一种过渡层材料、其制备方法和施工方法与流程

本发明涉建筑防水材料及施工，具体涉及一种用于增强沥青基防水涂料与水泥基层粘结性能的过渡层材料及其施工方法、应用。

背景技术：

1、防水胶料中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(sbs)和丁苯橡胶(sbr)分子内极性基团少，与无机填充材料以及混凝土、塑料、金属、陶瓷等建材界面粘结效果不佳。为促进胶料与各类建材的有效粘结，可在其表面筛选并引入过渡层材料，过渡层材料分为两部分，其中选择一种两亲性低聚物，其作用原理在于它本身有两种基团；一种基团可以和被粘的骨架材料结合；而另一种基团则可以与高分子材料或粘接剂结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大改善了粘接强度。另外一部分，选择一种无机层状硅酸盐改性乳化沥青，通过有机改性层状硅酸盐，使其层间距扩大，有利于沥青后续进入其层间，助于乳化沥青与层状硅酸盐形成良好的三维网络结构，提高整体过渡层的贮存稳定性、力学性能及耐老化性。

2、两亲性低聚物的选择是多样的，其中本发明是针对考察硅烷偶联剂在增强沥青橡胶与水泥基层界面结合力的影响。

3、硅烷偶联剂是一种有机硅化合物，分子中含有有机官能团和可水解基团，一般分子结构为y-si-x，其中y基团(如乙烯基、环氧基等)对有机物具有良好的亲和力，并易于与橡胶等有机物结合。x基团是可以进行水机和缩合的官能团，例如甲氧基、乙酰氧基等。硅烷偶联剂用于改性橡胶骨料与水泥之间的粘结性能。然而，当硅烷偶联剂过多时，会导致偶联剂分子在基体表面重叠，单分子层结构遭到破坏，造成粘结强度下降。

技术实现思路

1、本发明针对防水胶料与建材界面粘结效果不佳，提供一种过渡层材料，分为两个不同配比的体系。首先利用硅烷偶联剂溶液处理水泥基层，并采用红外灯加热方式促进硅烷偶联剂与水泥基层产生化学作用，随后，涂覆一层层状硅酸盐改性乳化沥青层，有助于硅烷偶联剂与上方沥青结合，在界面产生化学键合。改性乳化沥青层与防水胶料中的橡胶沥青可以良好相容，并且通过层状硅酸盐改性乳化沥青，水泥基层的应力可以有效传递至防水胶料层。本过渡层材料一方面提升了高分子胶料与无机填料的界面结合力，另一方面增强了整体防水系统的稳定性及耐老化性。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种过渡层材料，具体包括以下组成：

4、硅烷偶联剂；

5、层状硅酸盐；

6、乳化沥青；

7、本发明设计的过渡层材料包含两层材料，第一层与水泥基层连接的硅烷偶联剂层，第二层为层状硅酸盐(蒙脱土)改性乳化沥青层。由于其中硅烷偶联剂不同，分为两个不同的体系，分别为体系①、体系②。

8、硅烷偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止不与其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于基层界面的耐老化、耐应力性能。

9、第一层硅烷偶联剂层中需利用醇溶剂和水配制硅烷偶联剂醇溶液。在配制过程中，需利用乙酸溶液调配其混合溶液的ph值至4-5，需要注意其混合溶液现配现用，适宜在一个小时内用完。

10、优选地，体系①中的第一层过渡层材料，按照总质量百分比100％计，包括如下原料组分：4％-7％硅烷偶联剂(γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)和90％-91％甲醇以及3％-5％去离子水；

11、优选地，体系②中的第一层过渡层材料，按照总质量百分比100％计，包括如下原料组分：13％-16％硅烷偶联剂(乙烯基三甲氧基硅烷)和79％-84％甲醇以及3％-5％去离子水；

12、综合考虑界面的粘结强度、耐老化性能，更进一步优选地，体系①中的第二层过渡层材料，按照总质量百分比100％计，包括如下原料组分：5％-11％有机改性蒙脱土和89％-95％乳化沥青。体系②中的第二层过渡层材料，按照总质量百分比100％计，包括如下原料组分：2％-5％有机改性蒙脱土和95％-98％乳化沥青。此配比下的过渡层材料，在防水胶料与水泥基层界面中粘结综合性能更佳。

13、硅烷偶联剂在水解过程中伴随着严重的缩合反应，不宜配制成水溶液，需配制成醇水溶液。硅烷偶联剂配成醇水溶液，有利于硅烷偶联剂在材料表面的分散。因硅烷水解速度与ph值有关，水解液的ph值决定了硅烷偶联剂的水解和缩聚的程度，从而影响水解液的稳定性，中性最慢，偏酸、偏碱都较快，当调至溶液至ph为4-5时，硅烷偶联剂的水解程度将明显大于其缩合速率，这时水解产生较多的硅羟基，可以和无机水泥基表面的羟基偶联生成稳定的化学键，以提供更为优异的粘合力和耐久性。

14、第一层过渡层材料的作用是改性防水胶料与水泥基层界面的粘合作用，提高两种基层界面之间的粘合效果，选择不同种类的硅烷偶联剂，其中硅烷偶联剂1为γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，硅烷偶联剂2为乙烯基三甲氧基硅烷。两种不同的硅烷偶联剂制备出不同的第一层过渡层材料，优选地选择硅烷偶联剂γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5％，或者硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷15％。即便是通过打磨过的水泥基材，其表面仍然有一定的起伏结构和粗糙度，因此当硅烷偶联剂的含量较低时，无法在水泥基材内凹处完整偶联上硅烷，会降低防水胶料与水泥基层的界面粘合力；当硅烷偶联剂的含量过高会降低对界面的改性效果，硅烷偶联剂分子在会在基体表面重叠，不利于形成合适的网状交联结构，无法起到增强界面粘合的作用。

15、本发明还提供第一层界面过渡层的施工方法，包括步骤：

16、(1)将硅烷偶联剂溶解于溶剂(醇溶剂、水)中形成混合溶液；再利用乙酸调节混合溶液的ph，得到第一层过渡层材料；

17、(2)在水泥基层表面用60目砂纸打磨平整，进行表面干燥和养护处理：所述养护处理的时间为24-48小时。

18、(3)养护处理后，将第一层过渡层材料采用喷涂的方式涂覆在水泥基层表面，利用功率为100w的红外灯照射基层表面2分钟30秒，使其表面温度达到100℃，照射高度为10cm，喷涂量为0.46kg/m2。

19、步骤(1)中，首先在容器中加入一定量的水，随后称取硅烷偶联剂以及一定量的醇溶剂加入水中，在3-5分钟内加完，开始搅拌，调节转速，随后滴加弱酸(乙酸)调节溶液ph为4-5。

20、醇溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇等。

21、优选地，溶剂为甲醇与水的混合液，甲醇价格实惠，挥发性好，且原料来源广泛，可以快速的使硅烷逐渐水解为硅醇，其甲醇溶液浓度应当控制在95％-97％，以能够基本溶解为宜。

22、进一步优选地，第一层过渡层材料的混合液采用雾化喷洒的方式涂覆在水泥基层表面。采用雾化喷涂的方式加入可使硅烷偶联剂溶液分散更均匀，更好地与无机水泥基层表面粘结。

23、本发明的第一层过渡层施工方法上采用红外灯照射法，通过热处理的方式，协同材料配方设计使界面改性剂能够均匀分散在水泥基层表面：预先将过渡层材料定量雾化喷涂在水泥基层表面，随后用红外灯在设定的照射高度和照射时间内，照射表面，使其表面温度达到100℃，再进行后续处理。

24、进一步优选地，红外灯的照射高度为10cm，照射时长为2分钟30秒，使其水泥基层表面温度达到100℃，此时利用界面改性材料改性的基层会与防水胶料具有更优的粘合力和耐久性。

25、本发明设计第二层过渡层材料选取层状硅酸盐改性乳化沥青。

26、优选地，第二层层状硅酸盐改性乳化沥青层，包括如下原料组分：层状硅酸盐和乳化沥青；

27、层状硅酸盐为蒙脱土，细度为500目，若颗粒过大容易发生团聚，使其在乳化沥青中的分散性变差。

28、蒙脱土需进行有机改性，再对乳化沥青进行改性。通过活性剂有机改性蒙脱土，将有机试剂的分子链成功插入蒙脱土层间，从而扩大蒙脱土的层间空间，较大的层间间隙有利于沥青分子的插层。后续乳化沥青可以通过与层间可交换阳离子反应嵌入层间空间，导致比表面积增大，较大的比表面积有助于阻止乳化沥青在高温下热运动，降低沥青的挥发含量，延缓沥青的老化，并提高整体高温变形抵抗力。

29、进一步优选地，活性剂为十八烷基二甲基苄基氯化铵(odba)，该活性剂上的苄基有助于扩大蒙脱土层间距，蒙脱土的有机处理可以改善其与沥青的相容性，有机蒙脱土对沥青会产生较强的吸附性。

30、本发明还提供有机改性蒙脱土的制备方法，包括步骤：将蒙脱土溶于水中并加入十八烷基二甲基苄基氯化铵(odba)，使溶液在90℃下搅拌10h，用去离子水反复清洗，用硝酸银溶液滴定直至无氯化银沉淀，即可将其放在80℃真空烘箱中干燥12h，得到有机改性蒙脱土；

31、将有机改性蒙脱土与已在150℃下加热30min的乳化沥青共混、搅拌1h，制得蒙脱土改性乳化沥青。

32、优选地，活性剂的添加量是通过蒙脱土的阳离子交换量的大小来计算。一般地，当活性剂添加量为阳离子交换量的80％时，有机改性蒙脱土的质量最优，更有利于扩大蒙脱土层间距，改性效果最佳。

33、本发明还提供第二层界面过渡层的施工方法，包括步骤：

34、(1)涂覆第一层过渡层材料后将层状硅酸盐改性乳化沥青涂覆表面，涂覆量为0.275kg/m2；

35、(2)在乳化沥青未表干时，将现制防水胶料铺设在试样上方，并贴覆胎基材料，在室温下表干12-24h。随后铺设第二层现制防水胶料，即可制备整体防水系统。

36、优选地，胎基材料是芯层为高强度的聚对苯二甲酸乙二醇酯，皮层为聚丙烯，其聚酯胎抗拉强度高，延伸率较大，对基层伸缩和开裂变形适用能力强。

37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

38、(1)对于第一层过渡材料来说，体系①与②中的硅烷偶联剂1、硅烷偶联剂2在最优配比下，其改性界面的粘结强度有了明显提升。改性处理可以有效地将硅烷偶联剂分子引入弱界面，从而有效地修复防水胶料与水泥基材料之间的界面缺陷。其中硅烷偶联剂疏水端与沥青分子链之间的相容可以有效提升水泥基材与沥青之间的机械咬合力，同时提高界面处的摩擦阻力，并在复合材料受到应力时充分发挥上层胶料层的优异变形性能。

39、(2)本发明中针对常规防水材料施工方法不能够很好地满足其对提升粘合力、机械强度的需求，采用通过红外灯照射(热处理)的方式，使其水泥基层表面温度升高，有利于水泥基层表面的羟基与硅烷偶联剂的分子发生水合反应，本发明在施工技术上做出了突破，较好地与现制防水涂料施工工艺相匹配。

40、(3)本发明中对于第二层过渡层材料来说，通过对硅烷偶联剂喷涂改性的水泥基层表面进行预处理涂覆，层状硅酸盐改性乳化沥青易于与后续沥青基现制胶料良好相容，也有助于第一层过渡层材料通过层状硅酸盐改性乳化沥青，将水泥基层的应力有效传递至防水胶料层，在界面处形成应力缓冲效应，协同提升沥青基防水系统的力学强度和耐老化性。

41、(4)本发明施工方法操作简单，易于控制，安全环保，且生产效率高，适用于工业化生产操作。