CN114920496B - 一种防水材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防水材料及其制备方法和应用，属于防水技术领域。本发明提供的防水材料包括A组分和B组分，以质量份数计，所述A组分包括：水溶性合成树脂5～30份、矿物质填料100～200份、无机补强剂1～3份、催化剂0.5～5份、助剂0.11～2份和第一稀释剂85～250份；所述B组分包括：交联剂0.01～15份和第二稀释剂2～5份。本发明提供的防水材料流动性好、渗透性强，固化成型后柔韧性好、强度高，具有形状适应性特征，同时具有抗老化、耐腐蚀、抗开裂等突出优势。

Description

一种防水材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及防水技术领域，尤其涉及一种防水材料及其制备方法和应用。
背景技术
在公路、隧道、建筑等工程建设领域，防水、堵水的问题一直以来是一个难题。长期的渗漏直接或者间接的破坏工程总体的结构、影响使用寿命，严重时甚至会影响到人们的安全，所以工程中防水体系的建设就显得尤为重要。目前，市场上的防水材料有很多种，如：聚合物砂浆、硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、聚氨酯防水材料、防水卷材等。
但现有防水材料仍然存在一定的局限性，比如以无机材料为主体的聚合物砂浆、硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥因干燥过程体积收缩大，固化后易出现微小裂缝，难以解决渗水、漏水问题；另外，材料为强碱性体系，对环境产生不良影响；也因防腐性能和耐水性能差，材料在环境中经历物理和化学变化过程，造成空隙加大、开裂、松动，导致防护失效。高聚物沥青改性的防水卷材应用场合具有明显的局限性，存在搭接缝极易形成薄弱点造成漏水问题。特别的，现有防水材料普遍存在粘度大、流动性差的特点，难以解决微裂纹和内部裂纹的修补问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防水材料及其制备方法和应用，本发明提供的防水材料流动性好、渗透性强，固化成型后柔韧性好、强度高、具有形状适应性特征，同时具有抗老化、耐腐蚀、抗开裂等突出优势。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种防水材料，包括A组分和B组分，以质量份数计，
所述A组分包括：水溶性合成树脂5～30份、矿物质填料100～200份、无机补强剂1～3份、催化剂0.5～5份、助剂0.11～2份和第一稀释剂85～250份；
所述B组分包括：交联剂0.01～15份和第二稀释剂2～5份。
优选的，所述水溶性合成树脂的分子量为10万～40万，所述水溶性合成树脂包括羟基丙烯酸乳液、羟基苯丙乳液和聚乙烯醇中的一种或多种。
优选的，所述矿物质填料包括碳酸钙、氧化钙、氧化铝、硫酸钙、云母粉和高岭土中的一种或多种；所述矿物质填料的目数为800～4000目。
优选的，所述无机补强剂包括玻璃粉、磷酸二氢钠和磷酸二氢铝中的一种或者多种；
所述助剂包括润湿分散剂和消泡剂。
优选的，所述催化剂包括硫酸溶液、磷酸溶液、乙酸溶液、盐酸溶液、氢氧化钠和氢氧化钙中的一种。
优选的，所述第一稀释剂和第二稀释剂独立地包括水、乙醇和乙酸乙酯中的一种或多种。
优选的，所述交联剂包括三偏磷酸钠、三聚磷酸钠、甲醛、戊二醛、环氧氯丙烷和三氯氧磷中的一种或多种。
优选的，包括以下步骤：将水溶性合成树脂、矿物质填料、无机补强剂、催化剂、助剂和第一稀释剂混合，得到防水材料的A组分；
将交联剂和第二稀释剂混合，得到防水材料的B组分。
本发明提供了上述方案所述防水材料或上述方案所述制备方法制备得到的防水材料在防水领域中的应用。
优选的，所述应用的方法包括：将A组分和B组分混合，得到混合物，将所述混合物施加到待防水部位。
本发明提供了一种防水材料，包括A组分和B组分，以质量份数计，所述A组分包括：水溶性合成树脂5～30份、矿物质填料100～200份、无机补强剂1～3份、催化剂0.5～5份、助剂0.11～2份和第一稀释剂85～250份；所述B组分包括：交联剂0.01～15份和第二稀释剂2～5份。本发明的防水材料为水基的有机-无机复合材料，采用原位固化的方法平衡应用中对渗透性和强度的需求。固化前，粘度低，流动性强，渗透性好，到达填充部位后固化成固体形态，建立可观的强度，起到防水堵漏效果。本发明的防水材料因含有亲水的有机聚合物，因此具有柔韧性好、抗开裂的特性，吸水会膨胀，体现出对裂缝的形状适应性。该体系能够根据具体的应用需求，通过调整组分间的配比，达到固化时间、渗透性、强度等性能可控性调整。
本发明的防水材料通过A组分和B组分在修复部位原位形成交联网络复合材料达到防水目标。可采用注浆、刷涂、滚涂等施工方式施工。广泛适用于公路工程建设中隧道、桥梁等的防水，也可以用于建筑物地下室、屋顶等防水工程的建设和修补。
本发明的防水材料粘度低，易于流动，适用注浆工艺，并能够渗透到深层的细小裂缝中。防水材料到达防护和修复部位后原位固化、延展式交联，形成固态的网络状高分子聚合物-无机矿物质复合防水材料。同时渗透到周围基材中，形成有效粘接，建立突出的防开裂性能。因此，针对于传统材料难以修复的诸如因微裂纹形成的渗水问题具有突出的防护和修复效果。
本发明防水材料形成的交联网络结构复合材料为一种高柔韧性防水材料，具有吸水膨胀的特性，因其具备良好形变能力，体现出突出的形成状适应性，所以在抗收缩、开裂等方面具有突出的优势。
实际应用时，粘度、交联速度、材料强度可依据需求，通过对A组分进行稀释及A组分和B组分的配比做出调整，以获得适用性好的防水材料***。
进一步的，本发明的稀释剂为水、乙醇和乙酸乙酯中的一种或多种，安全环保。
附图说明
图1为防水材料制备及固化过程示意图；
图2为防水材料在沙土基材中的渗透及固化效果；
图3为防水材料与岩石块粘接效果图；
图4为防水材料在隧道防水应用中的效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种防水材料，包括A组分和B组分，以质量份数计，
所述A组分包括：水溶性合成树脂5～30份、矿物质填料100～200份、无机补强剂1～3份、催化剂0.5～5份、助剂0.11～2份和第一稀释剂85～250份；
所述B组分包括：交联剂0.01～15份和第二稀释剂20～50份。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
下面先对A组分进行说明。
以质量份数计，所述A组分包括水溶性合成树脂5～30份，优选为10～25份，更优选为15～20份。在本发明中，所述水溶性合成树脂的分子量优选为10万～40万，更优选为15万～35万，进一步优选为20～30万。在本发明中，所述水溶性合成树脂优选包括羟基丙烯酸乳液、羟基苯丙乳液和聚乙烯醇中的一种或多种。在本发明中，所述聚乙烯醇具体可以为PVA105、PVA117、PVA124、PVA205、PVA217、PVA224、PVA2488、PVA0588、PVA0388、PVA17-99、PVA17-88、PVA17-78、PVA05-88、PVA05-78。在本发明中，所述水溶性合成树脂的作用是作为有机粘结相，提供良好的柔韧性和抗开裂性能。交联固化后，形成客观的强度。
以所述水溶性合成树脂的质量份数为基准，所述A组分包括矿物质填料100～200份，优选为120～180份，更优选为140～160份。在本发明中，所述矿物质填料优选包括碳酸钙、氧化钙、氧化铝、硫酸钙、云母粉和高岭土中一种或多种；当所述矿物质填料包括上述物质中的多种时，本发明对各矿物质填料的种类没有特殊要求，任意配比均可。在本发明中，所述矿物质填料的目数优选为800～4000目，更优选为1000～3000目，进一步优选为1500～2500目。在本发明中，所述矿物质填料起到补强、增韧、结构支撑及填充的作用。
以所述水溶性合成树脂的质量份数为基准，所述A组分包括无机补强剂1～3份，优选为1.5～2.5份，更优选为1.8～2.2份。在本发明中，所述无机补强剂优选包括玻璃粉、磷酸二氢钠和磷酸二氢铝中的一种或者多种，当所述无机补强剂包括上述物质中的多种时，本发明对各无机补强剂的配比没有特殊要求，任意配比均可。在本发明中，所述无机补强剂的作用是增强材料本身及对基底的机械强度。
以所述水溶性合成树脂的质量份数为基准，所述A组分包括催化剂0.5～5份，优选为1～4份，更优选为2～3份。在本发明中，所述催化剂优选包括硫酸溶液、磷酸溶液、乙酸溶液、盐酸溶液、氢氧化钠和氢氧化钙中的一种。在本发明中，所述硫酸溶液的质量浓度优选为10～20％；所述磷酸溶液的质量浓度优选为25～30％；所述乙酸溶液的质量浓度优选为30～50％；所述盐酸溶液的质量浓度优选为10～20％。所述氢氧化钠和氢氧化钙优选以水溶液的形式使用，所述催化剂的质量份数指的是纯溶质的质量。
以所述水溶性合成树脂的质量份数为基准，所述A组分包括助剂0.11～2份，优选为0.5～1.8，更优选为0.8～1.5份。在本发明中，所述助剂优选包括润湿分散剂和消泡剂，所述润湿分散剂和消泡剂的质量比优选为1:1。本发明对所述润湿分散剂和消泡剂的种类没有特殊要求，本领域熟知的润湿分散剂和消泡剂均可。具体的，所述润湿分散剂可以为TEGO Dispers 655、TEGO Dispers 735W、TEGO Dispers 740W、TEGO Dispers 750W、TEGODispers 755W、TEGO Dispers 760W、ZetaSperse 2500、ZetaSperse 3100、ZetaSperse3400、ZetaSperse 3600、Disper BYK-180、Disper BYK-190、Disper BYK-191、Disper BYK-23160、Disper BYK-2010、Triton CF-10、Triton X-405、Triton OT-75、Triton X-100、OROTAN 731A、SN 5040和Additol VXW 6208/60中的一种或多种；所述消泡剂可以为BYK-019、BYK-023、BYK-024、BYK-034、BYK 1780、TEGO FOAMEX 810、Tego Foamex 825、TEGOFOAMEX 920、TEGO FOAMEX 1488、TEGOAirex 904W、FoamStar 2410AC、FOAMSTAR SI 2250和Foamaster 328中的一种或多种。
以所述水溶性合成树脂的质量份数为基准，所述A组分包括第一稀释剂85～250份，优选为100～220份，更优选为120～200份。本领域技术人员可以根据粘度需求，在上述范围内进一步优化第一稀释剂的用量。在本发明中，所述第一稀释剂优选为水、乙醇和乙酸乙酯中的一种或多种，更优选为水。
下面对B组分进行说明。
以质量份数计，所述B组分包括交联剂0.01～15份，优选为0.1～14份，更优选为1～10份。在本发明中，所述交联剂优选包括三偏磷酸钠、三聚磷酸钠、甲醛、戊二醛、环氧氯丙烷和三氯氧磷中的一种或多种。当所述交联剂包括上述物质中的多种时，本发明对各交联剂的配比没有特殊要求，任意配比均可。
以所述交联剂的质量份数为基准，所述B组分包括第二稀释剂2～5份，优选为2.5～4.5份，更优选为3～4份。在本发明中，所述第二稀释剂优选为水、乙醇和乙酸乙酯中的一种或多种，更优选为水。
本发明提供了上述方案所述防水材料的制备方法，包括以下步骤：将水溶性合成树脂、矿物质填料、无机补强剂、催化剂、助剂和第一稀释剂混合，得到防水材料的A组分；
将交联剂和第二稀释剂混合，得到防水材料的B组分。
本发明将水溶性合成树脂、矿物质填料、无机补强剂、催化剂、助剂和第一稀释剂混合优选包括：先将水溶性合成树脂与稀释剂混合，然后再向所得混合体系中加入矿物质填料、无机补强剂、催化剂和助剂。
本发明对所述交联剂和第二稀释剂混合的过程没有特殊要求，能够将二者混合均匀即可。
下面结合图1对本发明防水材料的制备方法进行详细说明。如图1所示，本发明先将水溶性合成树脂加入到第一稀释剂中，然后向所得混合体系中加入矿物质填料、无机补强剂、催化剂和助剂，得到A组分；将交联剂和第二稀释剂混合，得到B组分；A组分和B组分混合后水溶性合成树脂会在交联剂的作用下发生交联反应。
本发明提供了上述方案所述防水材料或上述方案所述制备方法制备得到的防水材料在防水领域中的应用。
在本发明中，所述应用的方法优选包括：将A组分和B组分混合，得到混合物，将所述混合物施加到待防水部位。
在本发明中，所述施加的方式优选为注浆、刷涂或滚涂，本发明对此不做特殊限定，本领域技术人员可以根据实际需求确定。本发明对待防水部位没有特殊的限定，本发明的防水材料广泛适用于公路工程建设中隧道、桥梁等的防水，也可以用于建筑物地下室、屋顶等防水工程的建设和修补。
在本发明中，所述防水材料中A组分和B组分的质量比优选为100：(0.001～0.1)，进一步优选为100：(0.01～0.09)，更优选为100：(0.03～0.07)。本领域技术人员可以根据实际需求选择合适的A组分和B组分的质量比，如当需要加快交联速度时，可以增大B组分的用量。当本领域技术人员要求粘度较低时，在将A组分和B组分混合前，优选对A组分进行适当稀释。所述稀释用稀释剂优选为水、乙醇或乙酸乙酯。
在本发明中，A组分和B组分混合后，交联剂与水溶性合成树脂中的羟基(-OH)发生化学键合，形成网络状结构，发生原位固化，同时渗透到周围基材中，形成有效粘接，建立突出的防开裂性能。因此，针对于传统材料难以修复的诸如因微裂纹形成的渗水问题具有突出的防护和修复效果。
下面结合实施例对本发明提供的防水材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
称取分子量为12～15万的聚乙烯醇8.62g和水130g加入烧杯中，快速搅拌均匀，加入云母粉110g，均匀分散其中，然后加入磷酸二氢钠2.2g，加入0.1g的BYK-024和质量份数为18％的盐酸溶液2.3g，搅拌均一，得到A组分。将0.05g交联剂三聚磷酸钠加入5g的水中，得到B组分。
应用例1
将实施例1中配制好的B组分加入到A组分中，快速搅拌均匀，得到注浆液。
为获得不同漏水、渗水等施工环境下的广泛适用性，调整配比以获得目标性能。以下设计实验形成材料配比与固化时间之间的影响关系，如表1所示。
表1配比与固化时效关系检测结果
Figure BDA0003730153440000071
针对于配比3，参照GB/T 1.1-2009的标准测得柔性防水材料的理化性能指标如表2所示，材料有害物质含量的检测结果如表3所示。
表2防水材料性能检测结果
Figure BDA0003730153440000072
Figure BDA0003730153440000081
表3防水材料中有害物质含量检测结果
项目 有害物质限量
挥发性有机化合物(VOC)/(g/L) 80g/L
游离甲醛/mg/kg 100mg/kg
苯、甲苯、乙苯和二甲苯总和/(g/kg) 200g/kg
氨/mg/kg 450mg/kg
根据表2和表3可知，实施例1的防水材料在强度、伸长率、耐酸、耐碱等性能上有显著优势，测试的结果能够满足标准要求，从安全环保、经济实用等方向大有应用前景。
实施例2
用水性羟基丙烯酸乳液和聚乙烯醇混合体系作为有机相组分获得防水材料，测试材料与石块的粘接情况：
在实验室称取水性羟基丙烯酸乳液8.0g、聚乙烯醇2.0g和水100g加入烧杯中，快速搅拌均匀，加入0.5g分散剂OROTAN 731A，云母粉120g，高速分散至均匀。然后加入无机补强剂磷酸二氢钠1.8g，加入0.1g的BYK-024和质量浓度为18％的盐酸溶液2.3g，搅拌均一得到A组分。将0.1g交联剂甲醛加入2.0g的水中，得到B组分。
应用例2
将配制好的B组分加入到A组分中(B组分与A组分的质量比为1:1000)，快速搅拌均匀，得到注浆液，然后将注浆液和石块进行粘接，待固化后发现该材料能够牢固的粘住石块，这说明该材料在石块界面附着力强，密封性好，粘接性能较佳，结果如图3所示。
应用例3
以实施例1所述制备方法制备防水材料，用以应用检测实验。
步骤a：将制备获得防水材料的A组分用水稀释，稀释比例为防水材料：水＝100:30，搅拌均匀后防水材料具有低粘度、高流动性和高渗型特征。然后加入实施例1所述制得的B组分，稀释后的A组分：B组分＝326：0.55，快速搅拌均匀，制得防水注浆材料。控制固化时效为35min。
步骤b：将需要堵水的较大裂缝用水泥砂浆等做简单的填充处理。根据漏水点的多少、水量大小等设计好注浆点密度，每隔0.1～0.5米设计一根注胶钉。连接好注浆管道后开动注浆机开始注浆。当观察到防水材料从缝隙中溢出时，停止注浆，拧紧螺丝，待注入的防水材料固化。
经过实际施工验证，发现该材料能够解决严重漏水、渗水环境下隧道的防水堵漏等问题，结果如图4所示。证实其工程化应用的巨大潜能，进而说明本发明提供的防水材料对于市场的产业化及应用有很高的价值和研究意义。
应用例4
模拟实际应用现场，取500g沙石和土壤的混合体，取实施例1配好的A组分50g，加入0.05g B组分，搅拌均匀，滴在样土表面，待表干固化后，将烧杯180°翻转，观察是否牢固的粘接了砂石和土壤，再用力拍打烧杯外壁，查看其粘接是否松动，记录浆液渗透深度，从而对该材料做出相应的判断。结果如图2所示。由图2可知，所配浆液能够通过土壤的孔隙进行渗透，同时也发生交联反应，在沙土结构作为基底和框架，该材料不断延伸固化、铺展固化，从而将砂石和土壤的混合体锚固，进而控制了沙土的松动状态，也密封了细微的孔隙，起到了固定和防水的双重效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种防水材料，包括A组分和B组分，其特征在于，以质量份数计，
所述A组分包括：水溶性合成树脂5～30份、矿物质填料100～200份、无机补强剂1～3份、催化剂0.5～5份、助剂0.11～2份和第一稀释剂85～250份；所述水溶性合成树脂的分子量为10万～40万，所述水溶性合成树脂包括羟基丙烯酸乳液、羟基苯丙乳液和聚乙烯醇中的一种或多种；所述催化剂包括硫酸溶液、磷酸溶液、乙酸溶液、盐酸溶液、氢氧化钠和氢氧化钙中的一种；
所述B组分包括：交联剂0.01～15份和第二稀释剂2～5份；所述交联剂包括三偏磷酸钠、三聚磷酸钠、甲醛、戊二醛、环氧氯丙烷和三氯氧磷中的一种或多种；
所述防水材料中A组分和B组分的质量比为100：(0.001～0.1)。
2.根据权利要求1所述的防水材料，其特征在于，所述矿物质填料包括碳酸钙、氧化钙、氧化铝、硫酸钙、云母粉和高岭土中的一种或多种；所述矿物质填料的目数为800～4000目。
3.根据权利要求1所述的防水材料，其特征在于，所述无机补强剂包括玻璃粉、磷酸二氢钠和磷酸二氢铝中的一种或者多种；
所述助剂包括润湿分散剂和消泡剂。
4.根据权利要求1所述的防水材料，其特征在于，所述第一稀释剂和第二稀释剂独立地包括水、乙醇和乙酸乙酯中的一种或多种。
5.权利要求1～4任一项所述防水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水溶性合成树脂、矿物质填料、无机补强剂、催化剂、助剂和第一稀释剂混合，得到防水材料的A组分；
将交联剂和第二稀释剂混合，得到防水材料的B组分。
6.权利要求1～4任一项所述防水材料或权利要求5所述制备方法制备得到的防水材料在防水领域中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述应用的方法包括：将A组分和B组分混合，得到混合物，将所述混合物施加到待防水部位。
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