一种高分子防水材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高分子防水材料及其制备方法 (High-molecular waterproof material and preparation method thereof ) 是由 何志强 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高分子防水材料,由如下重量份的组分制成：氯丁橡胶40-50份,末端胺基化SBS 30-40份,松香基超支化环氧树脂5-7份、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪4-8份、2,4-二氨基苯磺酸3-5份、五氧化二磷1-3份、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维3-5份、抗氧化剂1-3份。本发明还公开了所述高分子防水材料的制备方法。本发明公开的高分子防水材料防水效果显著,性能稳定性和综合性能佳,胶粘性能足,施工性能、机械力学性能、耐老化性能和耐久性好,使用寿命长。(The invention discloses a high-molecular waterproof material which is prepared from the following components in parts by weight: 40-50 parts of chloroprene rubber, 30-40 parts of terminal aminated SBS, 5-7 parts of rosin-based hyperbranched epoxy resin, 4-8 parts of 2,4, 6-tri (4-carboxyphenyl) -1,3, 5-triazine, 3-5 parts of 2, 4-diaminobenzene sulfonic acid, 1-3 parts of phosphorus pentoxide, 3-5 parts of 2-hydroxy-4- (3-triethoxysilylpropoxy) benzophenone modified mullite nanofiber and 1-3 parts of antioxidant. The invention also discloses a preparation method of the polymer waterproof material. The high-molecular waterproof material disclosed by the invention has the advantages of obvious waterproof effect, good performance stability and comprehensive performance, sufficient adhesive performance, good construction performance, mechanical property, aging resistance and durability and long service life.)
技术领域
本发明涉及防水材料技术领域，具体地说，涉及一种高分子防水材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着经济的发展及现代化城市建筑步伐的加快，包括市政工程在内的各种重大建筑工程项目接踵而来，这些重大建筑工程项目有望进一步改善人们的生活环境，提高人们的幸福感，促进经济的进一步发展。在建筑工程中，渗漏问题一直是困扰工程界的疑难杂症，是科研人员着力研究解决的重要课题。渗漏的危害轻则加速混凝土老化病害的发展，重则造成建筑物破坏甚至失事，损失将是不可估量的。
目前，解决渗透问题最为有效的方式是使用防水材料。防水材料是在建筑物中能起到抵御外界雨水、地下水渗漏的柔性建材产品，作为工程基础与建筑物之间无渗漏连接，是整个工程防水的第一道屏障，其性能直接影响防水效果和建筑物安全性和耐久性，对整个工程起着至关重要的作用。
现有较为常见的防水材料主要有沥青基防水材料和合成高分子防水材料。传统的沥青基防水材料剥离强度低，防水性能不足，随着使用时间的延长，其防水性能减弱，且由于沥青具有致癌作用，其使用给环境及施工人员的身体健康造成了威胁。合成高分子防水材料作为高新技术的产物，近些年来在建筑中的重要性越来越凸显，其具有优良的耐水、耐高低温性能，还具有良好的弹性、拉伸强度、耐候性、耐腐蚀性和抗老化性，已然成为现代建筑的重要材料之一。然而，现有的合成高分子防水材料质地较硬，施工平顺性差，且由于设备复杂，在焊接过程中通过性差，防水节点施工难度较高，存在安全隐患。除此之外，市面上的合成高分子防水材料还普遍存在造价高，易出现损坏，防水效果、耐老化、阻燃、耐穿刺、耐腐蚀等性能比较差，胶粘性能不足的缺陷。
例如，中国专利申请号201510338044.X公开了一种抗老化聚酯无纺布PE防水卷材，自上而下依次设有聚氯乙烯薄膜隔离层、抗老化层、PE层、聚酯无纺布保护层，所述聚氯乙烯薄膜隔离层、抗老化层以及PE层之间分别通过热压粘结成一体，所述PE层与聚酯无纺布保护层之间通过PE垫片焊接连接。该防水卷材材料坚固、柔弹性大、粘接力强、耐久、耐候、抗漏、防水等性能好，但是其容易出现脱层现象，严重影响防水工程质量；性能稳定性和耐久性有待进一步提高。
因此，开发一种防水效果显著，性能稳定性和综合性能佳，胶粘性能足，施工性能、机械力学性能、耐老化性能和耐久性好，使用寿命长的高分子防水材料符合市场需求，具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种防水效果显著，性能稳定性和综合性能佳，胶粘性能足，施工性能、机械力学性能、耐老化性能和耐久性好，使用寿命长的高分子防水材料。同时，本发明还公开了一种所述高分子防水材料的制备方法，该制备方法简单易行，操作控制方便，对设备依赖性小，耗能小，生产效率和成品合格率高，适合工业化生产，具有较高的经济价值和社会价值。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种高分子防水材料，由如下重量份的组分制成：氯丁橡胶40-50份，末端胺基化SBS 30-40份，松香基超支化环氧树脂5-7份、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪4-8份、2,4-二氨基苯磺酸3-5份、五氧化二磷1-3份、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维3-5份、抗氧化剂1-3份。
本发明的一个实施例中，所述抗氧化剂为二叔丁基对甲酚、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯中的一种或几种。
本发明的一个实施例中，所述2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维是由如下步骤制成：将莫来石纳米纤维分散于有机溶剂中，然后再向其中加入2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮，在50-70℃下搅拌反应4-6小时，后旋蒸除去溶剂，得到2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维。
本发明的一个实施例中，所述莫来石纳米纤维、有机溶剂、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮的质量比为(3-5):(10-20):(0.1-0.3)。
优选的，所述莫来石纳米纤维的直径为200-500nm，长径比(12-16):1。
本发明的一个实施例中，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合物。
本发明的一个实施例中，所述松香基超支化环氧树脂为按照申请号为201610861045.7的中国发明专利实施例4中有关松香基超支化环氧树脂的制备方法制备得到的松香基超支化环氧树脂。
本发明的一个实施例中，所述末端胺基化SBS为按照申请号为200710011136.2的中国发明专利实施例2中有关末端胺基化SBS的制备方法制备得到的末端胺基化SBS。
本发明的一个实施例中，所述氯丁橡胶为CR1212型氯丁橡胶。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述高分子防水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到混合料，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到高分子防水材料。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1)本发明提供的高分子防水材料的制备方法，该制备方法简单易行，操作控制方便，对设备依赖性小，耗能小，生产效率和成品合格率高，适合工业化生产，具有较高的经济价值和社会价值。
2)本发明提供的高分子防水材料，克服了现有的合成高分子防水材料质地较硬，施工平顺性差，且由于设备复杂，在焊接过程中通过性差，防水节点施工难度较高，存在安全隐患；市面上的合成高分子防水材料还普遍存在造价高，易出现损坏，防水效果、耐老化、阻燃、耐穿刺、耐腐蚀等性能比较差，胶粘性能不足的缺陷；通过各组分协同作用，使得制成的高分子防水材料防水效果显著，性能稳定性和综合性能佳，胶粘性能足，施工性能、机械力学性能、耐老化性能和耐久性好，使用寿命长。
3)本发明提供的高分子防水材料，结合了氯丁橡胶、SBS、松香基超支化环氧树脂这些材料的优点，使得制成的高分子防水材料综合性能佳、防水效果显著，有效避免了传统氯丁橡胶与SBS直接共混由于相容性问题带来的耐热性能和性能稳定性差的缺陷，该发明中，氯丁橡胶分子链上的氯基易与末端胺基化SBS上的胺基发生化学反应生成季铵盐结构，生成的季铵盐结构与2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪上的羧基通过离子交换以离子键连接；末端胺基化SBS上的苯环在五氧化二磷作为催化剂的作用下，与2,4-二氨基苯磺酸上的磺酸基反应，引入氨基，氨基又能与松香基超支化环氧树脂上的环氧基发生环氧开环反应；2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维上的二苯甲酮上的苯环在五氧化二磷的催化作用下也能与2,4-二氨基苯磺酸上磺酸基反应，从而使得整个材料各组分均以化学键连接，形成三维网络结构，有效改善了材料的综合性能和性能稳定性。
4)本发明提供的高分子防水材料，结合了氯丁橡胶，SBS和松香基超支化环氧树脂优异的粘结性能，使得其使用方便，耐久性好；引入苯基三嗪结构，与其它组分协同作用，能有效改善综合性能，特别是耐候性、耐老化性能；且其疏水性的苯基三嗪结构使得制成的材料防水性能更好；通过2,4-二氨基苯磺酸作为中介将SBS与松香基超支化环氧树脂化学交联，能有效提高综合性能和性能稳定性，且通过其与苯环反应引入的砜基能改善材料的阻燃性和耐老化性能，使得材料机械力学性能更优异。
5)本发明提供的高分子防水材料，莫来石纳米纤维不仅能增强材料的耐热性和防水性，还能通过弥散强化机制改善其机械强度，通过2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮进行改性，不仅提高了莫来石纳米纤维与其它组分的相容性，还使得其更易分散均匀；其次，其上的二苯甲酮结构能改善材料的抗紫外老化性能，同时，还能提供交联位点；本发明各组分相互作用，相互影响，协同作用，使得材料防水效果显著，综合性能和性能稳定性佳。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所使用的松香基超支化环氧树脂为按照申请号为201610861045.7的中国发明专利实施例4中有关松香基超支化环氧树脂的制备方法制备得到的松香基超支化环氧树脂；所述末端胺基化SBS为按照申请号为200710011136.2的中国发明专利实施例2中有关末端胺基化SBS的制备方法制备得到的末端胺基化SBS；所述氯丁橡胶为CR1212型氯丁橡胶；其它原料均为商业购买。
实施例1
一种高分子防水材料，由如下重量份的组分制成：氯丁橡胶40份，末端胺基化SBS30份，松香基超支化环氧树脂5份、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪4份、2,4-二氨基苯磺酸3份、五氧化二磷1份、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维3份、抗氧化剂1份；所述抗氧化剂为二叔丁基对甲酚。
所述2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维是由如下步骤制成：将莫来石纳米纤维分散于有机溶剂中，然后再向其中加入2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮，在50℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去溶剂，得到2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维。
所述莫来石纳米纤维、有机溶剂、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮的质量比为3:10:0.1；所述莫来石纳米纤维的直径为200nm，长径比12:1；所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
一种所述高分子防水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到混合料，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到高分子防水材料。
实施例2
一种高分子防水材料，由如下重量份的组分制成：氯丁橡胶43份，末端胺基化SBS32份，松香基超支化环氧树脂5.5份、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪5份、2,4-二氨基苯磺酸3.5份、五氧化二磷1.5份、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维3.5份、抗氧化剂1.5份；所述抗氧化剂为丁基羟基茴香醚。
所述2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维是由如下步骤制成：将莫来石纳米纤维分散于有机溶剂中，然后再向其中加入2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮，在55℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维；所述莫来石纳米纤维、有机溶剂、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮的质量比为3.5:13:0.15；所述莫来石纳米纤维的直径为300nm，长径比13:1；所述有机溶剂为二甲亚砜。
一种所述高分子防水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到混合料，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到高分子防水材料。
实施例3
一种高分子防水材料，由如下重量份的组分制成：氯丁橡胶45份，末端胺基化SBS35份，松香基超支化环氧树脂6份、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪6份、2,4-二氨基苯磺酸4份、五氧化二磷2份、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维4份、抗氧化剂2份；所述抗氧化剂为二丁基羟基甲苯。
所述2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维是由如下步骤制成：将莫来石纳米纤维分散于有机溶剂中，然后再向其中加入2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮，在60℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去溶剂，得到2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维；所述莫来石纳米纤维、有机溶剂、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮的质量比为4:15:0.2；所述莫来石纳米纤维的直径为350nm，长径比14:1；所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
一种所述高分子防水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到混合料，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到高分子防水材料。
实施例4
一种高分子防水材料，由如下重量份的组分制成：氯丁橡胶48份，末端胺基化SBS37份，松香基超支化环氧树脂6.5份、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪7份、2,4-二氨基苯磺酸4.5份、五氧化二磷2.5份、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维4.5份、抗氧化剂2.5份；所述抗氧化剂为二叔丁基对甲酚、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯按质量比1:3:2混合而成。
所述2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维是由如下步骤制成：将莫来石纳米纤维分散于有机溶剂中，然后再向其中加入2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮，在65℃下搅拌反应5.5小时，后旋蒸除去溶剂，得到2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维；所述莫来石纳米纤维、有机溶剂、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮的质量比为4.5:18:0.25；所述莫来石纳米纤维的直径为450nm，长径比15:1；所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺按质量比1:3:5混合而成。
一种所述高分子防水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到混合料，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到高分子防水材料。
实施例5
一种高分子防水材料，由如下重量份的组分制成：氯丁橡胶50份，末端胺基化SBS40份，松香基超支化环氧树脂7份、2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪8份、2,4-二氨基苯磺酸5份、五氧化二磷3份、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维5份、抗氧化剂3份；所述抗氧化剂为二叔丁基对甲酚。
所述2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维是由如下步骤制成：将莫来石纳米纤维分散于有机溶剂中，然后再向其中加入2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮，在70℃下搅拌反应6小时，后旋蒸除去溶剂，得到2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维；所述莫来石纳米纤维、有机溶剂、2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮的质量比为5:20:0.3；所述莫来石纳米纤维的直径为500nm，长径比16:1；所述有机溶剂为二甲亚砜。
一种所述高分子防水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分按重量份混合均匀后，得到混合料，然后将混合料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到高分子防水材料。
对比例1
本例提供一种高分子防水材料，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加松香基超支化环氧树脂。
对比例2
本例提供一种高分子防水材料，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加2,4,6-三(4-羧基苯基)-1,3,5-三嗪。
对比例3
本例提供一种高分子防水材料，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加2,4-二氨基苯磺酸。
对比例4
本例提供一种高分子防水材料，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)二苯甲酮改性莫来石纳米纤维。
对比例5
本例提供一种高分子防水材料，其配方及制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，用SBS代替末端胺基化SBS；所述SBS为按照申请号为200710011136.2的中国发明专利实施例1的制备方法制备得到的SBS。
为了进一步说明本发明各实施例中高分子防水材料的有益技术效果，将实施例1-5和对比例1-5所述高分子防水材料进行性能测试，测试方法参考GB 18173.1-2006，其中，热老化性能是在热空气80℃下热老化168小时后拉伸强度的保持率来衡量的，其数值越大，耐热老化性能越好，测试结果见表1。
从表1可见，本发明实施例公开的高分子防水材料，与对比例产品相比，具有更加优异的防水性能，机械力学性能和耐老化性，这是各组分协同作用的结果。
表1高分子防水材料性能参数
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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