一种抗渗油水性节能防水涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及防水涂料，尤其涉及老旧沥青卷材屋面修缮用的防水涂料，具体涉及一种抗渗油水性节能防水涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、存量房屋的数量与面积越来越大，一般在几年之后都建议对防水工程进行翻新，通常的老旧小区的屋面防水大多采用沥青类卷材为主的传统做法，随着时代的进步，发展成为以沥青卷材结合防水涂料的做法。沥青卷材中通常会添加改性油和改性用的sbs弹性体等，但随着使用年限的增长，沥青卷材中添加的改性油会迁移出来，导致改性用的sbs弹性体离析，沥青卷材开始变脆、粉化开裂，从而失去防水功能。

2、针对上述问题，理想的情况是开发一款适合屋面直接外露的高耐候、与老旧沥青基面形成满粘的功能高分子涂料，当用于屋面防水工程翻修时，无需铲除原有屋面材料、无需保护层，不仅可以提高建筑使用寿命，而且还能减少建筑垃圾制造等。

3、目前市面上常用的屋面防水涂料有丙烯酸、聚氨酯等体系，各体系各有特点。近年来，随着国家对环境问题的重视，严格的环保法规和政策相继出台，丙烯酸防水涂料作为一种无毒无害的水性环保材料逐渐受到市场的青睐。同时丙烯酸涂料相对轻巧，使用它进行修缮不会给建筑物增加过多的负荷，这对于老旧建筑结构来说尤为重要，可以减轻屋面的负荷，降低结构受力和老化速度。另外相对于黑色的沥青屋面，丙烯酸防水涂料有更多的颜色选择，在热带及亚热带地区，浅色的屋面系统能有效的降低建筑物内部温度，减少空调制冷的能耗。然而，实践发现，将目前市面上的丙烯酸防水涂料直接应用于沥青卷材上，随着时间的增长，沥青中的油脂会逐渐向丙烯酸涂层渗透，导致丙烯酸涂层发黄发黑，大幅度降低了其太阳反射率；且渗入进去的油脂与涂料中的成分会发生相互作用，影响涂料的性能和稳定性，导致丙烯酸涂料失去柔韧性、弹性和耐久性，从而降低了防水性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种改进的防水涂料，将其应用于沥青卷材上时能够有效地阻止沥青中的油脂等物质迁移，提供有效的修缮与防水功效，且耐候性优异。

2、本发明同时提供了一种上述防水涂料的制备方法。

3、本发明同时提供了一种上述防水涂料在修缮沥青卷材屋面防水系统中的应用，或者在制备以沥青卷材作为基材的防水材料中的应用。

4、为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：

5、一种防水涂料，该防水涂料的原料包括水、硅烷接枝改性的丙烯酸乳液、第一填料；

6、所述硅烷接枝改性的丙烯酸乳液通过使乙烯基硅烷与丙烯酸乳液混合反应制成；其中，以质量百分含量计，所述乙烯基硅烷的添加量占所述丙烯酸乳液中的丙烯酸树脂的添加量的8％-15％；

7、所述第一填料包括钛白粉以及改性纳米二氧化钛和/或改性纳米氧化锌，所述钛白粉与所述改性纳米二氧化钛和/或改性纳米氧化锌的投料质量比为0.5-3∶1，所述改性纳米二氧化钛、所述改性纳米氧化锌各自独立地含有双键基团，所述钛白粉的粒径为所述改性纳米二氧化钛和/或改性纳米氧化锌的粒径的5-50倍。

8、根据本发明的一些优选且具体的方面，所述钛白粉的粒径为所述改性纳米二氧化钛和/或改性纳米氧化锌的粒径的5-30倍。

9、在本发明的一些优选实施方式中，所述钛白粉的粒径为0.3-0.6μm，所述改性纳米二氧化钛和/或改性纳米氧化锌的粒径为20-60nm。

10、根据本发明的一些优选方面，所述钛白粉为金红石型钛白粉，其能够在可见光(0.45-0.7μm)和近红外(0.7-2.5μm)区域具有高光谱反射率。

11、根据本发明的一些优选方面，所述改性纳米二氧化钛通过使式(ⅰ)所示化合物与纳米二氧化钛反应制成；

12、式(ⅰ)中，r1选自c1-6烷基，r2、r3、r4独立地选自h或c1-6烷基。

13、根据本发明的一些优选方面，所述式(ⅰ)所示化合物与所述纳米二氧化钛的投料质量比为4-10∶1。

14、在本发明的一些实施方式中，r1选自甲基、乙基或丙基。

15、在本发明的一些实施方式中，r2、r3、r4独立地选自h、甲基、乙基或丙基。

16、在本发明的一些实施方式中，r2、r3、r4独立地选自h。

17、根据本发明的一个具体方面，所述式(ⅰ)所示化合物为甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)。

18、根据本发明的一些优选且具体的方面，所述改性纳米二氧化钛的制备方法包括：

19、在三氯化铝和对苯二酚的存在下，使所述式(ⅰ)所示化合物与所述纳米二氧化钛在溶剂中、在50-75℃下反应，生成所述改性纳米二氧化钛。

20、在本发明的一些实施方式中，以质量百分含量计，所述三氯化铝的添加量为所述纳米二氧化钛的添加量的10％-30％。

21、在本发明的一些实施方式中，以质量百分含量计，所述对苯二酚的添加量为所述纳米二氧化钛的添加量的5％-15％。

22、在本发明的一些实施方式中，在制备所述改性纳米二氧化钛的过程中，所述溶剂为四氢呋喃，优选干燥的四氢呋喃。

23、在本发明的一些实施方式中，制备所述改性纳米二氧化钛的实施方式包括：

24、将纳米二氧化钛、甲基丙烯酸缩水甘油酯(gma)和alcl3添加到含有氢醌(对苯二酚)的干燥四氢呋喃(thf)中，并将混合物在冰浴中超声；

25、将超声所得分散液转移至装有冷凝器的烧瓶中，置于油浴中，并使用磁力搅拌器搅拌，反应后，离心，洗涤沉淀物，干燥。

26、根据本发明的一些优选方面，所述改性纳米氧化锌通过使式(ⅱ)所示化合物与纳米氧化锌反应制成；

27、式(ⅱ)中，r5、r6、r7独立地选自c1-6烷基，a不存在或a为c1-6烷基。

28、根据本发明的一些优选方面，所述式(ⅱ)所示化合物与所述纳米氧化锌的投料质量比为0.05-0.30∶1。

29、根据本发明的一些优选且具体的方面，所述改性纳米氧化锌的制备方法包括：

30、将所述纳米氧化锌在苯类溶剂中超声分散，添加所述式(ⅱ)所示化合物，在75-85℃下反应，生成所述改性纳米氧化锌。

31、在本发明的一些实施方式中，制备所述改性纳米氧化锌的实施方式包括：

32、将纳米氧化锌加入苯类溶剂中超声分散，然后加入式(ⅱ)所示化合物，在回流条件下反应，反应后离心分离，洗涤沉淀物，干燥。

33、本发明中，纳米氧化锌、纳米二氧化钛能够被改性的机理是它们表面存在着羟基，而羟基是它们结合空气中的水而形成，具体形成机理为现有技术，在此不做具体赘述。

34、在本发明的一些实施方式中，所述乙烯基硅烷为选自乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和烯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的组合。

35、在本发明的一些实施方式中，所述丙烯酸乳液的固含量为49％-56％。

36、根据本发明的一些优选方面，所述硅烷接枝改性的丙烯酸乳液的制备方法包括：

37、将所述乙烯基硅烷、乳化剂加入水中并预乳化，得到预乳化液；

38、向所述丙烯酸乳液中分批次加入所述预乳化液，在加热条件下反应，得到所述硅烷接枝改性的丙烯酸乳液。

39、在本发明的一些实施方式中，所述乳化剂为市售常见的非离子乳化剂或阴离子乳化剂。

40、在本发明的一些实施方式中，控制所述加热条件的加热温度以使所述反应在75-85℃下进行。

41、在本发明的一些实施方式中，采用滴加的方式实现所述预乳化液的分批次加入。

42、根据本发明的一些优选方面，以质量百分含量计，该防水涂料的原料中，水占10％-20％，硅烷接枝改性的丙烯酸乳液占48％-55％，第一填料占2％-8％。

43、在本发明的一些优选实施方式中，以质量百分含量计，该防水涂料的原料中，第一填料占3％-8％。

44、在本发明的一些实施方式中，该防水涂料的原料还包括第二填料、ph值调节剂、分散剂、成膜助剂、增稠剂和消泡剂，所述第二填料为选自重质碳酸钙、轻质碳酸钙、纳基膨润土和高岭土中的一种或多种的组合。

45、进一步地，以质量百分含量计，该防水涂料的原料中，第二填料占20％-30％，ph值调节剂占0.1％-1％，分散剂占0.1％-1％，成膜助剂占0.1％-1％，增稠剂占0.1％-1％，消泡剂占0.1％-1％。

46、在本发明的一些实施方式中，所述ph值调节剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇和/或氨水。

47、在本发明的一些实施方式中，所述分散剂为选自聚丙烯酸铵聚合物、羧酸聚合物钠盐、聚丙烯酸钠中的至少一种。

48、在本发明的一些实施方式中，所述成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯和/或(2-甲基-丙酸、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇)单酯。

49、在本发明的一些实施方式中，所述增稠剂为选自聚氨酯类增稠剂、碱溶胀类增稠剂和纤维素类增稠剂中的一种或多种的组合。

50、在本发明的一些实施方式中，所述消泡剂为选自矿物油消泡剂、有机硅消泡剂和聚合物型消泡剂中的至少一种。

51、本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的防水涂料的制备方法，所述制备方法包括：

52、制备硅烷接枝改性的丙烯酸乳液；

53、将水、ph值调节剂、分散剂、第一填料、第二填料和部分消泡剂混合，得到浆料；

54、将硅烷接枝改性的丙烯酸乳液、成膜助剂、增稠剂、剩余消泡剂和所述浆料混合，混匀。

55、本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的防水涂料在修缮沥青卷材屋面防水系统中的应用。

56、本发明提供的又一技术方案：一种防水材料，该防水材料包括沥青卷材、设置在所述沥青卷材上的防水涂层，所述防水涂层的原料包括上述所述的防水涂料。

57、本发明中，c1-6烷基包括但不限于可以为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、正戊基、异戊基、新戊基等。

58、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

59、基于现有技术在修缮沥青卷材屋面防水系统时存在的问题，本发明的发明人创新地提出了在硅烷接枝改性的丙烯酸乳液的基础上结合具有粒径梯次差的填料组合，尤其是该些填料还具有能够与丙烯酸共聚的双键基团；

60、具体应用过程中，当本发明的防水涂料在干燥过程中，随着水分的蒸发移除，水分被移除所产生的孔隙将被具有粒径梯次差的填料组合所填充堵塞，特别是粒径具有的梯次差形态，使得孔隙能够被填料所最大化填充堵塞，减少了渗油微通道；尤其是，本发明的较小粒径的填料被改性而赋予了双键基团，相当于该些填料粒子的表面被双键所包围或包裹，则在防水涂料干燥成膜的过程中，该些填料粒子不仅实现了堵塞孔隙的目的，而且还能够以表面存在的双键基团参与丙烯酸的成膜，使得该些填料粒子在孔隙中不仅与膜层具有物理结合力，而且还具有化学键抓手，在化学反应过程中，以改性填料粒子表面的双键作为交联锚点，使得聚合物能够在交联过程中形变以进一步挤压和/或填补水分移除后所产生的孔隙通道，而且较小的填料粒子基本围绕较大粒径的钛白粉而填充，当较小粒子被有效锚定固定时，也同时实现了对钛白粉的围绕固定，通过协同的结合方式，使得填料粒子不会轻易地出现：被破坏掉落，或者从孔隙中被挤出或者排出；同时硅烷接枝改性后的丙烯酸具有更多的交联点，使得本发明防水涂料的体系中具有多种交联点，有利于形成互穿且紧凑的交联网络，交联密度得以显著提升，大大地提高了防水涂料所形成涂层的阻隔性能，可阻隔老化沥青内的小分子油往涂层表面迁移，进而提高了涂层的耐水性以及抗渗油性，并且持久稳定性强，能够在较长的时间内保持住涂层的耐水性以及抗渗油性。

61、同时，第一、本发明的防水涂料所形成防水涂层还兼具较高的太阳反射率和发射率，可降低涂层表面温度，尤其是具有粒径梯次差的填料组合能够实现将太阳光进行多次散射，在宽带范围内可表现出增强的整体发射率，从而在“大气窗口”8-14μm之间表现出更高的红外发射率，耐候性更好；第二、本发明的防水涂料可直接涂覆于老旧沥青卷材基面上，无需人工铲除原有防水层、保温层和保护层，节约施工成本，减少建筑垃圾以及其对环境造成的污染和碳排放的增加，节约了维修成本和周期；第三、本发明的防水涂料结合了保温、防水和耐候多种功能，无需额外保护层，降低了建筑荷载，减少建筑材料的使用量，降低了维修工程的建设成本。

62、此外，实践过程中，本发明的防水涂料还获得了出乎意料的耐高温性能，可在40℃甚至高达70℃时仍能保持较好的结构稳定性，抗渗油效果优异。