一种具有良好相容性的聚合物水泥基涂料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及聚合物水泥基涂料技术领域，具体涉及一种能够有效提高聚合物水泥基涂料相容性的技术方案。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

聚合物乳液是一种多相共存的复杂体系，在热力学处于亚稳态，极易受到外界因素的影响。在聚合物水泥基涂料体系中，水泥的早期水化会吸水，并导致体系内产生大量电解质离子，使体系处于碱性环境，这容易导致乳液产生破乳和絮凝的问题，制约着乳液的应用性能的同时，也无法与水泥很好地相容，导致乳液与水泥无法形成均匀材料。

目前，聚合物水泥基涂料提高相容性的方法主要是加入乳化剂，现在常用的乳化剂大致分为非离子型乳化剂和阴离子型乳化剂两种，前者主要在单体颗粒的表面形成水化膜，利用空间位阻作用阻止粒子间的相互接触，从而使之稳定；而后者是在单体表面形成一层负电层，负电层在液相中吸引正电子形成稳定双电层，粒子间相互排斥，达到稳定。

然而，水泥水化释放的钙离子在使用阴离子型乳化剂的乳液中会增加双电层阳离子的浓度，其实质使进入紧密层的阳离子增加，而分散层的阳离子减少，进而，双电层被压缩，zeta电势降低，势能屏障减少，易使颗粒凝聚，从而破坏乳液。而钙离子在使用非离子型乳化剂的乳液中会因金属阳离子的盐析作用破坏表面水化膜，造成了对乳液的破坏。同时乳化剂对人体有一定的毒害作用，对环境有一定的污染。

技术实现要素：

针对上述的不足，本发明的目的是提供一种具有良好相容性的聚合物水泥基涂料及其制备方法与应用，本发明的技术方案聚焦于水泥改性，即在水泥颗粒表面形成水化膜，减少电解质离子释放，使水泥在早期对乳液破坏作用小，保护乳液胶粒不被破坏，改善了聚合物乳液与水泥的相容性。为实现上述目的，具体地，本发明的技术方案如下所示：

在本发明的第一方面，提供一种具有良好相容性的聚合物水泥基涂料，以重量份计，所述涂料的原料组成包括如下组分：聚合物乳液45-55份，水泥15-20份，醇类0.2-0.5份，填料15-18份，云母粉10-13份，外加剂0.25-0.88份、水10-15份。

进一步地，所述聚合物乳液包括纯丙乳液(完全由丙烯酸类单体聚合)、苯丙乳液(苯乙烯类单体和丙烯酸类单体聚合)、硅丙乳液(有机硅单体与丙烯酸类单体聚合)、氟丙乳液(氟单体与丙烯酸类单体聚合)等中的任意一种。可选地，所述聚合物乳液的固体含量为45-55％。

进一步地，所述水泥包括普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、白色硅酸盐水泥等中的任意一种。

进一步地，所述醇类包括聚乙烯醇、山梨醇、甘露醇、半乳糖醇中的至少一种。在本发明中，以上述醇类作为增容剂，其作用机理为：因醇类物质的极性基团(羟基)具有很强的极性，醇类物质可通过羟基吸附在水泥水化产物颗粒以及乳液颗粒表面作为“桥梁”，通过羟基一端与水分子结合，一端与水泥水化产物或乳液颗粒表面结合，使之覆盖一层溶剂化水膜，从而减少乳液颗粒与水泥间的颗粒位阻，减缓水泥钙离子的释放，改善乳液与水泥的相容性。

进一步地，所述填料包括轻质碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、重钙、粉煤灰、偏高岭土等中的任意一种或多种；可选地，所述填料的细度为150-250目。其中,轻质碳酸钙具有粒径小、颗粒细、悬浮性好的特点，而重质碳酸钙成本低。滑石粉能够改进涂料的沉淀性，提高涂料的机械力以及抗水性。石英粉具有良好的悬浮性和增稠能力，有助于提高涂料耐久性。粉煤灰不仅成本低，而且有助于提高涂料易磨性。偏高岭土的悬浮性好，容易分散，能够赋予涂膜良好的流平性。

进一步地，云母粉具有独特的片状结构，防止产生裂纹，提高涂料耐久性。

进一步地，所述外加剂包括分散剂、成膜助剂、消泡剂等中的至少一种，可选地，所述分散剂为0.05-0.08份，成膜助剂为0.1-0.3份，消泡剂为0.1-0.5份。

进一步地，所述分散剂可选为六偏磷酸钠等。所述成膜助剂可选为酯醇类成膜助剂等。所述消泡剂可选为有机硅类消泡剂等。

在本发明的第二方面，提供一种所述聚合物水泥基涂料相容性的制备方法，包括如下步骤：

(1)将水泥、填料、云母粉按比例混合后搅拌均匀，得混合粉料。

(2)将聚合物乳液和水混合均匀，然后加入醇类增容剂、外加剂并搅拌均匀，再加入步骤(1)的混合粉料，搅拌均匀后静置，即得。

进一步地，步骤(1)中，搅拌时间为20-30min，以便于将固体原料充分混匀，避免固体原料在涂料中分散不均，影响涂料性能。

进一步地，步骤(2)中，所述聚合物乳液和水的混合方式为搅拌，可选地，搅拌时间为2-3min，通过将聚合物乳液和水预混，使乳液均匀分散在水中。

进一步地，步骤(2)中，先加入所述外加剂中的分散剂，使增容剂剂在乳液中充分分散，然后加入所述外加剂中的消泡剂与成膜助剂。

在本发明的第三方面，提供所述具有良好相容性的聚合物水泥基涂料在建筑工程领域中的应用，例如，用于建筑物、构筑物、隧道、桥梁、厨房、厕浴间的防水等。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)区别于传统方法中对聚合物乳液的改性，本发明的改性目标为水泥，进而，本发明利用醇类增容剂表面的极性基团，通过物理或弱化学作用使醇类增容剂吸附在水泥颗粒表面，从而在水泥颗粒表面覆盖一层溶剂化水膜，减少了乳液颗粒与水泥间的颗粒位阻，减缓了水泥钙离子的释放，改善了乳液与水泥的相容性。

(2)本发明醇类增容剂的加入对乳液本身的zeta电位无显著负面影响(降低乳液zeta电位)。相比传统加入乳化剂的方式，本发明的醇类增容剂用量大大降低(传统乳化剂用量为涂料质量的4％，而本发明用量最高仅为0.52％)，节约了涂料生成成本，而且本发明的涂料对人体无毒无害，对环境友好，制备工序简单。

(3)由于增容剂的加入，水泥早期释放的钙离子对乳液破坏能力变弱，使乳液颗粒可以和水泥颗粒紧密结合，内部结合的致密，因此，本发明的醇类增容剂还有效提高了本发明聚合物水泥基涂料的抗拉强度和成膜性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明第一实施例制备的涂料的扫描电镜(sem)图。

图2为本发明第一试验例制备的涂料的扫描电镜(sem)图。

图3为本发明第二试验例中乳液破乳絮凝的效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

进一步地，正如前文所述，目前，聚合物水泥基涂料提高相容性的方法主要是加入乳化剂。然而，水泥水化释放的钙离子在使用阴离子型乳化剂的乳液中会增加双电层阳离子的浓度，其实质使进入紧密层的阳离子增加，而分散层的阳离子减少，进而，双电层被压缩，zeta电势降低，势能屏障减少，易使颗粒凝聚，从而破坏乳液。而钙离子在使用非离子型乳化剂的乳液中会因金属阳离子的盐析作用破坏表面水化膜，造成乳液破坏。为此，本发明提出了一种能够有效提高聚合物水泥基涂料相容性的技术方案，现结合说明书附图和具体实施例对本发明该技术方案进一步说明。

第一实施例

一种聚合物水泥基涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)粉料均化：将18重量份硅酸盐水泥、15重量份轻质碳酸钙粉(细度150-180目)，12重量份云母粉置于搅拌机中搅拌30min，得混合粉料。

(2)涂料制备：称取48重量份苯丙乳液与13重量份去离子水，并将两种物料于搅拌机中预搅拌3min，然后依次加入0.2重量份山梨醇、0.05重量份六偏磷酸钠慢搅拌(400rpm)5min，使增容剂在乳液中充分分散，最后加入0.3重量份有机硅类消泡剂与0.3重量份酯醇类成膜助剂继续慢搅拌(400rpm)2min，得基础涂料。

(3)在步骤(2)的基础涂料中加入步骤(1)均匀的混合粉料，然后搅拌10min，最后静置6min，待气泡消失，即得到聚合物水泥基涂层。

第二实施例

一种聚合物水泥基涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)粉料均化：将15重量份硫铝酸盐水泥、18重量份二氧化硅粉(细度150-220目)，10重量份云母粉置于搅拌机中搅拌20min，得混合粉料。

(2)涂料制备：称取45重量份硅丙乳液与14重量份去离子水，并将两种物料于搅拌机中预搅拌2min，然后依次加入0.3重量份聚乙烯醇、0.06重量份六偏磷酸钠慢搅拌(450rpm)3min，使增容剂在乳液中充分分散，最后加入0.1重量份有机硅类消泡剂与0.2重量份酯醇类成膜助剂继续慢搅拌(450rpm)2min，得基础涂料。

(3)在步骤(2)的基础涂料中加入步骤(1)均匀的混合粉料，然后搅拌10min，最后静置5min，待气泡消失，即得到聚合物水泥基涂层。

第三实施例

一种聚合物水泥基涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)粉料均化：将20重量份白色硅酸盐水泥、16重量份滑石粉(细度210-250目)，13重量份云母粉置于搅拌机中搅拌28min，得混合粉料。

(2)涂料制备：称取55重量份氟丙乳液与15重量份去离子水，并将两种物料于搅拌机中预搅拌3min，然后依次加入0.4重量份甘露醇、0.08重量份六偏磷酸钠慢搅拌(500rpm)5min，使增容剂在乳液中充分分散，最后加入0.5重量份有机硅类消泡剂与0.1重量份酯醇类成膜助剂继续慢搅拌(500rpm)2min，得基础涂料。

(3)在步骤(2)的基础涂料中加入步骤(1)均匀的混合粉料，然后搅拌12min，最后静置7min，待气泡消失，即得到聚合物水泥基涂层。

第四实施例

一种聚合物水泥基涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)粉料均化：将16重量份普通硅酸盐水泥、16重量份偏高岭土(细度170-230目)，11重量份云母粉置于搅拌机中搅拌25min，得混合粉料。

(2)涂料制备：称取50重量份硅丙乳液与10重量份去离子水，并将两种物料于搅拌机中预搅拌3min，然后依次加入0.5重量份半乳糖醇、0.08重量份六偏磷酸钠慢搅拌(500rpm)3min，使增容剂在乳液中充分分散，最后加入0.4重量份有机硅类消泡剂与0.2重量份酯醇类成膜助剂继续慢搅拌(500rpm)2min，得基础涂料。

(3)在步骤(2)的基础涂料中加入步骤(1)均匀的混合粉料，然后搅拌12min，最后静置7min，待气泡消失，即得到聚合物水泥基涂层。

第一试验例

一种聚合物水泥基涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)粉料均化：将18重量份硅酸盐水泥、15重量份轻质碳酸钙粉(细度150-180目)，12重量份云母粉置于搅拌机中搅拌30min，得混合粉料。

(2)涂料制备：称取48重量份苯丙乳液与13重量份去离子水，并将两种物料于搅拌机中预搅拌3min，然后加入0.05重量份六偏磷酸钠慢搅拌(400rpm)5min，最后加入0.3重量份有机硅类消泡剂与0.3重量份酯醇类成膜助剂继续慢搅拌(400rpm)2min，得基础涂料。

(3)在步骤(2)的基础涂料中加入步骤(1)均匀的混合粉料，然后搅拌10min，最后静置6min，待气泡消失，即得到聚合物水泥基涂层。

第二试验例

在市售苯丙乳液的基础上研究其钙离子稳定性，具体操作为：称取一定量的乳液，加入一定量的氯化钙溶液，观察是否破乳絮凝，效果如图3所示。

性能测试

(1)采用扫描电镜(sem)对第一实施例、第一试验例制备的聚合物水泥基涂料的微观形貌进行观察，结果分别如图1和图2所示。从图2中可以看出：未添加增容剂的涂料的微观结构中，能够观察到裸露的水泥颗粒相，聚合物无法将其完整包裹。从图1中可以看出：在掺加增容剂后，涂料出现明显的聚合物膜结构，未见明显缺陷，这是由于醇类增容剂具有延缓水泥水化的作用，在水泥颗粒表面形成水化膜，使硫铝酸盐水泥在早期对乳液破坏作用小，乳粒自然失水与水泥颗粒胶结，膜状结构完整。

(2)图3为本发明第二试验例中乳液破乳絮凝的效果图，从图中可以看出，采用传统的加入乳化剂提高聚合物水泥基涂料相容性时，出现了乳液破乳絮凝的现象，而本发明实施例中没有出现乳液破乳絮凝的现象。

(3)表1为本发明四组实施例与空白组对乳液zeta电位的影响结果。

表1

在表1中，空白样为未添加相应实施例中醇类增容剂的乳液，从表中可以看出：掺加醇类增容剂的实施例乳液的zeta电位都有不同程度的增加，这是由于易通过羟基与水分子形成氢键，加之水分子之间的氢键缔合，使乳液颗粒表面形成一层稳定的水膜，阻止颗粒间的接触，因为溶液深处与分散层之间的电势差称为zeta电势，所以水膜的形成相当于增加双电层厚度。

(4)表2为本发明第一至第四实施例与空白组对涂料拉伸强度的影响结果。

表2

在表2中，空白组为未添加增容剂的乳液，从表中可以看出：醇类增容剂还能够对涂料的拉伸强度起到增强作用，这是由于醇类增容剂的加入所导致：水泥早期释放的钙离子对乳液破坏能力变弱，使乳液颗粒可以和水泥颗粒紧密结合，内部结合的致密；因此，随着醇类增容剂的添加涂料的拉伸强度得到了提升。另外，从表2的检测数据中也可以看出，拉伸强度具有先增加后趋于平缓的趋势，当达到0.5重量份时，强度变化基本趋平。因此，一般推荐增容剂的最大添加量为0.5重量份。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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