一种可用于制备聚合物水泥基防水涂料的硅-丙乳液制备方法
阅读说明：本技术 一种可用于制备聚合物水泥基防水涂料的硅-丙乳液制备方法 (Preparation method of silicon-acrylic emulsion for preparing polymer cement-based waterproof coating ) 是由 李晴龙 耿进玉 李�东 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可用于制备聚合物水泥基防水涂料的硅-丙乳液制备方法。采用乳液聚合法,以乙烯基单体、含乙烯基功能性有机硅单体等为共聚单体,借助可聚合乳化剂和机械搅拌,滴加引发剂使单体先在水中聚合成核,继续滴加引发剂及剩余单体进行双键的自由基聚合,最后冰水浴淬灭反应,并调节pH值即得具有核壳结构的硅-丙乳液。本发明制得的硅-丙乳液制备聚合物水泥基防水涂料,不仅可显著提高防水涂层的耐水性及力学性能,另外由于分子结构上的硅氧键向外层整齐排列,使涂层具有优异的疏水性及透气透湿性,改善在潮湿基面施工的起鼓脱落问题。(The invention discloses a preparation method of a silicon-acrylic emulsion for preparing a polymer cement-based waterproof coating. Adopting an emulsion polymerization method, taking vinyl monomers, vinyl-containing functional organic silicon monomers and the like as comonomers, adding a polymerizable emulsifier and mechanically stirring, dropwise adding an initiator to ensure that the monomers are polymerized into nuclei in water, continuously dropwise adding the initiator and the rest monomers to carry out double-bond free radical polymerization, finally carrying out quenching reaction in an ice-water bath, and adjusting the pH value to obtain the silicon-acrylic emulsion with the core-shell structure. The polymer cement-based waterproof coating prepared from the silicon-acrylic emulsion prepared by the invention not only can obviously improve the water resistance and mechanical property of a waterproof coating, but also has excellent hydrophobicity, air permeability and moisture permeability due to the regular arrangement of silicon-oxygen bonds on a molecular structure towards an outer layer, and the problem of swelling and falling during construction on a damp base surface is solved.)
技术领域
本发明属于建材技术领域，具体涉及一种可用于制备聚合物水泥基防水涂料的硅-丙乳液制备方法。
技术背景
随着建筑与市政工程防水通用规范征求意见稿的出台，对工程防水设计工作年限提出了明确的规定，这对防水材料的耐水性提出了更严格的要求，目前市面上普遍采用的丙烯酸乳液制备的聚合物水泥防水涂料耐水性等综合性能难以满足上述要求，为了满足人民对建筑防水要求的不断提高，开发可用于制备耐水性等综合性能更优异的乳液很有必要。
发明内容
本发明的目的在于解决技术背景部分记载的常见问题，提供了一种可用于制备聚合物水泥基防水涂料的硅-丙乳液制备方法。该方法单体组成范围广，通过分子设计可调整范围广，得到的硅-丙乳液制备聚合物水泥防水涂料，不仅可显著提高防水涂层的耐水性及力学性能，另外由于分子结构上的硅氧键向外层整齐排列，使涂层具有优异的疏水性及透气透湿性，改善在潮湿基面施工的起鼓脱落问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)按质量份数，首先在反应器中加入0.2-0.3份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、0.5-0.7份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂、52-56份的水搅拌均匀，缓慢加入10-12份的甲基丙烯酸、3-5份的甲基丙烯酸乙酯，边搅拌边升温，于50℃反应30min，得到稳定的乳白色预乳化液；
2)用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，升温至80℃，然后滴加5-7份的水溶性引发剂水溶液，反应一定时间成核后，得到蓝色的种子乳液；
3)分别同时缓慢滴加20-24份甲基丙烯酸、6-10份的甲基丙烯酸乙酯、8-12份的丙烯酸羟基丙酯组成的混合单体，0.4-0.6份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、1.0-1.5份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂，10-18份水溶性引发剂水溶液，6-12份的乙烯基硅氧烷，控制在2h～3h滴完后继续反应约3h～5h，冰水浴淬灭反应后用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，过滤，即得到可用于制备聚合物水泥防水涂料的微泛蓝光的硅-丙乳液。
将制得的硅丙乳液制备聚合物水泥基防水涂料的液料，其组分按质量份包括：95～98份硅丙乳液，0.2～0.4份分散剂，0.1～0.3份消泡剂，0.1～0.2份防腐剂，0～5份水；粉料，其组分按质量份包括：30～50份42.5硅酸盐水泥，20～40份325目重钙，30～40份石英粉，10～20份绢云母粉，0.1～0.3份消泡剂，0.1～0.3份保水剂。
液料组分与粉料组分按质量比为1:1.2的比例混合搅拌均匀使用。
所述的制备硅-丙乳液选用的乳化体系为阴-非离子型可聚合乳化剂，因可聚合乳化剂分子结构中含有亲水亲油的乳化基团及参与聚合的双键，可确保可聚合乳化剂分子通过键合到聚合物主链上，避免小分子乳化剂迁移至表面，影响耐水性及贮存稳定性等。
所述的阴-非离子型可聚合乳化剂为烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵-烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚。
所述的乙烯基单体为甲基丙烯酸、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸羟基丙酯中的两种或两种以上任意比例的混合物。
所述的有机硅单体为乙烯基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙稀酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的两种或两种以上任意比例的混合物。
所述的pH调节剂为陶氏AMP-95。
所述的终止反应继续的方式是冰水浴淬灭。
本发明中制备的硅丙乳液，选用可聚合型的乳化剂，其分子结构中含有亲水亲油的乳化基团及参与聚合的双键，可确保乳化剂分子键合至聚合物主链上，避免小分子乳化剂迁移至表面，从而提高乳液耐水性及贮存稳定性等，并且分子结构中引入的硅氧烷分子结构呈螺旋状，Si-O键上环绕的甲基向外排列并旋转，且分子体积大，内聚能低，使制得的聚合物水泥防水涂料具有良好的防水性，长期浸水时不起鼓脱落。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，以方便本领域技术人员参照说明书可达到实验结果重现，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
首先在反应器中加入0.2份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、0.7份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂、56份的水搅拌均匀后，缓慢加入10份的甲基丙烯酸、5份的甲基丙烯酸乙酯，边搅拌边升温，于50℃反应30min，得到稳定的乳白色预乳化液；用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，升温至80℃，然后先滴加1/3由0.5份过硫酸铵及16份水组成的引发剂水溶液，混合液份的水溶性引发剂水溶液，反应一定时间成核后，得到蓝色的种子乳液；分别同时缓慢滴加23份甲基丙烯酸、6份的甲基丙烯酸乙酯、11份的丙烯酸羟基丙酯组成的混合单体，0.5份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、1.3份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂，剩下的2/3引发剂水溶液，6份的乙烯基三异丙氧基硅烷，控制在2h～3h滴完后继续反应约3h～5h，冰水浴淬灭反应后用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，过滤，即得到可用于制备聚合物水泥防水涂料的微泛蓝光的硅-丙乳液。
将制得的硅丙乳液制备聚合物水泥基防水涂料的液料，其组分按质量份包括：95份硅丙乳液，0.2份BYK23160，0.1份ST2438，0.1份份防腐剂D7；粉料，其组分按质量份包括：30份42.5硅酸盐水泥，30份325目重钙，30份石英粉，10份绢云母粉，0.2份P803，0.2份2万粘度纤维素。
液料组分与粉料组分按质量比为1:1.2的比例混合搅拌均匀使用。
实施例2：
首先在反应器中加入0.3份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、0.6份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂、56份的水搅拌均匀后，缓慢加入9份的甲基丙烯酸、3份的甲基丙烯酸乙酯，边搅拌边升温，于50℃反应30min，得到稳定的乳白色预乳化液；用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，升温至80℃，然后先滴加1/3由0.5份过硫酸铵及16份水组成的引发剂水溶液，混合液份的水溶性引发剂水溶液，反应一定时间成核后，得到蓝色的种子乳液；分别同时缓慢滴加24份甲基丙烯酸、10份的甲基丙烯酸乙酯、8份的丙烯酸羟基丙酯组成的混合单体，0.6份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、1份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂，剩下的2/3引发剂水溶液，7份的γ-甲基丙稀酰氧基丙基三甲氧基硅烷，控制在2h～3h滴完后继续反应约3h～5h，冰水浴淬灭反应后用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，过滤，即得到可用于制备聚合物水泥防水涂料的微泛蓝光的硅-丙乳液。
将制得的硅丙乳液制备聚合物水泥基防水涂料的液料，其组分按质量份包括：96份硅丙乳液，0.2份BYK23160，0.3份ST2438，0.1份份防腐剂D7，3份的水；粉料，其组分按质量份包括：40份42.5硅酸盐水泥，20份325目重钙，30份石英粉，10份绢云母粉，0.2份P803，0.1份2万粘度纤维素。
液料组分与粉料组分按质量比为1:1.2的比例混合搅拌均匀使用。
实施例3：
首先在反应器中加入0.3份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、0.5份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂、54份的水搅拌均匀后，缓慢加入11份的甲基丙烯酸、4份的甲基丙烯酸乙酯，边搅拌边升温，于50℃反应30min，得到稳定的乳白色预乳化液；用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，升温至80℃，然后先滴加1/3由0.5份过硫酸铵及16份水组成的引发剂水溶液，混合液份的水溶性引发剂水溶液，反应一定时间成核后，得到蓝色的种子乳液；分别同时缓慢滴加22份甲基丙烯酸、7份的甲基丙烯酸乙酯、12份的丙烯酸羟基丙酯组成的混合单体，0.4份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、1.4份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂，剩下的2/3引发剂水溶液，5份的乙烯基三异丙氧基硅烷，控制在2h～3h滴完后继续反应约3h～5h，冰水浴淬灭反应后用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，过滤，即得到可用于制备聚合物水泥防水涂料的微泛蓝光的硅-丙乳液。
将制得的硅丙乳液制备聚合物水泥基防水涂料的液料，其组分按质量份包括：97份硅丙乳液，0.3份BYK23160，0.2份ST2438，0.2份份防腐剂D7,4份水；粉料，其组分按质量份包括：50份42.5硅酸盐水泥，20份325目重钙，30份石英粉，20份绢云母粉，0.2份P803，0.1份2万粘度纤维素。
液料组分与粉料组分按质量比为1:1.2的比例混合搅拌均匀使用。
实施例4：
首先在反应器中加入0.2份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、0.6份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂、52份的水搅拌均匀后，缓慢加入12份的甲基丙烯酸、3份的甲基丙烯酸乙酯，边搅拌边升温，于50℃反应30min，得到稳定的乳白色预乳化液；用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，升温至80℃，然后先滴加1/3由0.5份过硫酸铵及16份水组成的引发剂水溶液，混合液份的水溶性引发剂水溶液，反应一定时间成核后，得到蓝色的种子乳液；分别同时缓慢滴加21份甲基丙烯酸、8份的甲基丙烯酸乙酯、9份的丙烯酸羟基丙酯组成的混合单体，0.5份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚、1.2份的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵组成的阴/非离子可聚合乳化剂，剩下的2/3引发剂水溶液，8份的γ-甲基丙稀酰氧基丙基三甲氧基硅烷，控制在2h～3h滴完后继续反应约3h～5h，冰水浴淬灭反应后用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，过滤，即得到可用于制备聚合物水泥防水涂料的微泛蓝光的硅-丙乳液。
将制得的硅丙乳液制备聚合物水泥基防水涂料的液料，其组分按质量份包括：98份硅丙乳液，0.4份BYK23160，0.2份ST2438，0.2份份防腐剂D7，5份水；粉料，其组分按质量份包括：40份42.5硅酸盐水泥，40份325目重钙，40份石英粉，20份绢云母粉，0.3份P803，0.1份2万粘度纤维素。
液料组分与粉料组分按质量比为1:1.2的比例混合搅拌均匀使用。
对比例1：一种可用于制备聚合物水泥基防水涂料的硅丙乳液制备方法中全部采用阴离子乳化剂制得硅丙乳液，其他同实施例1。在此条件下，制得的乳液储存稳定性较差，加粉料搅拌后会出现破乳现象。
对比例2：一种可用于制备聚合物水泥基防水涂料的硅丙乳液制备方法中用等量的R161N乳液替换实施1制得的硅丙乳液，其他同实施例1。在此条件下，该聚合物水泥防水涂料性能参考GB/T 23445-2009合格，但其吸水率较大。
对比例3：一种可用于制备聚合物水泥基防水涂料的硅丙乳液制备方法中去掉其中的功能性乙烯基硅烷单体制得的乳液，其他同实施例1。在此条件下，该聚合物水泥防水涂料性能参考GB/T 23445-2009拉伸强度偏小，吸水率偏大。
参考GB/T 23445-2009、GB/T 16777-2008对上述实施例及对比例进行拉伸性能、粘结强度、吸水率等检测，具体结果见下表：
表1：检测结果
从上述实施例与对比例检测结果可知，本发明制备的硅丙乳液，通过选用可聚合型的阴/非乳化剂体系，其分子结构中含有亲水亲油的乳化基团及参与聚合的双键，可确保乳化剂分子键合至聚合物主链上，避免小分子乳化剂迁移至表面，从而提高乳液耐水性及贮存稳定性等，并且分子结构中引入的硅氧烷分子结构呈螺旋状，Si-O键上环绕的甲基向外排列并旋转，且分子体积大，内聚能低，使制得的聚合物水泥防水涂料具有良好的防水透气性，长期浸水时不起鼓脱落，潮湿基面粘结强度高。