一種用做混凝土表面防護的有機蒙脫土改性彈性涂料及其制備方法
【專利說明】一種用做混凝土表面防護的有機蒙脫土改性彈性涂料及其制備方法
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技術領域
[0002]本發明涉及一種用做混凝土表面防護的有機蒙脫土改性彈性涂料及其制備方法。
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【背景技術】
[0004]混凝土在硬化時，由于體積減縮而產生的硬化裂縫；溫度變化時，由于熱漲冷縮而產生的溫度裂縫；晴雨天干濕變化時，由于濕漲干縮而產生的干縮裂縫；冬天雨水在墻體凍融時，由于水結冰體積膨脹而產生的凍融裂縫；地基沉降時產生結構裂縫等，導致混凝土表面保護裝飾涂層開裂，雨水和空氣隨裂縫滲漏進入墻體，加深對建筑物的破壞，如鋼筋銹蝕和混凝土碳化等危害建筑物。由于彈性涂料在一定溫度范圍內保持較高的彈性、韌性和伸長率，涂布在混凝土表面形成彈性保護層，當混凝土產生裂紋時涂層不會斷裂，具有較好的防裂抗滲漏性，因此近年來彈性涂料得到大力發展。
[0005]另外，混凝土在服役過程中，還面臨著諸多外界有害介質的侵蝕，尤其是二氧化碳和氯離子。由二氧化碳和氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕膨脹導致的開裂問題是工程中面臨的普遍問題，嚴重降低了混凝土的耐久性和服役壽命。混凝土的外表面經常承受溫度變化、水流沖刷、干濕交替、凍融循環等作用，從而不斷風化、剝蝕、碳化，隨時間的推移逐步加劇，最終危及工程結構的安全。在混凝土服役過程中，涂敷保護層，從而降低二氧化碳和氯離子的侵蝕。混凝土表面涂層防護法是最為經濟高效的方法，但是常規表面抗碳化防護涂層在防裂抗滲漏性、耐久性、防鹽侵蝕等存在很多的不足。
[0006]
【發明內容】
[0007]為了解決混凝土裂縫滲漏和碳化的問題，本發明提供了一種用于混凝土表面防護的有機蒙脫土改性彈性涂料及其制備方法。
[0008]本發明利用乳液插層共聚方法，制備有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液，該方法有效地將乳膠粒子插層聚合到有機蒙脫土中，使得蒙脫土片層剝離分散在核殼丙烯酸聚合物中，充分發揮了有機蒙脫土阻隔氣體、耐老化和核殼丙烯酸的防裂抗滲漏性的優點。
[0009]本發明所述用做混凝土表面防護的有機蒙脫土改性彈性涂料，由下述組分按下述重量百分比組成:
有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液 20?40%,
顏填料25?35%，
PH調節劑0.01?0.1%
分散劑0.3?1%， 成膜助劑O?1%，
防凍劑0.3?1%，
消泡劑0.3?1%，
增稠劑0.3?1%，
殺菌劑0.1?0.2%，
水余S；，
所述有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液由有機蒙脫土、(甲基)丙烯酸(酯)和酰胺類功能單體經乳液聚合形成的水分散乳液，乳液中樹脂的玻璃化轉變溫度低于_8°C，固含量不低于 42% ；
所述酰胺類功能單體為雙丙酮丙烯酰胺、丙烯酰胺；
所述顏填料由顏料和填料組成，所述顏料為鈦白粉，所述填料選自高嶺土、重鈣、滑石粉中的一種以上任意比例混合；
所述PH值調節劑選自2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP95)或氨水；
所述分散劑選用聚羧酸鈉鹽；
所述成膜助劑為醇酯十二，乙二醇丁醚，丙二醇甲醚，丙二醇丁醚，丙二醇苯醚，二乙二醇單乙醚和二丙二醇甲醚中的一種以上任意比例的混合物；
所述防凍劑選用丙二醇；
所述消泡劑為C7-C22的高碳醇，聚醚類和有機硅類消泡劑的一種以上任意比例的混合物；
所述增稠劑為甲基纖維素，羥乙基纖維素，羥丙基甲基纖維素的一種以上任意比例的混合物；
所述有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液由下述方法制備，
步驟一:有機蒙脫土的制備:
取鈉基蒙脫土(Na-MMT)置于反應容器中，加相對于鈉蒙脫土的質量為12倍的水，攪拌加熱到80°C反應保溫30min，繼續加70?140meq/100g陽離子乳液劑和相對于鈉基蒙脫土3倍水的分散液。保溫12h。用沉淀法洗滌10遍，80°C干燥研細后過200目篩子得到有機家脫土( O-MMT ) ο
[0010]步驟二:有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液的制備:
取步驟一所得有機改性蒙脫土 O-MMT與首批混合核單體混合均勻，超聲2h后靜置24h，使有機單體滲到有機蒙脫土層間，得到核單體混合蒙脫土分散液；
將核單體混合蒙脫土分散液、PH緩沖劑、首批乳化劑溶液和首批引發劑加入反應容器中，水浴加熱到75?80°C，反應30min ;繼續滴加由剩余混合核單體、第二批乳化劑水溶液以及第二批引發劑高速攪拌得到的核預乳化液，滴加時間1.5h ;繼續保溫30min，
滴加由殼混合單體、第三批乳化劑水溶液以及第三批引發劑高速攪拌得到的殼預乳化液，滴加時間1.5h，加熱到85°C，保溫2h得到有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液。
[0011 ] 所述混合核單體如前述分兩次加入，兩次的分別為40%，60%。
[0012]所述乳化劑溶液如前述分三次加入，首批、第二批、第三批分別占40%、23%、37%。
[0013]所述引發劑分三次加入，首批、第二批、第三批分別占30%、26%、44%。
[0014]步驟一所述陽離子乳化劑為十二烷基三甲基溴化銨，十六烷基三甲基溴化銨，十八烷基三甲基溴化銨，十二烷基三甲基氯化銨，十六烷基三甲基氯化銨和十八烷基三甲基氯化銨中的一種；
步驟二所述乳化劑為陰離子乳化劑和非離子乳化劑以任意比例復配得到的。乳化劑/丙烯酸單體=3?5%，HLB=13-15之間；
所述非離子乳化劑為烷基酚聚氧乙烯醚或異構十三醇醚，陰離子乳化劑選自十二烷基磺酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉；
步驟二所述引發劑為過硫酸鈉，過硫酸鉀，過硫酸銨中的一種。
[0015]所述用做混凝土表面防護的有機蒙脫土改性彈性涂料的制備方法:將所有原材料在800r/min~2500r/min速度下分散10_30min即得到有機蒙脫土改性彈性涂料。
[0016]相對于傳統的防護材料，本發明的優點和有益效果在于:分子設計和組分的合理發配。首先，核殼結構的丙烯酸乳液，將低Tg的核層包裹在里面，高Tg的殼層包裹在外面，不僅有利于乳液本身的穩定，而且有利于增加分子內聚力和拉伸性能，另外，將納米級的有機蒙脫土片層結構引入到核殼丙烯酸聚合物中，蒙脫土本身的片層結構的“迷宮效應”使氣體進入涂膜的路徑變長，從而提高所制備漆膜的抗碳化性能，而且作為納米無機材料，蒙脫土還能提高涂膜的耐玷污性和耐候性。與現有防護技術相比，同時具備了現有彈性涂料以抗碳化涂料兩種涂料的優點。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]為了更好地理解本發明，下面結合實施例對本發明的內容作進一步的說明，但本發明的內容并不局限于實施例表述的范圍。
[0019]各實施例中，斷裂伸長率和拉伸強度按照建筑工業行業產品標準JG/T172-2011《彈性建筑涂料》要求測定。混凝土碳化程度按照建筑工業行業產品標準JG/T335-2011《混凝土結構防護用成膜型涂料》要求測定。
[0020]實施例1
I)有機蒙脫土 O-MMT的制備:取50gNa-MMT于2L三口燒瓶中，加600g水，攪拌加熱到80°C反應保溫30min，繼續加10.78g (70meq/100g)十二烷基三甲基溴化銨和150g水分散液。保溫12h，用沉淀法洗滌10遍，80°C干燥研細后過200目篩子得到有機改性的蒙脫土。
[0021]2)有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液:53.3g甲基丙烯酸甲酯，100.7g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g雙丙酮丙烯酰胺混合均勻得到核混合單體。75.Sg甲基丙烯酸甲酯，78.2g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g雙丙酮丙烯酰胺混合均勻得到殼混合單體。取63.8g核混合單體和3.2g機改性蒙脫土 O-MMT混合均勻后超聲2h后靜置24h，使核混合單體滲到有機蒙脫土O-MMT層間得到蒙脫土和有機單體混合物。2.76g十二烷基磺酸鈉(SDS)，5.52g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10 (0P-10)分散在405.6g水中得到乳化劑溶液，將全部O-MMT和有機單體混合物、165.6g乳化劑溶液、0.57g過硫酸鈉以及0.95g碳酸氫鈉加入三口燒瓶中，水浴加熱到75°C，反應30min，繼續滴加由剩余的核混合單體、95.2乳化劑溶液以及0.50g過硫酸鈉高速乳化的核預乳化液，滴加時間1.5h。保溫45min，繼續滴加由殼混合單體、153.1乳化劑溶液以及0.84g過硫酸鈉高速乳化的殼預乳化液，滴加時間1.5。加熱到85°C繼續保溫2h得到有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液。
[0022]3)有機蒙脫土改性彈性涂料的制備:41.0g有機蒙脫土改性純丙乳液，0.14g乙二酸二酰肼ADH，20.0g鈦白粉，4.0g滑石粉，8.0g重質碳酸鈣，0.0lgPH調節劑AMP-95，0.5g分散劑聚丙烯酸鈉，0.5g成膜助劑醇酯十二，0.4g防凍劑丙三醇，0.4g有機硅消泡劑，0.5g纖維素類增稠劑，0.2g殺菌劑，24.4g水，攪拌均勻，即獲得有機蒙脫土改性彈性涂料。涂層拉伸強度2.2MPa，斷裂伸長率360%，減少28d碳化程度91%。
[0023]實施例2
I)有機蒙脫土 O-MMT的制備:取50gNa-MMT于2L三口燒瓶中，加600g水，攪拌加熱到80°C反應保溫30min，繼續加9.2g (70meq/100g)十二烷基三甲基氯化銨和150g水分散液。保溫12h，用沉淀法洗滌10遍，80°C干燥研細后過200目篩子得到有機改性的蒙脫土。
[0024]2)有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液:48.3g甲基丙烯酸甲酯，105.7g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g雙丙酮丙烯酰胺混合均勻得到核混合單體。71.5g甲基丙烯酸甲酯，82.5g丙烯酸丁酯，3.1g丙烯酸，2.3g雙丙酮丙烯酰胺混合均勻得到殼混合單體。取63.8g核混合單體和3.2g機改性蒙脫土 O-MMT混合均勻后超聲2h后靜置24h，使核混合單體滲到有機蒙脫土O-MMT層間得到蒙脫土和有機單體混合物。2.76g十二烷基磺酸鈉(SDS)，5.52g辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10 (0P-10)分散在405.6g水中得到乳化劑溶液，將全部O-MMT和有機單體混合物、165.6g乳化劑溶液、0.57g過硫酸鈉以及0.95g碳酸氫鈉加入三口燒瓶中，水浴加熱到75°C，反應30min，繼續滴加由剩余的核混合單體、95.2乳化劑溶液以及0.50g過硫酸鈉高速乳化的核預乳化液，滴加時間1.5h。保溫45min，繼續滴加由殼混合單體、153.1乳化劑溶液以及0.84g過硫酸鈉高速乳化的殼預乳化液，滴加時間1.5。加熱到85°C繼續保溫2h得到有機蒙脫土改性核殼丙烯酸乳液。
[0025]3)有機蒙脫土改性彈性涂料的制備:41.0g有機蒙脫土改性純丙乳液，0.14g乙二酸二酰肼ADH，20.0g鈦白粉，4.0g滑石粉，8.0g重質碳酸鈣，0.0lgPH調節劑AMP-95，0.5g分散劑聚丙烯酸鈉，0.5g成膜助劑醇酯十二，0.4g