一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料及其制备方法 (Aramid fiber modified polymer cement waterproof coating and preparation method thereof ) 是由 马瑞杰 毕伟涛 杨欣 白嘉龙 山颖获 于 2021-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料及其制备方法,所述聚合物水泥防水涂料由粉料和液料组成,所述粉料,按照重量比100%计,由以下原料组成：水泥30～48wt%,重质碳酸钙20～35wt%,硅微粉15～40wt%,改性芳纶纤维2～10wt%,减水剂0.1～1wt%；所述液料,由纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液与添加剂、水组成,添加剂、水占所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量百分比如下：渗透剂2～5wt%,消泡剂0.1～0.5wt%,成膜助剂1～5wt%,分散剂0.5～1.5wt%,水1～5wt%。所述聚合物水泥防水涂料具有优异的耐久性,抗压强度、延伸率和低温韧性。(The invention discloses an aramid fiber modified polymer cement waterproof coating and a preparation method thereof, wherein the polymer cement waterproof coating consists of powder and liquid, and the powder consists of the following raw materials in percentage by weight of 100 percent: 30-48 wt% of cement, 20-35 wt% of heavy calcium carbonate, 15-40 wt% of silica micropowder, 2-10 wt% of modified aramid fiber and 0.1-1 wt% of water reducing agent; the liquid material consists of a nano material modified ethylene-polyvinyl acetate copolymer emulsion, an additive and water, wherein the additive and the water account for the weight percentage of the nano material modified ethylene-polyvinyl acetate copolymer emulsion as follows: 2-5 wt% of penetrating agent, 0.1-0.5 wt% of defoaming agent, 1-5 wt% of film-forming assistant, 0.5-1.5 wt% of dispersing agent and 1-5 wt% of water. The polymer cement waterproof coating has excellent durability, compressive strength, elongation and low-temperature toughness.)
技术领域
本发明属于聚合物水泥防水涂料技术领域，具体涉及一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料及其制备方法。
背景技术
聚合物水泥防水涂料是集聚合物与水泥为一体的双组份防水涂料。该涂料成膜后以聚合物网络结构为主，未水化的水泥颗粒、水泥水化产物和填料被聚合物膜包裹在其中，既克服了水泥基材料柔性不足的缺陷，又改善了聚合物乳液涂膜防水性差的问题，且高韧高弹，同时还具有与基层的粘结性好、无毒、无味、绿色环保等优点，在建筑工程领域得到了广泛的应用。但是，该类涂料用于常遭受风吹日晒的建筑物表面时，易出现耐水性变差，即长期浸水后材料明显软化、强度下降，以及材料发硬、延伸率下降及开裂等问题，从而使得防水涂料失去防水的作用。特别是在严寒的冬季等极端低温环境中，防水涂料开裂现象更为明显，严重限制其实际应用。因此，研究开发性能更优的、柔性（尤其是低温柔性）更高的防水涂料具有重要的现实意义。
目前，提高防水涂料的作用基体拉伸强度、断裂伸长率的有效手段一般是纤维增韧。玻璃纤维因其低廉的成本成为最广泛的增强纤维，碳纤维具有更高的强度和模量以及较低的伸长率，但是制备成本较高。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料及其制备方法，所述涂料具有较好的低温柔性和耐久性。
一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料，由粉料和液料组成，
所述粉料，按照重量比100%计，由以下原料组成：水泥30~48 wt%，重质碳酸钙20~35 wt%，硅微粉15~40 wt%，改性芳纶纤维2~10 wt%，减水剂0.1~1 wt%；
所述液料，由纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液与添加剂、水组成，添加剂、水占所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量百分比如下：渗透剂2~5 wt%，消泡剂0.1~0.5 wt%，成膜助剂1~5 wt%，分散剂0.5~1.5 wt%，水1~5 wt%；
所述改性芳纶纤维是通过以下方法制备得到的：将芳纶纤维浸渍在丙酮中，超声清洗4h，用去离子水洗涤后干燥；加入浓硫酸中，芳纶纤维与浓硫酸的质量比为1:10，在40~80℃下改性2h，过滤，将得到的芳纶纤维置于无水乙醇中超声分散30min，向其中加入盐酸溶液调节体系的pH至3~4，得到纤维悬浊液，再向其中加入占纤维悬浊液1/2体积的硅烷偶联剂的无水乙醇溶液，在60℃下反应12h，冷却至室温后，再经无水乙醇和去离子水反复洗涤至中性，置于冷冻干燥机中干燥，得到改性芳纶纤维。
优选地，所述粉料和液料的重量比为1：（0.8~1.8）。
优选地，所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液由纳米二氧化钛与乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液通过物理共混制备而成，所述纳米二氧化钛占乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量比为1~5%。
优选地，所述硅烷偶联剂的无水乙醇溶液浓度为5~15wt%。
优选地，所芳纶纤维为芳纶纤维1414，所述浓硫酸为≥80wt%的硫酸溶液，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述分散剂为分散剂5010。
优选地，所述渗透剂为20~50wt%的硅酸锂溶液。
优选地，所述消泡剂为植物油类消泡剂、聚乙二醇类消泡剂或者有机硅类消泡剂中的至少一种。
优选地，所述成膜助剂为十二醇酯、己二醇丁醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯EEP中的至少一种。
所述芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉料混合：取水泥、重质碳酸钙、硅微粉、改性芳纶纤维、减水剂，搅拌混合，搅拌速度为100~200 r/min，搅拌时间为5~15 min，得到粉料；
（2）液料混合：取纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液、渗透剂、消泡剂、成膜助剂、分散剂、水，搅拌混合，温度为50~70℃，搅拌速度为100~200 r/min，搅拌时间为15~30min，得到液料；
（3）取所述液料与粉料混合搅拌，搅拌时间为5~15 min，即可。
本发明的优点：
（1）本发明所述的聚合物水泥防水涂料，具有优异的耐久性、抗压强度、延伸率和低温韧性，明显改善低温环境下防水涂料耐水性变差以及材料发硬、延伸率下降及开裂等问题；
（2）本发明中，添加改性芳纶纤维，不仅能增强涂料的抗压强度和延伸率，还能增强其低温柔性和粘结强度；
（3）本发明中，通过二氧化钛对乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液进行改性，基于二氧化钛良好的分散性，优异的抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化进行能，对乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液改性后，可以提高该聚合物乳液的抗紫外老化、耐酸碱性等，最终使涂料具有优异的耐久性。
具体实施方式
实施例1
一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料，由粉料和液料组成，所述粉料和液料的重量比为1：0.8，
所述粉料，按照重量比100%计，由以下原料组成：水泥30wt%，重质碳酸钙20 wt%，硅微粉40 wt%，改性芳纶纤维9.9wt%，减水剂0.1 wt%；
所述液料，由纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液与添加剂、水组成，添加剂、水占所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量百分比如下：渗透剂2wt%，消泡剂0.1wt%，成膜助剂1 wt%，分散剂0.5 wt%，水1wt%；
其中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述分散剂为分散剂5010；所述渗透剂为50wt%的硅酸锂溶液；所述消泡剂为植物油类消泡剂；所述成膜助剂为十二醇酯；
所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液由纳米二氧化钛与乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液通过物理共混制备而成，所述纳米二氧化钛占乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量比为5%；
所述改性芳纶纤维是通过以下方法制备得到的：将芳纶纤维1414浸渍在丙酮中，超声清洗4h，用去离子水洗涤后干燥；加入浓硫酸中，其中，芳纶纤维与浓硫酸的质量比为1:10，所述浓硫酸为≥80wt%的硫酸溶液，在40℃下改性2h，过滤，将得到的芳纶纤维置于无水乙醇中超声分散30min，向其中加入盐酸溶液调节体系的pH至3，得到纤维悬浊液，再向其中加入占纤维悬浊液1/2体积的15wt%的硅烷偶联剂KH550的无水乙醇溶液，在60℃下反应12h，冷却至室温后，再经无水乙醇和去离子水反复洗涤至中性，置于冷冻干燥机中干燥，得到改性芳纶纤维。
2. 所述芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉料混合：取水泥、重质碳酸钙、硅微粉、改性芳纶纤维、减水剂，搅拌混合，搅拌速度为100 r/min，搅拌时间为15 min，得到粉料；
（2）液料混合：取纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液、渗透剂、消泡剂、成膜助剂、分散剂、水，搅拌混合，温度为50℃，搅拌速度为100r/min，搅拌时间为30 min，得到液料；
（3）取所述液料与粉料混合搅拌，搅拌时间为5 min，即可。
实施例2
一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料，由粉料和液料组成，所述粉料和液料的重量比为1：1，
所述粉料，按照重量比100%计，由以下原料组成：水泥35wt%，重质碳酸钙25 wt%，硅微粉36wt%，改性芳纶纤维3.8wt%，减水剂0.2 wt%；
所述液料，由纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液与添加剂、水组成，添加剂、水占所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量百分比如下：渗透剂3wt%，消泡剂0.2wt%，成膜助剂2 wt%，分散剂0.8 wt%，水2wt%；
其中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述分散剂为分散剂5010；所述渗透剂为40wt%的硅酸锂溶液；所述消泡剂为聚乙二醇类消泡剂；所述成膜助剂为己二醇丁醚醋酸酯；
所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液同实施例1，其中，纳米二氧化钛占乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量比为4%；
所述改性芳纶纤维是通过以下方法制备得到的：将芳纶纤维1414浸渍在丙酮中，超声清洗4h，用去离子水洗涤后干燥；加入浓硫酸中，其中，芳纶纤维与浓硫酸的质量比为1:10，所述浓硫酸为≥80wt%的硫酸溶液，在80℃下改性2h，过滤，将得到的芳纶纤维置于无水乙醇中超声分散30min，向其中加入盐酸溶液调节体系的pH至4，得到纤维悬浊液，再向其中加入占纤维悬浊液1/2体积的10wt%的硅烷偶联剂KH550的无水乙醇溶液，在60℃下反应12h，冷却至室温后，再经无水乙醇和去离子水反复洗涤至中性，置于冷冻干燥机中干燥，得到改性芳纶纤维。
2. 所述芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉料混合：取水泥、重质碳酸钙、硅微粉、改性芳纶纤维、减水剂，搅拌混合，搅拌速度为120 r/min，搅拌时间为12 min，得到粉料；
（2）液料混合：取纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液、渗透剂、消泡剂、成膜助剂、分散剂、水，搅拌混合，温度为55℃，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为25 min，得到液料；
（3）取所述液料与粉料混合搅拌，搅拌时间为8 min，即可。
实施例3
一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料，由粉料和液料组成，所述粉料和液料的重量比为1：1.2，
所述粉料，按照重量比100%计，由以下原料组成：水泥40wt%，重质碳酸钙30 wt%，硅微粉23.6wt%，改性芳纶纤维6wt%，减水剂0.4 wt%；
所述液料，由纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液与添加剂、水组成，添加剂、水占所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量百分比如下：渗透剂4wt%，消泡剂0.3wt%，成膜助剂3 wt%，分散剂1 wt%，水3wt%；
其中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述分散剂为分散剂5010；所述渗透剂为20wt%的硅酸锂溶液；所述消泡剂为有机硅类消泡剂；所述成膜助剂为3-乙氧基丙酸乙酯EEP；
所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液同实施例1，其中，纳米二氧化钛占乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量比为1%；
所述改性芳纶纤维是通过以下方法制备得到的：将芳纶纤维1414浸渍在丙酮中，超声清洗4h，用去离子水洗涤后干燥；加入浓硫酸中，其中，芳纶纤维与浓硫酸的质量比为1:10，所述浓硫酸为≥80wt%的硫酸溶液，在60℃下改性2h，过滤，将得到的芳纶纤维置于无水乙醇中超声分散30min，向其中加入盐酸溶液调节体系的pH至4，得到纤维悬浊液，再向其中加入占纤维悬浊液1/2体积的5wt%的硅烷偶联剂KH550的无水乙醇溶液，在60℃下反应12h，冷却至室温后，再经无水乙醇和去离子水反复洗涤至中性，置于冷冻干燥机中干燥，得到改性芳纶纤维。
2. 所述芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉料混合：取水泥、重质碳酸钙、硅微粉、改性芳纶纤维、减水剂，搅拌混合，搅拌速度为150 r/min，搅拌时间为10 min，得到粉料；
（2）液料混合：取纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液、渗透剂、消泡剂、成膜助剂、分散剂、水，搅拌混合，温度为60℃，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为20 min，得到液料；
（3）取所述液料与粉料混合搅拌，搅拌时间为10 min，即可。
实施例4
一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料，由粉料和液料组成，所述粉料和液料的重量比为1：1.5，
所述粉料，按照重量比100%计，由以下原料组成：水泥42wt%，重质碳酸钙35 wt%，硅微粉18wt%，改性芳纶纤维4.4wt%，减水剂0.6 wt%；
所述液料，由纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液与添加剂、水组成，添加剂、水占所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量百分比如下：渗透剂4.5wt%，消泡剂0.4wt%，成膜助剂4 wt%，分散剂1.2 wt%，水4wt%；
其中，所述减水剂、分散剂、渗透剂、消泡剂、成膜助剂、纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液、改性芳纶纤维同实施例1。
2. 所述芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉料混合：取水泥、重质碳酸钙、硅微粉、改性芳纶纤维、减水剂，搅拌混合，搅拌速度为180 r/min，搅拌时间为8 min，得到粉料；
（2）液料混合：取纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液、渗透剂、消泡剂、成膜助剂、分散剂、水，搅拌混合，温度为65℃，搅拌速度为180r/min，搅拌时间为18min，得到液料；
（3）取所述液料与粉料混合搅拌，搅拌时间为12 min，即可。
实施例5
一种芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料，由粉料和液料组成，所述粉料和液料的重量比为1：1.8，
所述粉料，按照重量比100%计，由以下原料组成：水泥48wt%，重质碳酸钙34 wt%，硅微粉15wt%，改性芳纶纤维2wt%，减水剂1wt%；
所述液料，由纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液与添加剂、水组成，添加剂、水占所述纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液的重量百分比如下：渗透剂5wt%，消泡剂0.5wt%，成膜助剂5 wt%，分散剂1.5 wt%，水5wt%；
其中，所述减水剂、分散剂、渗透剂、消泡剂、成膜助剂、纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液、改性芳纶纤维同实施例1。
2. 所述芳纶纤维改性的聚合物水泥防水涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）粉料混合：取水泥、重质碳酸钙、硅微粉、改性芳纶纤维、减水剂，搅拌混合，搅拌速度为200 r/min，搅拌时间为5 min，得到粉料；
（2）液料混合：取纳米材料改性乙烯-聚醋酸乙烯共聚乳液、渗透剂、消泡剂、成膜助剂、分散剂、水，搅拌混合，温度为70℃，搅拌速度为200r/min，搅拌时间为15 min，得到液料；
（3）取所述液料与粉料混合搅拌，搅拌时间为15 min，即可。
对比例
不添加改性芳纶纤维，其他同实施例5。
性能检测
将实施例1-5，以及对比例提供的水泥防水涂料进行性能检测，检测其拉伸强度、断裂伸长率、低温柔性、粘结强度、不透水性等均按照GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》进行，同时，以市售JS防水涂料为对比，检测结果见表1。
表1 性能检测结果
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