一种硅丙改性乳液防水剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于防水剂领域,尤其涉及一种硅丙改性乳液防水剂及其制备方法与应用。
背景技术
近年来,随着建筑行业的快速发展,石膏的需求量也逐年增加。石膏具有质量轻、隔热、防火、吸声等优点,受到建筑行业的普遍欢迎。但其自身也存在着耐水性能差、利用率低、粘结性差、强度低等缺点。因而研究一种耐水性脱硫石膏一直是国内外重视的课题。为解决脱硫石膏耐水性差这一难题,目前主要有三种解决方法:一是进行表面层刷处理,该方法操作简单方便,但防水不彻底;二是内掺无机材料,该方法成本低工艺简单但参量较大,所得的石膏制品密度大;三是内掺高分子聚合物,该方法参量少,防水效果彻底但成本偏高,工艺复杂。
公开号为CN103242018A(公开日2013年08月14日)的发明专利申请公开了一种脱硫石膏砌块用防水剂,该方法通过硬酯酸、聚乙烯醇、水泥和硼酸盐防水剂,使其由亲水表面变成憎水表面,从而阻止水分的入侵达到防水;公开号为CN102180647A(公开日2011年09月14日)的发明专利申请公开了一种脱硫建筑石膏防水砌块,该方法采用脱硫建筑石膏30~94%,硅钙渣0~50%和低碱度硫铝酸盐水泥6~20%,为脱硫建筑石膏砌块进行改进,极大地提高石膏砌块的耐水性,此类方法虽然有一定的防水效果,但是很大限度的改变了脱硫石膏的纯度,不利于脱硫石膏制品的可塑性;公开号为CN106186801A(公开日2016年12月07日)的发明专利申请公开了一种复合改性石膏防水剂的制备方法,该方法采用甲基硅酸醇钠、去离子水、松香酸聚氧乙烯酯、甘油、聚乙烯醇及过硫酸钾,放入由氮气保护的反应釜中搅拌反应,用氟化硅置换反应釜中的气体,以制备石膏防水剂,但此种方法对设备条件要求高,耗时较长。
因此,现亟需一种能够不改变脱硫石膏的纯度,且工艺简单、成本低的解决脱硫石膏耐水性的方法。
发明内容
发明目的:本发明的第一目的是提供一种耐水性、稳定性和耐候性强的硅丙改性乳液防水剂;
本发明的第二目的是提供该防水剂的制备方法,其合成工艺简便,经济环保;
本发明的第三目的是提供该防水剂的应用,能够在脱硫石膏晶体上形成一层坚固的疏水薄膜,且不影响脱硫石膏的晶型结构。
技术方案:本发明的硅丙改性乳液防水剂,按重量份数包括如下原料:丙烯酸酯类单体10~40份、功能单体2~5份、乳化剂3~5份、有机硅2~6份、改性剂1~3份、引发剂0.4~0.6份和碳酸氢钠0.5~0.7份。
本发明通过将上述原料进行复配,尤其加入乳化剂、功能单体、有机硅和改性剂,协同提高了防水剂的耐水性、稳定性和耐候性;其中,加入有机硅和改性剂,两者相互作用提高了乳胶膜的韧性和交联度,极大地提高乳液防水剂的耐水性能、分散性和附着力。优选的,丙烯酸酯类单体至少可包括丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种。功能单体可为丙烯酸、丙烯酸羟丙酯或丙烯酰胺,该功能单体的加入,使高分子链中引入了功能型基团,从而有效提高乳液防水剂的耐候性与抗冻融性。乳化剂可为重量份数比3~1:1的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠混合物,本发明将非离子乳化剂十八胺聚氧乙烯醚和阴离子乳化剂十二烷基苯磺酸钠混合物进行复配,不仅增加了乳化剂的乳化效果,且提高了乳液防水剂的稳定性。改性剂可为甲基丙烯酸六氟丁酯或甲基丙烯酸十二氟庚酯。引发剂可为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵。
本发明制备硅丙改性乳液防水剂的方法,包括如下步骤:
(1)按重量份数称量各原料,将丙烯酸酯类单体、2.5~3.5份的乳化剂、功能单体溶于10~15份去离子水中搅拌反应,制得溶液Ⅰ;
(2)将引发剂溶于15~20份去离子水中混均,制得溶液Ⅱ;
(3)将剩余的乳化剂、碳酸氢钠溶于20~30份去离子水中混匀后,升温至50~70℃,制得溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中加入1/6~1/4的溶液Ⅰ和1/4~1/2的溶液Ⅱ搅拌混匀,升温至75~80℃,保温反应30~60min,制得溶液Ⅳ;
(5)将有机硅加入剩余的溶液Ⅰ中,将该溶液Ⅰ与剩余溶液Ⅱ一同加入溶液Ⅳ中搅拌,在75~80℃条件下反应1.5~2h后,降温至40℃~50℃,加入改性剂搅拌反应后,调节pH至7~8,制得硅丙改性乳液防水剂。
本发明通过采用梯度滴加法制备防水剂,从而形成稳定的乳液,大大提高乳液防水剂的综合性能。进一步说。步骤(4)和步骤(5)中,搅拌的速度优选可为260~280r/min。
本发明的硅丙改性乳液防水剂应用于脱硫石膏防水,能够在脱硫石膏晶体上形成一层坚固的疏水薄膜,且不影响脱硫石膏的晶型结构。
有益效果:与现有技术相比,本发明的显著优点为:该硅丙改性乳液防水剂不仅转化率高、乳胶膜吸水率低,且稳定性强,耐候性和抗冻融性高,耐水性、分散性和附着力强;同时合成工艺简便、经济环保;此外,其应用于脱硫石膏的防水,能够仅在1.5%的掺量下使得脱硫石膏的软化系数达到0.6以上,有效增加了脱硫石膏的应用范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明采用的原料均购自市售。其中,有机硅可为A-171、A-187、KBM-407、CG-Si69的一种或几种;甲基丙烯酸六氟丁酯的纯度达98%。
实施例1
防水剂组分及其含量:丙烯酸异辛酯10份、甲基丙烯酸异冰片酯20份、丙烯酸3份、十二烷基苯磺酸钠1.5份、十八胺聚氧乙烯醚3份、A-171有机硅2份、甲基丙烯酸六氟丁酯2份、去离子水60.5份、过硫酸钾0.5份和碳酸氢钠0.7份。
制备方法包括如下步骤:
(1)按上述配比将丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1.125份的十八胺聚氧乙烯醚、2.25份的十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸和15份去离子水进行混合,强力搅拌30min,制成溶液Ⅰ;
(2)将过硫酸钾溶入18.5份去离子水中,配成引发剂溶液Ⅱ;
(3)将剩余的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和27份去离子水加入反应釜中,搅拌溶解,升温至60℃制成溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中滴加1/5的溶液Ⅰ和1/3的溶液Ⅱ搅拌后,升温至78℃左右,反应30min制成乳液Ⅳ待用;其中,搅拌速度为270r/min;
(5)将A-171有机硅单体加至剩余溶液Ⅰ中,并和剩余溶液Ⅱ同时滴入溶液Ⅳ中搅拌,在78℃条件下保温反应1.5h后,降温至50℃左右,滴加甲基丙烯酸六氟丁酯并搅拌反应30min,制得溶液Ⅴ;用氨水调解溶液Ⅴ的pH值至7左右,过滤制得硅丙改性乳液;其中,搅拌速度为270r/min。
实施例2
防水剂组分及其含量:丙烯酸异辛酯10份、甲基丙烯酸异冰片酯20份、丙烯酸3份、十二烷基苯磺酸钠1.5份、十八胺聚氧乙烯醚3份、A-187有机硅4份、甲基丙烯酸六氟丁酯2份、去离子水55份、过硫酸钾0.5份和碳酸氢钠0.7份。
制备方法包括如下步骤:
(1)按上述配比将丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1.125份的十八胺聚氧乙烯醚、2.25份的十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸和15份去离子水进行混合,强力搅拌30min,制成溶液Ⅰ;
(2)将过硫酸钾溶入15份去离子水中,配成引发剂溶液Ⅱ;
(3)将剩余的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和25份去离子水加入反应釜中,搅拌溶解,升温至60℃制成溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中滴加1/5的溶液Ⅰ和1/3的溶液Ⅱ搅拌后,升温至78℃左右,反应30min制成乳液Ⅳ;其中,搅拌速度为270r/min;
(5)将A-187有机硅单体加至剩余溶液Ⅰ中,并和剩余溶液Ⅱ同时滴入溶液Ⅳ中搅拌,在78℃条件下保温反应1.5h后,降温至50℃左右,滴加甲基丙烯酸六氟丁酯并搅拌反应30min,制得溶液Ⅴ,用氨水调解溶液Ⅴ的pH值至7左右,过滤制得硅丙改性乳液;其中,搅拌速度为270r/min。
实施例3
防水剂组分及其含量:丙烯酸异辛酯15份、甲基丙烯酸异冰片酯20份、丙烯酸3份、十二烷基苯磺酸钠1.5份、十八胺聚氧乙烯醚3份、KBM-407有机硅4份、甲基丙烯酸六氟丁酯2份、去离子水50份、过硫酸钾0.5份和碳酸氢钠0.7份。
制备方法包括如下步骤:
(1)按上述配比将丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1.125份的十八胺聚氧乙烯醚、2.25份的十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸和15份去离子水进行混合,强力搅拌30min,制成溶液Ⅰ;
(2)将过硫酸钾溶入15份去离子水中,配成引发剂溶液Ⅱ;
(3)将剩余的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和20份去离子水加入反应釜中,搅拌溶解,升温至60℃制成溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中滴加1/5的溶液Ⅰ和1/3的溶液Ⅱ搅拌后,升温至78℃左右,反应30min制成乳液Ⅳ;其中,搅拌速度为270r/min;
(5)将KBM-407有机硅单体加至剩余溶液Ⅰ中,并和剩余溶液Ⅱ同时滴入溶液Ⅳ中搅拌,在78℃条件下保温反应1.5h后,降温至50℃左右,滴加甲基丙烯酸六氟丁酯并搅拌反应30min,制得溶液Ⅴ,用氨水调解溶液Ⅴ的pH值至7左右,过滤制得硅丙改性乳液;其中,搅拌速度为270r/min。
实施例4
防水剂组分及其含量:丙烯酸异辛酯10份、甲基丙烯酸异冰片酯25份、丙烯酸3份、十二烷基苯磺酸钠1.5份、十八胺聚氧乙烯醚3份、CG-Si69有机硅4份、甲基丙烯酸六氟丁酯2份、去离子水50份、过硫酸钾0.5份和碳酸氢钠0.7份。
制备方法包括如下步骤:
(1)按上述配比将丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1.125份的十八胺聚氧乙烯醚、2.25份的十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸和15份去离子水进行混合,强力搅拌30min,制成溶液Ⅰ;
(2)将过硫酸钾溶入15份去离子水中,配成引发剂溶液Ⅱ;
(3)将剩余的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和20份去离子水加入反应釜中,搅拌溶解,升温至60℃制成溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中滴加1/5的溶液Ⅰ和1/3的溶液Ⅱ搅拌后,升温至78℃左右,反应30min制成乳液Ⅳ;其中,搅拌速度为270r/min;
(5)将CG-Si69有机硅单体加至剩余溶液Ⅰ中,并和剩余溶液Ⅱ同时滴入溶液Ⅳ中搅拌,在78℃条件下保温反应1.5h后,降温至50℃左右,滴加甲基丙烯酸六氟丁酯并搅拌反应30min,制得溶液Ⅴ,用氨水调解溶液Ⅴ的pH值至7左右,过滤制得硅丙改性乳液;其中,搅拌速度为270r/min。
实施例5
防水剂组分及其含量:丙烯酸异辛酯15份、甲基丙烯酸异冰片酯25份、丙烯酸3份、十二烷基苯磺酸钠1.5份、十八胺聚氧乙烯醚3份、A-171有机硅4份、甲基丙烯酸六氟丁酯2份、去离子水45份、过硫酸钾0.5份和碳酸氢钠0.7份。
制备方法包括如下步骤:
(1)按上述配比将丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1.125份的十八胺聚氧乙烯醚、2.25份的十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸和10份去离子水进行混合,强力搅拌30min,制成溶液Ⅰ;
(2)将过硫酸钾溶入15份去离子水中,配成引发剂溶液Ⅱ;
(3)将剩余的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和20份去离子水加入反应釜中,搅拌溶解,升温至60℃制成溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中滴加1/5的溶液Ⅰ和1/3的溶液Ⅱ搅拌后,升温至78℃左右,反应30min制成乳液Ⅳ;其中,搅拌速度为270r/min;
(5)将A-171有机硅单体加至剩余溶液Ⅰ中,并和剩余溶液Ⅱ同时滴入溶液Ⅳ中搅拌,在78℃条件下保温反应1.5h后,降温至50℃左右,滴加甲基丙烯酸六氟丁酯并搅拌反应30min,制得溶液Ⅴ,用氨水调解溶液Ⅴ的pH值至7左右,过滤制得硅丙改性乳液;其中,搅拌速度为270r/min。
将实施例1至5制备的硅丙改性乳液防水剂进行性能检测,获得的结果如下表1所示。其中,检测是在NJ-160A净浆搅拌机中搅拌2分钟,依据GB/T17669.4-1999标准和GB/T17669.3-1999标准实验方法进行物理性能和力学性能测试。
表1实施例1至5制备的防水剂的各项性能测试结果
通过表1可知,本发明制备的防水剂,其稳定性强,乳胶膜吸水率低,转化率高。其中,固含量相对较高,不仅增加了成膜的密度,在生产中还有利于降低能耗和减小运输成本。
实施例1至5制备的防水剂的应用:将实施例1至5制备的防水剂与脱硫石膏混合,其中,防水剂的质量分数为1.5%,脱硫石膏的质量分数为98.5%。将添加防水剂的脱硫石膏进行性能检测,并与未添加防水剂的脱硫石膏(对比例)进行性能比对,获得的结果如下表2所示。
表2添加防水剂和未添加防水剂的脱硫石膏的性能对照表
通过表2可知,将防水剂混掺于脱硫石膏中时,且只需要添加1.5%的防水剂,即可使得其软化系数达到0.6左右,且湿抗压的性能优于为添加防水剂的脱硫石膏的性能。由此可知,采用本发明脱硫石膏防水剂在脱硫石膏性能方面具有显著的改进作用。
对比例1
基本步骤与实施例1相同,不同之处在于原料中不添加功能单体。具体组分及制备方法如下所示:
防水剂组分及其含量:丙烯酸异辛酯12份、甲基丙烯酸异冰片酯21份、十二烷基苯磺酸钠1.5份、十八胺聚氧乙烯醚3份、A-171有机硅2份、甲基丙烯酸六氟丁酯2份、去离子水60.5份、过硫酸钾0.5份和碳酸氢钠0.7份。
制备方法包括如下步骤:
(1)按上述配比将丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1.125份的十八胺聚氧乙烯醚、2.25份的十二烷基苯磺酸钠和15份去离子水进行混合,强力搅拌30min,制成溶液Ⅰ;
(2)将过硫酸钾溶入18.5份去离子水中,配成引发剂溶液Ⅱ;
(3)将剩余的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和27份去离子水加入反应釜中,搅拌溶解,升温至60℃制成溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中滴加1/5的溶液Ⅰ和1/3的溶液Ⅱ搅拌后,升温至78℃左右,反应30min制成乳液Ⅳ;其中,搅拌速度为270r/min;
(5)将A-171有机硅单体加至剩余溶液Ⅰ中,并和剩余溶液Ⅱ同时滴入溶液Ⅳ中搅拌,保温反应1.5h后,降温至50℃以下,滴加甲基丙烯酸六氟丁酯并搅拌30min,制得溶液Ⅴ,用氨水调解溶液Ⅴ的pH值至7左右,过滤制得硅丙改性乳液;其中,搅拌速度为270r/min。
将该对比例制备的防水剂进行性能检测,获得的结果如下表3所示。
表3实施例1和对比例1制备的防水剂的各项性能测试结果
通过表3可知,在原料中不添加功能单体丙烯酸的性能较差,这是由于丙烯酸的加入,增加了乳胶粒表面的-COOH,而-COOH可与邻近乳胶粒表面的-SiOH发生交联反应,从而提高了乳胶膜的耐水性和单体转化率。
对比例2
基本步骤与实施例1相同,不同之处在于原料中不添加有机硅单体。具体组分及制备方法如下所示:
防水剂组分及其含量:丙烯酸异辛酯10份、甲基丙烯酸异冰片酯20份、丙烯酸3份、十二烷基苯磺酸钠1.5份、十八胺聚氧乙烯醚3份、甲基丙烯酸六氟丁酯3份、去离子水60.5份、过硫酸钾0.5份和碳酸氢钠0.7份。
制备方法包括如下步骤:
(1)按上述配比将丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1.125份的十八胺聚氧乙烯醚、2.25份的十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸和15份去离子水进行混合,强力搅拌30min,制成溶液Ⅰ;
(2)将过硫酸钾溶入18.5份去离子水中,配成引发剂溶液Ⅱ;
(3)将剩余的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和27份去离子水加入反应釜中,搅拌溶解,升温至60℃制成溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中滴加1/5的溶液Ⅰ和1/3的溶液Ⅱ搅拌后,升温至78℃左右,反应30min制成乳液Ⅳ;其中,搅拌速度为270r/min;
(5)将剩余溶液Ⅰ和剩余溶液Ⅱ同时滴入溶液Ⅳ中搅拌,保温反应1.5后,降温至50℃以下,滴加甲基丙烯酸六氟丁酯并搅拌30min,制得溶液Ⅴ,用氨水调解溶液Ⅴ的pH值至7左右,过滤制得硅丙改性乳液;其中,搅拌速度为270r/min。
将该对比例制备的防水剂进行性能检测,获得的结果如下表4所示。
表4实施例1和对比例2制备的防水剂的各项性能测试结果
通过表4可知,在原料中不添加有机硅单体的性能较差,这是由于添加有机硅单体,能够与甲基丙烯酸六氟丁酯相互作用,进而提高乳胶膜的韧性和交联度,极大地提高乳液防水剂的耐水性能和附着力。
实施例6
防水剂组分及其含量:甲基丙烯酸缩水甘油酯10份、丙烯酸羟丙酯2份、十二烷基苯磺酸钠2份、十八胺聚氧乙烯醚2份、A-171有机硅3份、A-187有机硅3份、甲基丙烯酸十二氟庚酯1份、去离子水55份、过硫酸钠0.4份和碳酸氢钠0.5份。
制备方法包括如下步骤:
(1)按上述配比将甲基丙烯酸缩水甘油酯、1份的十八胺聚氧乙烯醚、1.5份的十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸羟丙酯和15份去离子水进行混合,强力搅拌30min,制成溶液Ⅰ;
(2)将过硫酸钠溶入15份去离子水中,配成引发剂溶液Ⅱ;
(3)将剩余的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和25份去离子水加入反应釜中,搅拌溶解,升温至50℃制成溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中滴加1/6的溶液Ⅰ和1/4的溶液Ⅱ搅拌后,升温至75℃左右,反应60min制成乳液Ⅳ;其中,搅拌速度为280r/min;
(5)将A-171有机硅单体和A-187有机硅加至剩余溶液Ⅰ中,并和剩余溶液Ⅱ同时滴入溶液Ⅳ中搅拌,在75℃条件下保温反2h后,降温至50℃左右,滴加甲基丙烯酸十二氟庚酯并搅拌30min,制得溶液Ⅴ,用氨水调解溶液Ⅴ的pH值至8左右,过滤制得硅丙改性乳液;其中,搅拌速度为280r/min。
实施例7
防水剂组分及其含量:丙烯酸异辛酯15份、甲基丙烯酸异冰片酯25份、丙烯酰胺5份、十二烷基苯磺酸钠1份、十八胺聚氧乙烯醚3份、A-171有机硅3份、甲基丙烯酸六氟丁酯3份、去离子水65份、过硫酸铵0.6份和碳酸氢钠0.5份。
制备方法包括如下步骤:
(1)按上述配比将丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异冰片酯、0.75份的十八胺聚氧乙烯醚、2.75份的十二烷基苯磺酸钠、丙烯酰胺和15份去离子水进行混合,强力搅拌30min,制成溶液Ⅰ;
(2)将过硫酸钠溶入20份去离子水中,配成引发剂溶液Ⅱ;
(3)将剩余的十八胺聚氧乙烯醚和十二烷基苯磺酸钠、碳酸氢钠和30份去离子水加入反应釜中,搅拌溶解,升温至70℃制成溶液Ⅲ;
(4)向溶液Ⅲ中滴加1/4的溶液Ⅰ和1/2的溶液Ⅱ搅拌后,升温至80℃左右,反应30min制成乳液Ⅳ;其中,搅拌速度为260r/min;
(5)将A-171有机硅单体加至剩余溶液Ⅰ中,并和剩余溶液Ⅱ同时滴入溶液Ⅳ中搅拌,在80℃条件下保温反2h后,降温至40℃左右,滴加甲基丙烯酸六氟丁酯并搅拌30min,制得溶液Ⅴ,用氨水调解溶液Ⅴ的pH值至8左右,过滤制得硅丙改性乳液;其中,搅拌速度为260r/min。
将上述实施例6和7制备的防水剂进行性能检测,获得的结果如下表5所示。
表5实施例6和7制备的防水剂的各项性能测试结果
通过表5可知,本发明制备的防水剂,其稳定性强,乳胶膜吸水率低,转化率高。该实施例7中,十八胺聚氧乙烯醚还可为1份,十二烷基苯磺酸钠为2份;或者十八胺聚氧乙烯醚还为2份,十二烷基苯磺酸钠为3份。
通过上述实施例可知,本发明通过将丙烯酸单体、功能单体、乳化剂、有机硅、改性剂、引发剂、碳酸氢钠和去离子水进行复配,制备的防水剂不仅转化率高、乳胶膜吸水率地,且稳定性强、耐候性和抗冻融性高、耐水性、分散性和附着力强;同时其合成工艺简便、经济环保;此外,其应用于脱硫石膏防水,能够在脱硫石膏晶体上形成一层坚固的疏水薄膜,且不影响脱硫石膏的晶型结构。