專利名稱：柔性的聚合物改性水泥基防水材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑工程、水利工程、市政工程等用的防水材料及其制備方法，特別是涉及水泥基防水材料及其制備方法。
近年來(lái)水泥基防水材料發(fā)展較快，并形成若干系列，如聚合物改性水泥基防水涂料、剛性聚合物水泥(干拌)防水砂漿等，以剛性聚合物水泥防水材料為主。剛性防水材料改性采用摻加有機(jī)聚合物、防水劑、減水劑、膨脹劑等技術(shù)，減少和補(bǔ)償水泥材料的收縮，防止開(kāi)裂，減少并細(xì)化材料的毛細(xì)孔，使混凝土更致密，抗?jié)B性能大為提高。這類材料的耐老化性好，但由于它們?yōu)閯傂圆牧?，因此，無(wú)法適應(yīng)基體較大的伸縮變形。如果基層由于干燥收縮或熱脹冷縮開(kāi)裂，防水層也將被拉裂或分層，影響防水效果，其使用范圍受到很大限制，不適用于地上或屋面的大面積整體防水工程。
近年來(lái)，在日本和德國(guó)及國(guó)內(nèi)的部分地區(qū)，一種具有很高聚灰比(聚合物與水泥之比)、其值為50％或更高、有時(shí)可達(dá)到100％或更高的一種聚合物改性的糊狀或漿狀物(涂料)被作為一種液態(tài)應(yīng)用型的膜狀防水材料而廣泛應(yīng)用于公寓房、地下室、地下水池等建筑，雖其使用不受很多限制，但因其施工時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)攪拌，聚灰比、水灰比高，故還存在一次性涂膜較薄，需多道施工，費(fèi)時(shí)費(fèi)工等缺點(diǎn)。
Birchall等(EP 0055035 A1和EP 0038126 A1)提出了高抗折強(qiáng)度的水泥基材料的組成及制備方法，是用水硬性水泥、水泥重量的1％-15％的水溶性聚合物或水分散性聚合物及水用漿葉式高剪切攪拌機(jī)將其捏合成塑性團(tuán)狀料后，在雙輥混煉機(jī)上混煉，然后采用擠出或模壓方法成型，制得結(jié)構(gòu)致密、宏觀缺陷少、抗折強(qiáng)度高的高強(qiáng)水泥基材料。但該材料為剛性材料，而且對(duì)水敏感性大，在濕態(tài)下，其強(qiáng)度保持率低。
基于水泥基防水材料高耐久性的特點(diǎn)，以及其產(chǎn)品生產(chǎn)和施工中對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，對(duì)基材適應(yīng)性廣，便于施工等優(yōu)良特性，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)這類材料進(jìn)行了深入的研究比較，通過(guò)對(duì)材料配方及其生產(chǎn)工藝的大膽改進(jìn)，使較低水灰比和聚灰比的聚合物水泥材料在溫度和高剪切力的作用下，均勻混合分散，將剛性水泥防水材料與柔性(橡膠、塑料)防水材料的優(yōu)良性能結(jié)合在一起，經(jīng)壓延法制備出具有適應(yīng)基體變形能力的、柔性的、結(jié)構(gòu)更為致密的、防水性能更好的、耐久性優(yōu)良的水泥基防水材料。
本發(fā)明的目的在于提供一種柔性的水泥基防水材料的制備方法，以及由該方法制備的防水材料。
本發(fā)明所提供的是一種適用于土木工程構(gòu)筑物的內(nèi)外及隱蔽處的防水材料，這種材料應(yīng)當(dāng)與各種水泥基粘結(jié)劑有很好的粘結(jié)，并具有可在潮濕基面上施工的特點(diǎn)?？紤]到水泥基防水材料的優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明所要提供的材料應(yīng)當(dāng)以水泥為主。
為了提供所希望的水泥基防水材料，本發(fā)明是通過(guò)聚合物改性，經(jīng)混合塑煉、壓延成型等工序?qū)崿F(xiàn)的。
本發(fā)明提供一種制備水泥基防水材料的方法，該方法包括如下步驟(1)將水硬性水泥和聚合物水分散體、水溶性聚合物或可再分散的粉狀樹(shù)脂，或其組合按水泥和聚合物的重量比為100∶35-150與水在20-80rpm、溫度為60-120℃的條件下捏合，直至獲得含水量達(dá)到5-20％的捏合料；(2)將所述的捏合料在40-85℃下塑煉、增韌后壓延成型為片材或卷材，所述的增韌聚合物選自橡膠、熱塑性彈性體、熱塑性樹(shù)脂或其組合。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了由上述方法制成的柔性水泥基防水材料。
以下詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的制備方法。
一．捏合料的制備在本發(fā)明的方法中，制備捏合料的原料主要為水硬性水泥和作為改性劑的聚合物，其重量比為100∶35-150。
在上述的原料中，要求水泥為水硬性水泥，選自普通硅酸鹽水泥、硫鋁水泥、鐵鋁水泥、低堿水泥、高鋁水泥、白水泥中的一種或多種的混合，或者，水泥中的20-50％(重量)可以被各種具有潛在水硬性的礦物摻合料等量替代。替代量視摻合料的細(xì)度和品種而定，一般使用的是磨細(xì)的粉煤灰、硅灰、火山灰、沸石粉、偏高嶺土、礦渣、增鈣液態(tài)渣、磷渣等，細(xì)度要求≥300m2/kg。
作為改性劑的聚合物應(yīng)當(dāng)滿足水泥基防水材料加工性能及材料性能要求，故應(yīng)具備如下特點(diǎn)a．填料承載力大；b．在使用溫度范圍內(nèi)具有良好的柔韌性或高彈性能；c．具有優(yōu)越的抗紫外線能力和耐久性；d．具有“呼吸能力”及良好的抗化學(xué)藥品性質(zhì)；e．具有適宜的成膜溫度和抗水性。
各種具有上述特點(diǎn)的聚合物都能使用，如聚合物水分散體、水溶性聚合物或可再分散的粉狀樹(shù)脂等。但是，特別優(yōu)選的是丙烯酸類乳液、EVA(醋酸乙烯-乙烯共聚物)乳液、丁苯膠乳、氯丁膠乳、醋酸乙烯-叔碳酸酯乳液、氯偏乳液、氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸共聚物乳液、聚醋酸乙烯乳液及可再分散的粉狀樹(shù)脂等。選擇時(shí)可根據(jù)不同使用條件的要求選擇具有適宜玻璃化溫度的一種或多種聚合物的混合物，如丙烯酸類乳液，PS9317,Tg=-40℃；S400,Tg=-7℃；BA163,Tg=-7℃；P2438,Tg=-22℃；EVA,Tg=7℃。
所述的水泥是一種水硬性膠凝材料，通過(guò)改性，水泥經(jīng)水化及聚合物成膜的保護(hù)，使材料具有了防水和再加工的特性。
為了進(jìn)一步改善上述的捏合效果，達(dá)到更好的分散特性，在上述的捏合原料中還可以包含0.5-2重量份的分散劑，所述的分散劑選自萘磺酸鹽甲醛縮合物，三聚氰胺甲醛縮合物的磺酸鹽，木質(zhì)素磺酸鹽或聚羧酸鹽中的一種或多種的組合。
為了提高材料的抗撕裂強(qiáng)度，也可以在原料中添加耐堿性短纖維，如維尼綸纖維、耐堿玻璃纖維、尼龍、聚丙烯、碳纖維及礦物型纖維石棉、硅灰石等，用量為水泥重量的0.4-1.5％。
在上述的捏合原料中還可包含0.4-1.5重量份的潤(rùn)滑劑和2-10重量份的穩(wěn)定劑。潤(rùn)滑劑用來(lái)降低加工阻力，還能起到防粘保護(hù)的作用。穩(wěn)定劑有利于增強(qiáng)聚合物在特定加工和使用條件下的耐高溫性能。潤(rùn)滑劑和穩(wěn)定劑可采用能對(duì)水泥粒子和聚合物加工起潤(rùn)滑穩(wěn)定作用的液體或固體，如低分子量聚乙烯、固體石蠟、硬脂酸鹽等。
改性過(guò)程中水泥水化程度取決于聚灰比、水灰比、加工溫度和攪拌時(shí)間。攪拌時(shí)間、攪拌溫度和攪拌形式對(duì)改性水泥料的質(zhì)量有比較重要的影響，它直接影響到改性水泥的水化程度和再加工性能。所述的捏合料在60-120℃、優(yōu)選在60-100°、以20-80轉(zhuǎn)/分鐘、優(yōu)選40-80轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)捏合。
通過(guò)改性，作為改性劑的聚合物，其微粒均勻附著在水泥凝膠和顆粒的表面，形成了彈性膜，貫穿在水泥水化產(chǎn)物的立體網(wǎng)絡(luò)中，極大地改變了水泥材料的力學(xué)性能和防水性能，使水泥具有了較高粘結(jié)性、憎水性的表面，有利于材料的進(jìn)一步加工處理。
制備捏合料的原料中還可以摻有助劑和填料。助劑包括有減少用水量的減水劑；有利于水泥和乳液分散穩(wěn)定的分散劑和表面活性劑，如低分子量聚丙烯酸鹽類、烷基芳基聚氧化乙烯醚類等。其用量一般小于原料重量的1％。填料為非水硬性的天然或合成的摻合料，如石英砂、石灰石、滑石、輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣等，重量為水泥重量的10％以下。
在將上述原料進(jìn)行捏合時(shí)，是在水泥和摻合料體系中摻入聚合物和水，經(jīng)攪拌使物料混合均勻，成為流動(dòng)性好的聚合物水泥漿。聚合物粒子均勻地分散在水泥、摻合料體系中，在60-120℃、優(yōu)選在60-100℃的溫度與剪切的作用下水泥快速水化，在此過(guò)程中，一部分水成為結(jié)晶水，不斷地被水泥所結(jié)合，存在于水泥石中；一部分水成為可揮發(fā)水，迅速蒸發(fā)。隨著水分的不斷減少(成為結(jié)晶水或脫水干燥)，聚合物顆粒會(huì)相互融合，并與熔融的助劑均勻覆蓋在水泥顆粒表面，且牢固地結(jié)合在一起，形成粘彈性的和粘結(jié)性的柔韌的聚合物質(zhì)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)或膜層，貫穿于水泥石骨架的孔隙中。物料在剪切、溫度、脫水的作用下，成為水泥捏合料，備用。
捏合料可在室溫條件下保存數(shù)天，而不會(huì)喪失其所獲得的性質(zhì)。
二．混合塑煉、壓延成型將上述的聚合物改性的捏合料在煉膠機(jī)中進(jìn)行混合塑煉，溫度約為40-85℃。塑煉均勻后下料冷卻，室溫下停放。如要求彩色產(chǎn)品，可在混煉時(shí)加入顏料、染料，如鐵紅等，制成彩色卷材，兼具有防水和裝飾作用。
經(jīng)上述工序制備而成的物料，在開(kāi)放式煉膠機(jī)上熱煉，當(dāng)物料達(dá)到一定的可塑度后，經(jīng)壓延機(jī)壓延成型。視工程需要可制成各種不同規(guī)格的片材或卷材。根據(jù)特殊要求，可在壓延機(jī)上進(jìn)行復(fù)胎和中間夾胎，以增加卷材的抗拉和抗撕裂性能，達(dá)到增加使用功能的目的。
所述的胎基可以是無(wú)堿、耐堿玻璃纖維無(wú)紡布、紡織布及網(wǎng)格布、化纖的無(wú)紡布或紡織布、植物纖維紡織布及毛紡布。
因此，本發(fā)明進(jìn)一步提供了用上述方法制備的水泥基防水材料。
經(jīng)檢測(cè)表明，由上述方法加工制造的卷材，材料的抗拉強(qiáng)度達(dá)1-7MPa；延伸率達(dá)60-180％；抗撕裂強(qiáng)度100-200N/cm；不透水性0.3MPa，90分鐘無(wú)滲漏；低溫柔性-5℃冷凍30分鐘繞Φ10mm棒，無(wú)裂紋；老化性能優(yōu)良，在80±2℃條件下老化168小時(shí)，性能指標(biāo)仍能保持80％以上。用低聚灰比水泥砂漿與基材粘結(jié)28天后剝離強(qiáng)度為25N/25mm，用高聚灰比水泥粘結(jié)劑，粘結(jié)搭接縫，其28天剝離強(qiáng)度為30N/25mm。
根據(jù)上述方法得到的水泥基防水材料可以為兩種形式，即無(wú)胎基和有胎基的防水材料。無(wú)胎基的水泥基防水材料可根據(jù)不同要求選擇不同特性的彈性體或橡塑彈性體，從而得到不同延伸率的防水材料。
采用本發(fā)明的水泥基防水材料鋪設(shè)地面或者屋面的防水層時(shí)，操作簡(jiǎn)單，對(duì)水泥基層表面的要求低。鋪設(shè)是通過(guò)將聚合物水泥砂漿膠粘劑(如澳克牌系列(干拌)水泥砂漿)涂敷在終凝的水泥基層表面上，將卷材或片材鋪設(shè)于基層上，壓實(shí)即可。
根據(jù)本發(fā)明的防水材料為本色或彩色的聚合物防水卷材及片材，厚度和幅寬可根據(jù)工程需要設(shè)定。試驗(yàn)表明，該材料與其他水泥基防水材料相比濕態(tài)強(qiáng)度保持率優(yōu)良，可適用于濕基表面施工，屬綠色環(huán)保型防水材料。產(chǎn)品透氣不透水，吸水率低，具有良好的抗?jié)B透、抗凍及耐老化性能。產(chǎn)品自然硫化，使用壽命長(zhǎng)。施工周期短，對(duì)施工條件要求低。
本發(fā)明的防水材料在-5℃下仍具有較好的柔性。在高溫地區(qū)使用，在80℃時(shí)，產(chǎn)品不起泡、不流淌、尺寸穩(wěn)定性好，形變率小于2.5％，適合在高濕環(huán)境，即，基層或環(huán)境相對(duì)濕度＞50％下施工。因此，本發(fā)明的防水材料適用的地域廣泛，適用于在各種環(huán)境條件下使用，較少受到限制，因此，可推廣使用。
本發(fā)明所提供的水泥基防水材料優(yōu)選以卷材的形式提供。檢驗(yàn)表面，不透水性為0.3MPa，90分鐘無(wú)滲漏；拉伸強(qiáng)度1-7MPa；延伸率60-240％；低溫柔性為-5℃、30分鐘繞Φ10mm棒無(wú)裂痕。
從施工的角度來(lái)看，本發(fā)明所提供的防水材料為水泥基的防水卷材及片材等，采用的膠粘劑為聚合物改性水泥砂漿，可在干、濕基面上施工，解決了一般材料在潮濕基面上難以施工或施工效果不佳的難題。
使用本發(fā)明的防水材料所構(gòu)成的防水結(jié)構(gòu)為一剛、一柔并形成柔性梯度，既可在承受基體自下而上的收縮應(yīng)力及基體變形，又可抵抗自上而下的外力沖擊。
另外，從環(huán)保的角度來(lái)看，本發(fā)明所選擇的原材料為無(wú)毒害物質(zhì)生成的反應(yīng)型或加工穩(wěn)定性好的物料，如，水泥、礦物摻合料、丙烯酸類或丁基橡膠或其再生料等；本發(fā)明的防水材料在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)三廢排放；施工方法為干、濕法冷施工。鋪設(shè)時(shí)采用的膠粘劑為水性材料，無(wú)任何有毒物質(zhì)揮發(fā)，可避免對(duì)環(huán)境的二次污染，故本發(fā)明的防水材料屬綠色環(huán)保型。
下面通過(guò)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1和21、制備聚合物改性水泥捏合料配方編號(hào) 實(shí)施例1 實(shí)施例2原料名稱 重量份重量份普硅525水泥(天津水泥廠) 62.50-白水泥(德源白水泥廠)-93.75增鈣液態(tài)渣粉(天津建材所)31.25-滑石粉(海城市英泉建材廠)6.25 6.25減水劑UNF-5(天津雍陽(yáng)減水劑廠) 0.50 -減水劑SMAH(天津建材所) -0.50石蠟(天津一石化)0.50 0.50聚丙烯酸類乳液S400(BASF)50.00-聚丙烯酸類乳液BA163(北京東方化工廠) -100.00丁苯50-50(蘭州石油化工廠) -25.00OP-10(天津化學(xué)助劑廠) 1.00 1.00維尼綸短纖維(陜西維尼綸廠) 1.50 1.50京錫L-108(北京化工三廠) 5.00 -硬脂酸鋇(石家莊塞特化學(xué)有限公司)-5.00總水量 27 27.6(1)將上述水泥、礦物摻合料、填料、減水劑、石蠟等物料投入攪拌機(jī)，在60轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下攪拌均勻；(2)將乳液、助劑、增強(qiáng)纖維共混加水稀釋；(3)將稀釋好的乳液緩慢加入攪拌機(jī)中攪拌，直到(1)中水泥等物料均勻地分散在乳液中，并形成流動(dòng)的水泥漿；(4)加入穩(wěn)定劑后開(kāi)始升溫，加熱至溫度分別為60℃和90℃，使物料水化及脫水。檢測(cè)方法為將捏合料在100±2℃恒溫2.5小時(shí)，測(cè)失重，得到含水率，直至得到含水率為10％左右的捏合料；(5)達(dá)到含水率要求后出料冷卻待用。
2、混煉、成型在橡膠、塑料通用的混煉機(jī)上，投料混煉，溫度分別為60和85℃，待物料混合均勻后，下料室溫冷卻。
將冷卻后的膠料，在開(kāi)放式煉膠機(jī)上熱煉，輥溫分別為49-55℃和、56-63℃，膠溫分別達(dá)67和65℃，具有一定可塑度后，供壓延機(jī)成型，壓延機(jī)上、中、下輥溫分別為45,50,41℃以及54,63,40℃。壓延成厚度為分別為1.2和1.5mm、寬度分別為900和1000mm的卷材1和2。
實(shí)施例3和4采用實(shí)施例1和2中的混煉膠料在壓延機(jī)上覆丙綸無(wú)紡布胎基(撫順新源化織有限公司)。得到厚度分別為2.4；和1.6mm、寬度均為1000mm的卷材3和4。丙綸無(wú)紡布的抗腐性、耐老化性、耐候性均較好，具有較高的力學(xué)性能，因此，提高卷材的整體力學(xué)性能，達(dá)到≥300N/5cm×20cm。
實(shí)施例5和6采用實(shí)施例1和2中的混煉膠料在壓延機(jī)上對(duì)玻璃纖維網(wǎng)格布(秦皇島玻纖廠)進(jìn)行雙面貼覆水泥膠料，得到厚度分別為2.4和3.1mm、寬度均為1000mm的卷材5和6。這些卷材的力學(xué)的力學(xué)性能更高，達(dá)到≥500N/5cm×20cm?？捎糜谒こ?、市政工程的土工膜。
卷材1～6的主要技術(shù)性能列于下表中。表1 注1．*表示其單位為(N/5cm×20cm)；2．檢測(cè)種類中的1～6對(duì)應(yīng)實(shí)施例1～6。
權(quán)利要求
1.一種制備柔性水泥基防水材料的方法，包括如下步驟(1)將水硬性水泥和聚合物水分散體、水溶性聚合物或可再分散的粉狀樹(shù)脂，或其組合按水泥和聚合物的重量比為100∶35-150與水在20-80轉(zhuǎn)/分鐘、溫度為60-120℃的條件下捏合，直至獲得其含水率達(dá)到5-20％的捏合料；(2)將所述的捏合料在40-85℃下混煉、壓延成型為片材或卷材。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的聚合物為丙烯酸類乳液、丁苯膠乳、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸酯乳液、氯偏乳液、氯乙烯-醋酸乙烯-丙烯酸共聚乳液、醋酸乙烯酯乳液、氯丁膠乳中的一種或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的捏合是在60-100℃的溫度、40-60轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌速度下進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的捏合原料中還含有0.2-2重量份的分散劑，所述的分散劑選自萘磺酸鹽甲醛縮合物，三聚氰胺甲醛縮合物的磺酸鹽，木質(zhì)素磺酸鹽，聚羧酸鹽中的一種或多種的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的捏合原料中還含有0.4-1.5重量份的增強(qiáng)纖維。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的水硬性水泥中的20-50％被等量的礦物摻合料代替，所述的礦物摻合料選自粉煤灰、硅灰、火山灰、沸石粉、偏高嶺土、礦渣粉、增鈣液態(tài)渣粉、磷渣粉中的一種或多種的混合。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的捏合原料中還含有0.5-1.5重量份的潤(rùn)滑劑和2-10重量份的穩(wěn)定劑。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的壓延成型是有胎基或無(wú)胎基的。
9.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法制備的柔性水泥基防水材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于建筑工程、水利工程和市政工程等基面和隱蔽處防水的柔性的聚合物改性水泥基防水材料及其制備方法。所述的防水材料是將水硬性水泥、以及聚合物水分散體、水溶性聚合物或者可再分散的樹(shù)脂按100∶35－150的重量比與水在20－80rpm、60－120℃的條件下捏合,直至得到含水量為5－20%的捏合料,然后將捏合料共混、塑煉,壓延成型為柔性片材或卷材。該材料與水泥基面有很好的粘結(jié),在－5℃以上以及高溫高濕地區(qū)都能使用,并可在干、濕基面上施工,鋪設(shè)后,既可承受基體的收縮應(yīng)力和基體變形,又可抵抗外力沖擊。
文檔編號(hào)C04B24/00GK1306949SQ0010053
公開(kāi)日2001年8月8日 申請(qǐng)日期2000年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月24日
發(fā)明者于繼光, 夏冬, 諸磊, 郭玉清, 陳鵬 申請(qǐng)人:天津市建筑材料科學(xué)研究所