一种高耐水聚合物水泥防水涂料及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种高耐水聚合物水泥防水涂料及其制备工艺 (High-water-resistance polymer cement waterproof coating and preparation process thereof ) 是由 张冬冬 刘新永 常志 李超 王威 鞠立波 刘兴邦 桑喆 于 2021-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高耐水聚合物水泥防水涂料,其特征在于：所述的涂料包括液料和粉料；所述液料包括纳米二氧化硅溶液、钛酸酯偶联剂、丁苯乳液、分散剂、消泡剂以及防腐剂。所述粉料,以质量份计,包括以下组分：水泥35～70份、沸石粉10～20份、填料10～55份、减水剂0.1～0.5份。本发明制备的聚合物水泥防水涂料涂膜的吸水率低、耐水性能高、与后续施工材料粘接性能优异,且不会释放VOC；可很好的适用于长期浸水的环境,如地下建筑、消防水池、游泳池等工程的防水保护。(The invention provides a high-water-resistance polymer cement waterproof coating which is characterized in that: the coating comprises a liquid material and a powder material; the liquid material comprises a nano silicon dioxide solution, a titanate coupling agent, a butylbenzene emulsion, a dispersing agent, a defoaming agent and a preservative. The powder comprises the following components in parts by mass: 35-70 parts of cement, 10-20 parts of zeolite powder, 10-55 parts of filler and 0.1-0.5 part of water reducing agent. The polymer cement waterproof coating film prepared by the invention has low water absorption, high water resistance, excellent adhesion performance with subsequent construction materials and no VOC release; the waterproof paint can be well suitable for the long-term water immersion environment, such as waterproof protection of projects of underground buildings, fire-fighting water pools, swimming pools and the like.)
技术领域
本发明提供一种高耐水聚合物水泥防水涂料及其制备工艺，是一种建筑防水涂料及其制备工艺，属于防水涂料领域。
背景技术
聚合物水泥防水涂料（JS防水涂料）是以聚丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液等聚合物乳液与各种添加剂组成的有机液料，和水泥、石英砂、轻重质碳酸钙等无机填料及各种添加剂所组成的无机粉料通过合理配比、复合制成的一种双组份、水性建筑防水涂料。
JS防水涂料的优点很多，如水性无污染、与潮湿基层粘结性好、刚柔并济、性价比高等等。这一系列优点，使得它成为了一种比较受欢迎的防水涂料，广泛应用于厨房、卫生间、阳台、楼地面、外墙等工业及民用工程的防水、防潮；特别适合曲线、异型结构等复杂部位的防水。
目前，市面上在售的聚合物水泥防水涂料大多只满足GB/T 23445—2009标准要求，但传统聚合物水泥防水涂料由于其耐水性有限的问题，并不能应用于长期浸水的防水工程。聚丙烯酸酯乳液和乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液制得的聚合物水泥防水涂料在长期浸水后，特别是在碱性的建筑环境下，会不同程度的吸水溶胀和水解，会不同程度的吸水，导致其涂膜抗渗性能、拉伸性能以及耐酸碱性能都有不同程度的衰减，使防水系统失效，给建筑物带来极为严重的损害。
传统聚合物水泥防水涂料是以聚合物网络结构为主体，水泥、其它无机填料和水化产物镶嵌其中的连续结构网络，同时由于聚合物和水泥之间存在化学键合，实现界面结合。传统聚合物水泥防水涂料的涂膜不耐水的原因除了聚合物本身的水解问题，还有粉体吸水的问题和聚合物与粉体界面结合不够紧密的问题。常规聚合物水泥防水涂料成膜后，水泥水化并不完全，因此粉体颗粒与聚合物结构的界面结合十分有限，界面容易遭受到水的入侵，使涂膜耐水性能变差。传统聚合物水泥防水涂料在涂膜浸水后会出现不同程度的水解现象，导致涂膜膨胀，吸水率很高，拉伸强度、断裂伸长率、粘接强度、抗渗性等物理性能损失严重；另一方面，丙烯酸乳液在与水泥混合后的碱性条件下会缓慢水解，释放VOC，VOC是可挥发性有机物，对环境及人体造成一定的损害。
同时，传统耐水涂料为了增强耐水效果，往往添加较多的疏水剂、憎水剂等，这在一定程度上牺牲了涂膜与后续施工材料的部分粘接性能。
经过检索，发现现有技术的聚合物防水涂料无法解决上述技术问题。其中，CN200910027627.5纳米材料改性Ⅰ型聚合物水泥防水涂料及其制备方法，由液料组分和粉料组分组成，以重量计，所述液料组分包括：乙烯-醋酸乙烯乳液50~70%；丙烯酸酯乳液20~40%增塑剂5~7%；分散剂0.1~0.3%；有机硅消泡剂0.1~0.4%；防腐剂0.1~0.3%；预分散的纳米二氧化硅溶液，其有效成分含量为0.15~0.45%；预分散的纳米氧化铝溶液，其有效成分含量为0.02~0.06%；余量为水；所述液料组分和粉料组分按重量比计的混合比例为10∶7~10。CN201510821972.1一种聚合物水泥复合防水涂料及制备方法，改性粉体是由以下质量百分比的组分制成：纳米碳化硅5％、高岭土粉5％、纳米碳化硼5％、粉煤灰5％、微米氧化铝0.02％、石墨烯0.01％、变性淀粉0.2％、碳酸钾 0.3％、稀土转光剂0.05％、余量为纳米二氧化硅；乳液是由以下质量百分比的组分制成：纯丙乳液60％、消泡剂0.5％、聚醚多元醇4％、聚氨酯增稠剂6％、防腐剂0.2％、羟乙基纤维素1％、十二烷基磺酸钠0.8％、丙苯乳液3％、分散剂0.4％、余量为去离子水。
上述两个发明技术方案虽然一定程度上改善了耐候性和耐水性。但均未解决用于长期浸水的环境，涂膜与后续施工材料的粘接性能问题，防水涂料涂膜后的膨胀吸水问题，以及释放VOC的问题。
综上所述，现有技术的聚合物水泥防水涂料涂膜与后续施工材料的后续粘接性能差，用于长期浸水的环境，吸水率较高，影响工程使用寿命；释放VOC，不利于环境和人体健康。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种高耐水聚合物水泥防水涂料及其制备工艺，要达到以下发明目的：制备的聚合物水泥防水涂料涂膜的吸水率低、耐水性能高、与后续施工材料粘接性能优异，且不会释放VOC；可很好的适用于长期浸水的环境，如地下建筑、消防水池、游泳池等工程的防水保护。
为达到上述发明目的，采用以下技术方案：
本发明提供一种高耐水聚合物水泥防水涂料及其制备工艺，所述的涂料包括液料和粉料；所述液料包括纳米二氧化硅溶液、钛酸酯偶联剂、丁苯乳液、分散剂、消泡剂以及防腐剂。
所述纳米二氧化硅溶液，以重量份计，包括以下原料组分：浓氨水 8-10份、正硅酸乙酯4-5份、纯水24-26份、无水乙醇59-63份。
所述液料，以质量份计，组分配比为：纳米二氧化硅溶液5~15份、钛酸酯偶联剂0.05~0.15份、丁苯乳液85~95份、分散剂0.1~0.3份、消泡剂0.3~0.6份以及防腐剂0.05~0.1份。
所述粉料，以质量份计，包括以下组分：水泥35~70份、沸石粉10~20份、填料10~55份、减水剂0.1~0.5份。
一种高耐水聚合物水泥防水涂料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1、制备纳米二氧化硅溶液：
所述纳米二氧化硅溶液，以重量份计，包括以下原料组分：浓氨水8-10份、正硅酸乙酯4-5份、纯水24-26份、无水乙醇59-63份。
作为优选的，所述纳米二氧化硅溶液，以重量份计，包括以下原料组分：浓氨水9份、正硅酸乙酯4.5份、纯水25份、无水乙醇61.5份。
其制备工艺如下：
（1）配制溶液a：分别称取正硅酸乙酯和部分无水乙醇于容器中，混合均匀，配制成质量分数为10%的正硅酸乙酯的乙醇溶液；
（2）配制溶液b: 分别称取浓氨水、纯水和剩余的无水乙醇于容器中，开启搅拌，此时搅拌速度是900rpm-1100rpm；
（3）将溶液a快速加入到溶液b中，5min后，将搅拌速度降低到400rpm-600rpm，保持转速反应1h，得到溶液c；
（4）将得到的上述溶液c在300rpm-400rpm的转速蒸馏，蒸馏后得到溶液d，即纳米二氧化硅溶液。蒸馏后得到的溶液d质量是溶液c质量的10%。溶液d中，纳米二氧化硅的质量百分含量为12%。
步骤2.制备液料：
本发明一种高耐水聚合物水泥防水涂料的液料，以质量份计，包括以下组分：
采用以下制备工艺：将步骤1制备的纳米二氧化硅溶液在700-900rpm速率下搅拌，用2-3分钟时间匀速加入钛酸酯偶联剂，搅拌8-12min后，降低转速至550-650rpm，依次加入丁苯乳液、消泡剂、防腐剂，搅拌至混合均匀。
步骤3.制备粉料：
本发明一种高耐水聚合物水泥防水涂料的粉料，以质量份计，包括以下组分：
制备工艺：将上述各种粉体原材料混合均匀即可。
所述液料和粉料在使用时按照1：（1~2）质量比进行配制。
本发明所述的浓氨水的浓度为25%；
所述正硅酸乙酯的纯度大于96%；
所述无水乙醇的纯度为99.5%；
所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基型、单烷氧基焦磷酸酯型、整合型和配位体型钛酸酯偶联剂中的一种或多种的组合。
所述丁苯乳液：玻璃化转变温度在-20℃~-5℃，由丁二烯与苯乙烯乳液共聚制得。
所述分散剂指的是聚丙烯酸盐、聚羧酸盐、萘磺酸盐缩聚物、聚异丁烯顺二丁烯酸盐中的一种或多种的组合。
所述消泡剂为矿物油类、有机硅类、聚醚类中的一种或几种的组合。
所述防腐剂为异噻唑啉酮类、苯并咪唑类、取代芳烃类、有机溴类、有机胺类、哌三嗪类中的一种或多种的组合。
所述水泥为硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝水泥中的一种或多种。
所述沸石粉：目数为400~800目。
所述填料为石英粉、碳酸钙、磷酸钙、云母粉、硫酸钡、高岭土、石英砂、河沙中的一种或多种的组合。
所述减水剂优选为萘系减水剂、聚羧酸减水剂或三聚氰胺减水剂。
本发明采用特制的纳米二氧化硅溶液，与其他特定组分、特定工艺相配合，制备一种高耐水聚合物水泥防水涂料，达到以下有益效果：
（1）本发明聚合物水泥防水涂料具备优异的耐水性。采用丁苯乳液作为聚合物支撑，与其他组分相互配合，制备的涂料从本身结构上具有不易水解的属性。提高了涂膜的耐水性、物理性能的保持率，且不会释放VOC。本发明的液料，通过特定的组分配合，使纳米二氧化硅与聚合物提前结合，在涂料成膜失水过程产生微小空隙，纳米二氧化硅进入空隙，聚合物的大分子链也可部分进入，填补空隙的同时，加强了无机质与有机质之间的结合，大大提高了涂膜的耐水性能。粉料通过特定组分的相互配合，在成膜过程中，与水泥的水化产物氢氧化钙作用，生成胶凝物质，凝胶物质与聚合物之间产生化学键，界面结合得以强化；使水泥完全水化，水泥与聚合物结合效果好。同时，沸石粉的多孔结构，使其具有较强的携载能力，提高了与周边物料的结合。
（2）本发明在不添加疏水剂、憎水剂的条件下制备聚合物水泥防水涂料，不仅耐水性能好，耐水而不疏水。常规耐水涂料一般通过添加疏水剂、憎水剂等达到防水的目的，这在一定程度上牺牲了涂膜与后续施工产品的部分粘接性能。而本发明不仅未添加疏水、憎水成分，且做到高耐水的性能，后续粘接强度也很高。耐水而不疏水，成为本领域的先进技术。
（3）本发明聚合物水泥防水涂料的涂膜与基层粘接强度高，涂膜与潮湿基层的粘接强度达1.25-1.42 MPa；经碱处理后，涂膜与基层的粘接强度仍可达到1.24-1.3 MPa；经浸水处理后，涂膜与基层的粘接强度仍可达到1.25-1.4 MPa。
（4）本发明聚合物水泥防水涂料的涂膜的不透水性达到0.6 MPa，5h不透水。涂膜抗渗性（砂浆背水面）达到0.8MPa；涂膜浸水168h后吸水率仅3.5-3.7%（质量百分数）。涂膜浸水168h后直接测试其机械强度，120mm×25mm尺寸的试件长度变化为0，拉伸强度保持率为92%以上，断裂伸长率保持率为108%以上，粘接强度保持率为95%以上，潮湿基层粘接强度保持率为94%以上。
（5）聚合物水泥防水砂浆在本发明防水涂料的涂膜表面的粘接强度达1.2-1.3MPa。
综上，本发明达到了低吸水率、高耐水性、耐水不疏水，且不会释放VOC的显著效果。
具体实施方式
实施例1 一种高耐水聚合物水泥防水涂料及其制备工艺
所述制备工艺包括以下步骤：
步骤1、制备纳米二氧化硅溶液：
其制备配方如下：
其制备工艺如下：
（1）配制溶液a：分别称取4.5份的正硅酸乙酯和40.5份的无水乙醇于容器中，混合均匀，配制成质量分数为10%的正硅酸乙酯的乙醇溶液；
（2）配制溶液b: 分别称取9份浓氨水、25份纯水和21份的无水乙醇于容器中，开启搅拌，此时搅拌速度是900rpm；
（3）将溶液a快速加入到溶液b中，5min后，将搅拌速度降低到400rpm，保持转速反应1h，得到溶液c；
（4）将得到的上述溶液c在300rpm的转速蒸馏，蒸馏后得到溶液d，即纳米二氧化硅溶液。蒸馏后得到的溶液d质量是溶液c质量的10%。溶液d中，纳米二氧化硅的质量百分含量为12%。
步骤2.制备液料：
一种高耐水聚合物水泥防水涂料的液料，以质量份计，包括以下组分：
所述丁苯乳液：玻璃化转变温度在-20℃；
所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂。
采用以下制备工艺：将步骤1制备的纳米二氧化硅溶液在800rpm速率下搅拌，用2分钟时间匀速加入钛酸酯偶联剂，搅拌10min后，降低转速至600rpm，依次加入丁苯乳液、聚丙烯酸钠盐、有机硅消泡剂、异噻唑啉酮类防腐剂，搅拌至混合均匀。
步骤3.制备粉料：
一种高耐水聚合物水泥防水涂料的粉料，以质量份计，包括以下组分：
制备工艺：将上述各种粉体原材料混合均匀即可。
所述液料和粉料在使用时按照1：1.4质量比进行配制。
实施例2 一种高耐水聚合物水泥防水涂料及其制备工艺
所述制备工艺包括以下步骤：
步骤1、制备纳米二氧化硅溶液：
采用实施例1制备纳米二氧化硅溶液的方法制备。
步骤2、制备液料：
所述丁苯乳液：玻璃化转变温度在-15℃；
所述钛酸酯偶联剂为配位体型钛酸酯偶联剂。
所述防腐剂为苯并咪唑类防腐剂。
采用以下制备工艺：将步骤1制备的纳米二氧化硅溶液在900rpm速率下搅拌，用3分钟时间匀速加入钛酸酯偶联剂，搅拌8min后，降低转速至650rpm，依次加入丁苯乳液、聚丙烯酸钠盐分散剂、有机硅消泡剂、防腐剂，搅拌至混合均匀。
步骤3.制备粉料：
本发明一种高耐水聚合物水泥防水涂料的粉料，以质量份计，包括以下组分：
制备工艺：将上述各种粉体原材料混合均匀即可。
所述液料和粉料在使用时按照1：1.4质量比进行配制。
实施例3一种高耐水聚合物水泥防水涂料及其制备工艺
所述制备工艺包括以下步骤：
步骤1、制备纳米二氧化硅溶液：
采用实施例1制备纳米二氧化硅溶液的方法制备。
步骤2、制备液料：
所述丁苯乳液：玻璃化转变温度在-5℃；
所述钛酸酯偶联剂为配位体型钛酸酯偶联剂。
所述防腐剂为哌三嗪类防腐剂。
采用以下制备工艺：将步骤1制备的纳米二氧化硅溶液在700rpm速率下搅拌，用2分钟时间匀速加入钛酸酯偶联剂，搅拌8min后，降低转速至550rpm，依次加入丁苯乳液、聚丙烯酸钠盐分散剂、有机硅消泡剂、防腐剂，搅拌至混合均匀。
步骤3.制备粉料：
一种高耐水聚合物水泥防水涂料的粉料，以质量份计，包括以下组分：
制备工艺：将上述各种粉体原材料混合均匀即可。
所述液料和粉料在使用时按照1：1.4质量比进行配制。
实施例1-3中，所述的浓氨水的浓度为25%；所述正硅酸乙酯的纯度大于96%；所述无水乙醇的纯度为99.5%；所述丁苯乳液：玻璃化转变温度在-15℃；
对比例1聚合物水泥防水涂料
与实施例1相比，本对比例用苯丙乳液代替丁苯乳液、用600目重钙代替600目沸石粉、不使用二氧化硅溶液和钛酸酯偶联剂，制备方法与实施例1相同；本对比例液料和粉料的组分如下：
对比例2聚合物水泥防水涂料
与实施例1相比，本对比例添加了疏水剂，用苯丙乳液代替丁苯乳液、用600目重钙代替600目沸石粉、不使用二氧化硅溶液和钛酸酯偶联剂，制备方法与实施例1相同；
本对比例液料和粉料的组分如下：
将以上实施例1-3、对比例1-2制备的聚合物水泥防水涂料，按照液料：粉料=1:1.4的质量比进行涂膜，根据行业相关标准进行性能检测，检测结果见下表：
上表中，1~6项技术指标按照GB/T 23445-2009（II）标准进行性能检测，7~13项技术指标为耐水性能检测，第14项技术指标为聚合物水泥防水涂料涂膜表面与后续聚合物水泥防水砂浆粘接性能的检测。
由上表可以看出，本发明高耐水聚合物水泥防水涂料性能在高于GB/T 23445-2009（II）标准的同时，还可以在浸水后在拉伸、粘接、防水性方面减少性能损失，保持较高的水平。与对比例1比较可见，本发明的产品浸水7天后的吸水率低于4%、拉伸性能保持率在90%以上、不透水性能没有衰减、不会吸水膨胀，可见其防水性能的优异性；对比例2由于疏水剂的存在导致对后续砂浆粘接性能明显减弱，与对比例2比较可见，本发明的产品在耐水的同时还能保持后续粘接性能，实现了耐水不疏水的效果。
由上表可以看出，本发明聚合物水泥防水涂料的涂膜与基层粘接强度高，涂膜与潮湿基层的粘接强度达1.25-1.42 MPa；经碱处理后，涂膜与基层的粘接强度仍可达到1.24-1.3 MPa；经浸水处理后，涂膜与基层的粘接强度仍可达到1.25-1.4 MPa。本发明聚合物水泥防水涂料的涂膜的不透水性达到0.6 MPa，5h不透水。涂膜抗渗性（砂浆背水面）达到0.8MPa；涂膜浸水168h后吸水率仅3.5-3.7%（质量百分数）。涂膜浸水168h后直接测试其机械强度，120mm×25mm尺寸的试件长度变化为0，拉伸强度保持率为92%以上，断裂伸长率保持率为108%以上，粘接强度保持率为95%以上，潮湿基层粘接强度保持率为94%以上。聚合物水泥防水砂浆在本发明防水涂料的涂膜表面的粘接强度达1.2-1.3MPa。
本发明防水涂料与水泥混合后在使用过程中不会释放VOC。传统防水涂料采用的是苯丙乳液，与水泥混合后在使用过程中易释放VOC；危害环境与人体健康。
除特殊说明的外，本发明所述的比例均为质量比，所述的百分数均为质量百分数。
综上，本发明有效解决了普通聚合物水泥防水涂料耐水性较差无法应用于长期浸水的环境的问题。显然的是，在本发明的构思下，可以变化的具体实施方法还有很多，在此，应该声明，在本发明的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。