散均匀，加入300g丙烯酸、5g偶氮二异丁氰，升温至70℃，保温18h，水洗、减压蒸馏，得到SMC墙板防水纳米涂层材料。
对比例1
改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
将200mL无水乙醇、2mL 25-30wt％氨水溶液、20mL蒸馏水加入反应釜A中，升温至35℃，加入10g正硅酸乙酯，保温1h，升温至55℃，加入20g氨基丙基三乙氧基硅烷，保温1h，得到改性二氧化硅。
对比例2
改性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：
将50g E-51双酚A环氧树脂、300g N-甲基吡咯烷酮加入反应瓶A中,控制温度60℃，继续加入5g 2,2-二羟甲基丁酸、0.3g N,N-二甲基甲酰胺，分散均匀，控制80℃,保温1h,得到改性环氧树脂。
对比例3
与实施例4相比，对比例3仅仅将实施例4中添加的实施例1制备的改性二氧化硅等质量替换成对比例1制备的改性二氧化硅，其余组分和制备方法与实施例4完全一致。
对比例4
与实施例4相比，对比例4仅仅将实施例4中添加的实施例3制备的改性环氧树脂等质量替换成对比例2制备的改性环氧树脂，其余组分和制备方法与实施例4完全一致。
对比例5
与实施例4相比，对比例5将实施例1制备的改性二氧化硅等质量替换成对比例1制备的改性二氧化硅、实施例4中添加的实施例3制备的改性环氧树脂等质量替换成对比例2制备的改性环氧树脂，其余组分和制备方法与实施例4完全一致。
对比例6
与实施例4相比，对比例5将实施例1制备的改性二氧化硅等量替换成纳米二氧化硅，其余组分和制备方法与实施例4完全一致。
性能检测
(1)制备秸秆镁质水泥空心条板
a：氯氧镁水泥：MgO含量为75-85％，其中活性MgO含量为65-75％。Ca0含量<5％，120目通过率>95％，初凝时间≥40mim，终凝时间≤7h；
固体氯化镁：MgCl2含量>45％，NaCl含量<1.5％，KCl含量<1％，CaCl2含量<1％；
粉煤灰：符合GB/T 1596-1991《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中等级Ⅰ；
秸秆屑：纤维长度1.5-2cm，含水率<10％；
b：将固体氯化镁、自来水混合后，加入秸秆屑，搅拌3-5min，加入减水剂、抗碱玻纤搅拌3-5min，依次加氯氧镁水泥、粉煤灰，再搅拌5-8min得到料浆，固体氯化镁：自来水：秸秆屑：减水剂：抗碱玻纤：氯氧镁水泥：粉煤灰的质量比为100：80：300：10：10：1100：480；
c：将料浆均匀注入模具内，捣实、抹平、抹光；在温度18-35℃、相对湿度60-70％环境下养护24h、脱模抽芯、叠码、塑料布密封，继续保湿保温养护3-5d；常温养护28d后，得到秸秆镁质水泥空心条板，制备出的秸秆镁质水泥空心条板尺寸分别有40×40×160mm3、20×20×20mm3、120×120×10mm3；
d：将实施例4-7、对比例3-6制备的涂层材料涂覆在步骤b制备的秸秆镁质水泥空心条板表面，得到实施例4-1、实施例5-1、实施例6-1、实施例7-1、对比例3-1、对比例4-1、对比例5-1、对比例6-1。
(2)抗折强度：根据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》,将成型并养护28d的规格为40×40×160mm3的试件进行抗折强度测试，检测其抗压强度R0；检测结果见表1；
(3)耐水系数：试件成型养护至28d后,浸泡在水中，液面超过试件5cm，浸泡7d后取出，拭干其表面水分，测试其抗压强度RT，计算试件的耐水系数k：
k＝RT/R0
式中，k-耐水系数；R0-试样初始抗压强度，kPa；RT-试样水浸泡处理7d后抗压强度，kPa；检测结果见表1；
(4)氯离子溶出率：将尺寸20×20×20mm3的试件养护28d后,用粗砂纸将其表层磨净,再用棉花蘸酒精拭净其表面,酒精挥发完毕后,称量重量为m0(精确至0.0001g),放入200mL氯离子溶出率烧杯中,再加入100mL蒸馏水浸泡24h，把浸液移至250mL容量瓶，用蒸馏水清洗烧杯5次，将洗液一起转入容量瓶，蒸馏水定容摇匀备用。用PXSJ-226L离子计测定氯离子的离子浓度cx。同时取适量蒸馏水(氯离子浓度为c0)作空白试验。氯离子溶出率η的计算方法见下式：
η＝[(cx-c0)·v·MCl]/m0×100％
式中，η-试件养护28天后,氯离子的溶出率,％；v-容量瓶的体积,250mL；MCl-氯离子的分子质量,35.5g/mo l；检测结果见表1；
表1：实施例、对比例试件性能检测数据统计表
由表1可知，本申请制备的涂层材料涂覆在墙板表面，赋予墙板材料优良的耐水性能，在墙板表面附着一层憎水层，有效提高材料的抗折强度、耐水性能以及降低材料的氯离子溶出率，减少材料的吸湿返卤情况的产生。
(5)接触角：采用德国克吕士公司生产的DSA30型接触角测量仪测量涂层静态接触角，检测结果见表2；
(6)滚动角：在室温下，将试样倾斜放置于载玻片上，静态地滴一滴10μL的水在上观察水滴是否在试样上滚动，如果滚动，即将此角度记为该试样的滚动角；如果不滚动，则增加载玻片数量，直到水滴在试样上滚动。如果试样在90°的角度下仍然不滚动，则将此试样的滚动角记为90°，检测结果见表2；
(7)耐摩擦性能：将涂层样品表面平放至粒径为10.4μm的砂纸上,再将100g砝码置于试样上，拉动试样缓慢向前移动10cm后将试样旋转90°再缓慢向前移动10cm，将上述过程记为一次砂纸摩擦循环,测量超疏水涂层经过不同次数砂纸摩擦循环后的接触角和滚动角，检测结果见表2；
表2：实施例4-7、对比例3-6耐摩擦性能检测数据统计表
由表2可知，本申请制备的涂层材料涂覆在墙板表面，在墙板表面附着一层憎水层，且本申请制备的涂层具有优良的耐摩擦性能，制备得到的墙板在实际应用过程中，在长期摩擦过程中依旧保持良好的疏水性能。
(7)硬度：根据GB/T 6739-1996《涂膜硬度铅笔测定法》进行硬度测试，检测结果见表3；
(8)粘附性能：根据GB/T 9286—1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》对超疏水涂层的附着力进行测试，使用百格刀对超疏水涂层试样横竖方向各划6道,随后使用3M胶带完全粘附划痕区域,以与涂层呈60°的方向迅速撕下胶带,整个撕下时间控制在0.5-1s。检测结果见表3；
表3：实施例4-7、对比例3-6硬度及粘附性能检测数据统计表
由表3可知，本申请制备的涂层材料涂覆在墙板表面制备得的的防水涂层具有良好的附着性能。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种SMC墙板防水纳米涂层材料，其特征在于，所述SMC墙板防水纳米涂层材料由以下方法制成：
将改性二氧化硅、改性环氧树脂、溶剂加入反应瓶C中,分散均匀，加入丙烯酸、催化剂，升温至70-80℃，保温18-24h，水洗、减压蒸馏，得到SMC墙板防水纳米涂层材料；
所述改性二氧化硅的制备方法包括如下步骤：
A1：将无水乙醇、氨水、蒸馏水加入反应釜A中，升温至35-50℃，加入正硅酸乙酯，保温1-3h，升温至55-65℃，加入氨基丙基三乙氧基硅烷，保温1-3h，得到组分一；
A2：将组分一、三乙胺、甲醇加入反应釜A中，分散均匀，加入顺丁烯二酸酐，分散均匀，静置0.5-1h、分离出沉淀,沉淀无水乙醇洗涤、干燥，得到改性二氧化硅；
所述改性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：
B1：将双酚A环氧树脂、N-甲基吡咯烷酮加入反应瓶A中,控制温度60-70℃，继续加入2,2-二羟甲基丁酸、N,N-二甲基甲酰胺，分散均匀，控制80-95℃,保温1-3h,得到混合液；
B2：将混合液、顺丁烯二酸酐加入反应瓶B中,控制温度70-80℃,加入N,N-二甲基甲酰胺，保温1-3h，控制温度45-55℃，加入三乙胺调节溶液至中性,搅拌反应0.5-1h，得到改性环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的一种SMC墙板防水纳米涂层材料,其特征在于，所述溶剂为二甲亚砜，所述催化剂为偶氮二异丁氰，改性二氧化硅：改性环氧树脂：溶剂：丙烯酸：催化剂的质量比为2-3：10：50-200：10-40：0.1-0.5。
3.根据权利要求1所述的一种SMC墙板防水纳米涂层材料,其特征在于，所述氨水为25-30wt%氨水溶液，A1中无水乙醇：氨水：蒸馏水：正硅酸乙酯：氨基丙基三乙氧基硅烷的添加比为10-20mL:0.1-0.5mL：1-2mL：0.5-1.5g：1-2.5g。
4.根据权利要求1所述的一种SMC墙板防水纳米涂层材料,其特征在于，A2中组分一、三乙胺、甲醇、顺丁烯二酸酐的质量比为1：5-10：20-50：2-4。
5.根据权利要求1所述的一种SMC墙板防水纳米涂层材料,其特征在于，B1中双酚A环氧树脂：N-甲基吡咯烷酮：2,2-二羟甲基丁酸：N,N-二甲基甲酰胺的质量比为10：60-100：1-2：0.06-0.12。
6.根据权利要求1所述的一种SMC墙板防水纳米涂层材料,其特征在于，B2中混合液：顺丁烯二酸酐：N,N-二甲基甲酰胺：三乙胺：去离子水的质量比为2500-4500：200-500：3.5-7。
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