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一種具有耐高溫性能的水性防水涂料及其制備方法

文檔序號:29648134發布日期:2022-04-13 21:45來源:國知局
一種具有耐高溫性能的水性防水涂料及其制備方法

1.本發明屬于建筑涂料技術領域,具體涉及一種具有耐高溫性能的水性防水涂料及其制備方法。


背景技術:

2.水性防水涂料的最大優勢是生產過程中不需要添加或少量添加溶助劑,是一種以水為分散介質的健康生態、安全環保的涂料,也是目前市場上最受歡迎的建筑防水涂料。目前,水性防水涂料已經在西方發達國家中得到廣泛推廣和運用,而在我國并沒有那么順利,品種不足、質量不高等問題已成為國內水性防水涂料發展的瓶頸。
3.國內現有的水性防水涂料都不同程度地存在著防水耐久性能差、吸水率高,尤其在高溫高濕環境下,涂層容易吸水、膨脹,導致防水涂層脫落、破裂以及防水性能下降等缺陷。
4.因此,如何研發出防水性和耐高溫性能優良的水性防水涂料是本領域技術人員亟待解決的問題。


技術實現要素:

5.本發明的目的在于提供一種具有耐高溫性能的水性防水涂料,以改性黃土粉和丁苯乳液作為主要成分,以分散劑、消泡劑、增稠劑、ph調節劑和防腐劑作為加工助劑,配方中所用原料精簡、成本低廉、儲量豐富、易采易得,可有效改善現有水性涂料防水耐久性能差、高溫高濕環境涂層穩定性差的問題。
6.為實現上述目的,本發明提供一種具有耐高溫性能的水性防水涂料,按重量份數計,包括以下組分:水2.3~5.0份、改性黃土粉40~50份、丁苯乳液45~55份、分散劑0.3~0.5份、消泡劑0.3~0.5份、增稠劑0.2~0.4份、ph調節劑0.1~0.3份和防腐劑0.2~0.3份。
7.所述防水涂料可在常溫0.6mpa條件下保持120min不透水,加熱處理后,拉伸強度保持率和斷裂延伸率分別≥486%和≥840%,加熱伸長率和縮短率分別≤0.51%和≤0.45%。
8.在一優選的實施方式中,所述分散劑包括byk-23160分散劑,消泡劑包括cf439水性消泡劑,增稠劑包括rm-8w增稠劑,ph調節劑包括amp-95多功能助劑,防腐劑包括af203防腐劑。
9.本發明的另一目的在于提供一種具有耐高溫性能的水性防水涂料的制備方法,用硬脂酸對黃土粉進行表面接枝改性,再將改性黃土粉與丁苯乳液、助劑和水,分步混勻,高速分散即得。
10.整體制備方法簡單、高效,反應溫和,對設備和反應條件要求低,制備工藝安全性高,尤其適合大規模工業化生產。
11.為實現上述目的,本發明提供一種具有耐高溫性能的水性防水涂料的制備方法,具體包括以下步驟:
12.(1)制備黃土漿粉:將黃土分散于純水中,自然沉降,除去上層懸浮液和底層細砂粒雜質,取中間的黃土泥漿進行離心、烘干、粉碎過篩,得到黃土漿粉;
13.(2)改性黃土粉:將黃土漿粉加入到硬脂酸-氫氧化鈉改性劑中,攪拌,產物用無水乙醇洗滌,離心至上清液表面無油狀物析出為止,收集沉淀物在80℃條件下,真空干燥,研磨過篩,即得改性黃土粉;
14.(3)按配比稱重各原料;
15.(4)調配:將丁苯乳液、分散劑、消泡劑重量的2/3部分、amp-95多功能助劑、防腐劑混合,以第一預設條件攪拌混勻;
16.以第二預設條件加入改性黃土粉,以第三預設條件攪拌混勻;
17.依次加入增稠劑、水和余下的消泡劑重量的1/3部分,以第四預設條件攪拌至漿液細度≤50μm,即得防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料。
18.在一優選的實施方式中,步驟(1)中,黃土選自含水率≤5%的清潔干燥的黃土,黃土與純水的質量比為1:(3.0~4.0),自然沉降時間為5.0~7.0h。
19.在一優選的實施方式中,步驟(2)中,硬脂酸-氫氧化鈉改性劑的制備方法為:將硬脂酸質量與濃度為0.02%氫氧化鈉溶液體積,以(1.0~1.2)g:100ml的質量體積比混合即得。
20.在一優選的實施方式中,步驟(2)中,黃土漿粉質量與硬脂酸-氫氧化鈉改性劑體積的質量體積比為(4.8~5.2)g:100ml。
21.在一優選的實施方式中,步驟(2)中,所述攪拌條件為:以500~800r/min,攪拌時間為50~60min;所述研磨過篩為325目篩。
22.我國擁有優質豐富的黃土資源,但未被有效地開發利用而大量閑置,造成資源浪費。因此,考慮利用黃土為原料制備防水涂料作為黃土資源化的利用途徑。但是發明人在實際應用時發現,普通黃土的疏水性較差,難以滿足防水涂料的要求。
23.為提高防水涂料的防水性,發明人通過大量實驗研究,以硬脂酸作為改性劑對黃土進行表面接枝改性,不但可使黃土由親水性變為同時具有疏水性和親油性,而且能提高黃土的耐熱性。另外,由于硬脂酸作為脂肪酸難溶于水,因此,將硬脂酸溶解于氫氧化鈉溶液中,可有效增加硬脂酸的水溶性,提升硬脂酸與黃土漿粉的混勻效果,進一步提高對黃土漿粉的改性效果。
24.具體機理為:硬脂酸是一種含有烷基長鏈的有機酸,可通過化學吸附作用包覆在黃土顆粒表面,形成一薄層疏水層,不但能顯著降低黃土顆粒的表面能,而且使黃土具有與荷葉表面相似的微-納米粗糙結構,增強了黃土顆粒的防水性和熱穩定性。
25.另外,實驗研究表明,硬脂酸與黃土粉的質量比為1:(4~5.2)比較適宜。當硬脂酸用量小時,黃土表面的疏水基團較少而表現出的疏水性也較弱;當硬脂酸用量過大時,黃土表面的疏水基趨于飽和,疏水性趨于穩定,一方面造成硬脂酸浪費,另一方面改性黃土的疏水性過強,不利于與水和其他助劑的融合。
26.因此,采用硬脂酸與黃土粉的質量比為1:(4~5.2),即先按硬脂酸質量與0.02%氫氧化鈉溶液體積比為(1.0~1.2)g:100ml配置硬脂酸-氫氧化鈉混合液,再按黃土粉質量與硬脂酸-氫氧化鈉混合液體積比為(4.8~5.2)g:100ml進行配料,攪拌速率為500~800r/min,攪拌時間為50~60min的方法制成改性黃土粉,以增強防水涂料的防水性和耐熱性能。
27.在一優選的實施方式中,步驟(4)中,所述第一預設條件為:以600~800r/min的速率攪拌10~15min;
28.第二預設條件為:以1000~1200r/min的速率,攪拌加入改性黃土粉,加入改性黃土粉的時間為15~20min;
29.第三預設條件為:以1000~1200r/min的速率攪拌10~15min;
30.第四預設條件為:以3000r/min高速攪拌10~15min。
31.在將原料按配比混勻的基礎上,按次序分步制備,先低速攪拌融合乳液與部分助劑,再在較高攪拌速率下加入改性黃土粉、水和其他助劑,最后高速分散。低速攪拌可以將部分助劑與乳液充分混合,而改性黃土粉因為有硬脂酸的包覆,因此可以在高速攪拌狀態下與其他原料有效融為一相,最后加入水和增稠劑、部分消泡劑后高速分散可有效降低漿液細度,使漿料狀態均一穩定。
32.與現有技術相比,本發明的一種具有耐高溫性能的水性防水涂料及其制備方法,具有如下優點:
33.(1)本發明利用硬脂酸對黃土粉進行改性,不但使黃土同時具有疏水性和親油性能,而且能提高黃土的耐熱性能。以此改性黃土粉來替代傳統防水涂料中常用的粉料(如水泥、重鈣、石英粉、硫酸鋇等),既能增強粉料與丁苯乳液的相容性,又能賦予防水涂料的生態功能,更重要的是有效提升了防水涂料的防水性和耐熱性能,降低了防水涂料的吸水性和生產成本。
34.(2)本發明利用丁苯乳液疏水性強、吸水率和水蒸氣透過率極低的特性,以丁苯膠乳為主要成膜物質制得的防水涂料,表現出優良的低吸水性、防水性和拉伸性能,且無voc、溶劑和可溶性重金屬等有害成分。
35.(3)本發明原料成本低,來源廣泛,易于采購。硬脂酸生產成本低、無污染,適合大規模使用;黃土成本低廉,還能整合資源、減少閑置,可達到降本增效的效果。
36.(4)本發明的制備過程在常溫常壓下進行,簡單高效,能耗低,對攪拌設備無特殊要求,滿足攪拌轉速和攪拌時間即可,易于制備,尤其適合大規模工業化生產。
37.(5)本發明制備的水性防水涂料,具有如下優點:

粘度低、可潮氣室溫固化、涂膜致密美觀、無氣泡、防水持久;

施工方便,對施工基面干燥度要求不高,可噴涂也可涂刷,施工遍數少;

施工效果好,對需要防水的各種形狀基面能形成連續不斷的整體防水層;

不僅可用于外墻防水、建筑屋面、陽臺、傾斜界面等防水,尤其適用于廚浴間、衛生間、游泳池、儲液池和地下工程等長期潮濕環境下的防水。
附圖說明
38.從下面結合附圖對本發明實施例的詳細描述中,本發明的這些和/或其它方面和優點將變得更加清楚并更容易理解,其中:
39.圖1為本發明所用黃土改性前和用硬脂酸改性后的ft-ir圖;其中圖1(a)為改性前ft-ir圖;圖1(b)為改性后ft-ir圖;
40.圖2為本發明所用黃土改性前和使用硬脂酸改性后的sem圖;其中圖2(a)為改性前的sem圖;圖2(b)為改性后的sem圖。
具體實施方式
41.若未特別指明,實施例中所用技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段,所用原料均為市售商品。
42.除非另有特別說明,本發明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等均可通過市場購買得到或者可通過現有方法制備得到。
43.本發明實施例所用實施例廠商信息為:
44.byk-23160分散劑為德國byk公司生產的disperbyk-lp n 23160;
45.amp-95多功能助劑為美國陶氏化學公司生產的陶氏dow amp-95;
46.cf439水性消泡劑cf439,英國blackburn公司生產的dispelair cf439;
47.rm-8w增稠劑為廣州恒宇化工有限公司生產的陶氏增稠劑rm-8w聚氨酯;
48.af203防腐劑佛山市藍峰助劑有限公司生產的af203;
49.丁苯乳液為盛禧奧聚合物有限公司生產的latex dl 470pa。
50.在本發明中,重量份可以是μg、mg、g、kg等本領域公知的重量單位,也可以是其倍數,如1/10、1/100、10倍、100倍等;本發明中,所述室溫為25℃。
51.實施例1
52.一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料,由以下重量份的原料組成:水4.5份、改性黃土粉45份、丁苯乳液49份、byk-23160分散劑0.3份、cf439水性消泡劑0.4份、rm-8w增稠劑0.3份、amp-95多功能助劑0.2份和af203防腐劑0.3份。
53.一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料的制備方法,包括以下步驟:
54.(1)制備黃土漿粉:將清潔干燥的黃土加入至其質量3.0~4.0倍的純水中,攪勻自然沉降后,除去上層懸浮液和底層細砂粒雜質,取中間的泥漿進行離心、以60℃烘干2h、粉碎過200目篩;
55.(2)改性黃土粉:按質量-體積比為5g:100ml將所得的黃土漿粉加入到硬脂酸-氫氧化鈉混合液中,攪拌60min后,產物用無水乙醇反復洗滌、離心至上清液表面中無油狀物(游離硬脂酸)析出為止,80℃下真空干燥,研磨過325目篩后即得;
56.(3)按配比稱重各原料;
57.(4)調配:將丁苯乳液、分散劑、消泡劑重量的2/3部分、amp-95多功能助劑、防腐劑混合,以600~800r/min的速率攪拌10~15min;
58.調節轉速至1000~1200r/min,緩慢加入改性黃土粉,加料時間控制在15~20min,加完后以1000~1200r/min繼續攪拌10~15min;
59.依次加入增稠劑、水和余下的消泡劑重量的1/3部分,以3000r/min高速分散10~15min,至細度≤50μm,即得防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料。
60.將步驟(1)制備得到的黃土粉記為改性前黃土,將步驟(1)和(2)制備得到的黃土記為改性后黃土,進行和ft-ir、sem和潤濕接觸角對比分析,結果如下:
61.黃土改性前后的ft-ir如圖1所示,由圖1可以明顯看出,在2916cm-1
和2850cm-1
附近出現硬脂酸中-ch
2-的特征伸縮振動吸收峰,表明烷基被成功地接枝到黃土顆粒表面;在1702cm-1
附近出現了>c=o的伸縮振動吸收峰,表明硬脂酸被成功的包覆到黃土顆粒表面。
62.黃土改性前后的sem如圖2所示。
63.圖2顯示,未改性黃土中存在大量的聚集塊狀結構,且顆粒致密、尺寸較大,而改性
后的黃土表面片狀和塊狀結構顯著減少,出現了細小的無定形顆粒,顆粒的分散性和表面粗糙程度均明顯增加,也表明硬脂酸包覆到黃土顆粒表面了。
64.以對水的潤濕接觸角作為指標,對黃土改性前后的疏水性能進行檢測,結果為:黃土改性前潤濕接觸角為20.5
°
,而黃土改性后的潤濕接觸角為123.5
°
,表明改性步驟可顯著增強黃土粉的疏水性和親油性能。
65.對比例1
66.一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料,由以下重量份的原料組成:水4.5份、黃土漿粉45份、丁苯乳液49份、byk-23160分散劑0.3份、cf439水性消泡劑0.4份、rm-8w增稠劑0.3份、amp-95多功能助劑0.2份和af203防腐劑0.3份。
67.一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料的制備方法,包括以下步驟:
68.(1)制備黃土漿粉:將清潔干燥的黃土加入至其質量3.0~4.0倍的純水中,攪勻自然沉降后,除去上層懸浮液和底層細砂粒雜質,取中間的泥漿進行離心、以60℃烘干2h、粉碎過200目篩;
69.(2)按配比稱重各原料;
70.(3)調配:將丁苯乳液、分散劑、消泡劑重量的2/3部分、amp-95多功能助劑、防腐劑混合,以600~800r/min的速率攪拌10~15min;
71.調節轉速至1000~1200r/min,緩慢加入改性黃土漿粉,加料時間控制在15~20min,加完后以1000~1200r/min繼續攪拌10~15min;
72.依次加入增稠劑、水和余下的消泡劑重量的1/3部分,以3000r/min高速分散10~15min,至細度≤50μm,即得防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料。
73.效果例
74.將實施例1和對比例1所制得的水性防水涂料進行理化性質和環保性能檢測,結果如表1和2所示。
75.表1防水涂料的理化性能測試結果
[0076][0077]
由表1可以看出,實施例1制備的防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料的理化性能指標均滿足《聚合物乳液建筑防水涂料》(jc/t864-2008)中ⅱ類產品的要求,尤其是其防水性和耐熱性能遠高于標準要求。而對比例1因采用常規黃土漿粉未做改性處理,其防水性能和加熱處理后指標數據均無法滿足《聚合物乳液建筑防水涂料》行業標準,說明僅用常規黃土漿粉無法制備防水涂料。
[0078]
表2防水涂料的環保性能測試結果
[0079][0080]
從表2可看出,實施例1制備的防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料的環保性能指標遠超過《環境標志產品技術要求防水涂料》(hj 457-2009)和市面上現有的同類防水涂料相比,不含voc、溶劑和可溶性重金屬等有害成分,是名副其實的綠色防水涂料。
[0081]
實施例2
[0082]
一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料,由以下重量份的原料組成:水2.3份、改性黃土粉41份、丁苯乳液55份、byk-23160分散劑0.3份、cf439水性消泡劑0.5份、rm-8w增稠劑0.4份、amp-95多功能助劑0.2份和af203防腐劑0.3份。
[0083]
其中:改性黃土粉及水性防水涂料的制備方法同實施例1。
[0084]
制備得到的防水涂料可在常溫0.6mpa條件下保持125min不透水,加熱處理后,拉伸強度保持率和斷裂延伸率分別為491%和845%,加熱伸長率和縮短率分別為0.48%和0.44%。
[0085]
實施例3
[0086]
一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料,由以下重量份的原料組成:水2.6份、改性黃土粉46份、丁苯乳液50份、byk-23160分散劑0.4份、cf439水性消泡劑0.3份、rm-8w增稠劑0.2份、amp-95多功能助劑0.2份和af203防腐劑0.3份。
[0087]
其中:改性黃土粉及水性防水涂料的制備方法同實施例1。
[0088]
制備得到的防水涂料可在常溫0.6mpa條件下保持128min不透水,加熱處理后,拉伸強度保持率和斷裂延伸率分別為488%和850%,加熱伸長率和縮短率分別為0.47%和0.43%。
[0089]
實施例4
[0090]
一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料,由以下重量份的原料組成:水3.5份、改性黃土粉40份、丁苯乳液55份、byk-23160分散劑0.3份、cf439水性消泡劑0.5份、rm-8w增稠劑0.4份、amp-95多功能助劑0.1份和af203防腐劑0.2份。
[0091]
其中:改性黃土粉及水性防水涂料的制備方法同實施例1。
[0092]
制備得到的防水涂料可在常溫0.6mpa條件下保持132min不透水,加熱處理后,拉伸強度保持率和斷裂延伸率分別為496%和852%,加熱伸長率和縮短率分別為0.46%和
0.43%。
[0093]
實施例5
[0094]
一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料,由以下重量份的原料組成:水3.6份、改性黃土粉50份、丁苯乳液45份、byk-23160分散劑0.5份、cf439水性消泡劑0.3份、rm-8w增稠劑0.2份、amp-95多功能助劑0.2份和af203防腐劑0.2份。
[0095]
其中:改性黃土粉及水性防水涂料的制備方法同實施例1。
[0096]
制備得到的防水涂料可在常溫0.6mpa條件下保持130min不透水,加熱處理后,拉伸強度保持率和斷裂延伸率分別為498%和846%,加熱伸長率和縮短率分別為0.48%和0.42%。
[0097]
實施例6
[0098]
一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料,由以下重量份的原料組成:水5.0份、改性黃土粉48份、丁苯乳液45份、byk-23160分散劑0.5份、cf439水性消泡劑0.5份、rm-8w增稠劑0.4份、amp-95多功能助劑0.3份和af203防腐劑0.3份。
[0099]
其中:改性黃土粉及水性防水涂料的制備方法同實施例1。
[0100]
制備得到的防水涂料可在常溫0.6mpa條件下保持135min不透水,加熱處理后,拉伸強度保持率和斷裂延伸率分別為487%和865%,加熱伸長率和縮短率分別為0.50%和0.42%。
[0101]
實施例7
[0102]
一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料,由以下重量份的原料組成:水4.0份、改性黃土粉42份、丁苯乳液53份、byk-23160分散劑0.3份、cf439水性消泡劑0.3份、rm-8w增稠劑0.3份、amp-95多功能助劑0.2份和af203防腐劑0.2份。
[0103]
其中:改性黃土粉及水性防水涂料的制備方法同實施例1。
[0104]
制備得到的防水涂料可在常溫0.6mpa條件下保持142min不透水,加熱處理后,拉伸強度保持率和斷裂延伸率分別為495%和878%,加熱伸長率和縮短率分別為0.46%和0.44%。
[0105]
實施例8
[0106]
一種防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料,由以下重量份的原料組成:水4.7份、改性黃土粉47份、丁苯乳液47份、byk-23160分散劑0.4份、cf439水性消泡劑0.3份、rm-8w增稠劑0.2份、amp-95多功能助劑0.1份和af203防腐劑0.3份。
[0107]
其中:改性黃土粉及水性防水涂料的制備方法同實施例1。
[0108]
制備得到的防水涂料可在常溫0.6mpa條件下保持132min不透水,加熱處理后,拉伸強度保持率和斷裂延伸率分別為490%和862%,加熱伸長率和縮短率分別為0.45%和0.42%。
[0109]
上述實施例1~8所得的防水性和耐熱性能優良的水性防水涂料的使用方法,仍沿用常規防水涂料的使用方法。
[0110]
前述對本發明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發明限定為所公開的精確形式,并且很顯然,根據上述教導,可以進行很多改變和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在于解釋本發明的特定原理及其實際應用,從而使得本領域的技術人員能夠實現并利用本發明的各種不同的示例性實施方案以及
各種不同的選擇和改變。本發明的范圍意在由權利要求書及其等同形式所限定。
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