一种防水透气水泥基聚合物防水砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥基聚合物防水砂浆的领域，具体涉及一种防水透气水泥基聚合物防水砂浆及其制备方法。
背景技术
住宅在使用过程中均存在湿迁移(也叫蒸汽渗透)现象。引起该现象的主要原因是住宅内外存在温度差，尤其是北方采暖季，存在由室内向室外的水蒸气分子压力差，水蒸气分子会从压力高向低的一侧渗透扩散。若材料选用不当，选用的非防水透气性涂料，水气穿透能力低，尤其弹性涂料等，更会对水气的湿迁移构成较大的蒸汽渗透阻，造成水蒸气无法渗透，当在内部靠外侧遇到某个冷区其温度达到或低于露点时，则可能在结构内部和保温系统中出现冷凝受潮，导致含水率增加，可造成材料软化、强度降低、起泡、发霉、开裂等现象。
发明内容
针对现有技术中砂浆不具备防水透气的问题，本发明提供一种防水透气水泥基聚合物防水砂浆及其制备方法，以解决上述问题。本发明通过利用硅丙乳液中的硅氧烷分子结构呈螺旋状，Si-O键上环绕的甲基向外排列并旋转，且分子体积大，内聚能低，使得该砂浆具有良好的防水透气性；二是选用粉煤灰，微观结构呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有多孔结构，再通过合理的级配并引入憎水性颗粒等，预留防水砂浆足够的微孔结果，以使水分子透过，即外部的水无法渗入，而内部的水气可自由排出，使得该砂浆具有良好的防水透气性。
本发明的技术方案为：
一种防水透气水泥基聚合物防水砂浆，由液料和粉料组成；
所述液料包括重量份的以下组分：硅丙乳液60～70份，分散剂0.6～1份，消泡剂Ⅰ0.2～0.5份，防腐剂0.1～0.3份，成膜助剂2～5份、水Ⅰ0～30份；
所述粉料组分按质量份包括：水泥42～48份，石英粉40～45份，粉煤灰10～15份，憎水剂0.5～1份，消泡剂Ⅱ0.3～0.6份，抗裂纤维0.2～0.4份，减水剂0.5～1份，保水剂0.1～0.3份。
优选的，所述硅丙乳液为以有机硅单体、丙烯酸类聚合物单体为原料，加入阴离子与非离子混合型可聚合乳化剂和引发剂，通过乳液聚合法制得的具有硬核-软壳结构的硅丙乳液。
优选的，所述阴离子与非离子混合型可聚合乳化剂为烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚的混合物。因可聚合乳化剂分子结构中含有亲水亲油的乳化基团及参与聚合的双键，可确保乳化剂分子键合至聚合物主链上，避免小分子乳化剂迁移至表面，影响耐水性及贮存稳定性等。
优选的，所述丙烯酸类聚合物单体为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸羟丙酯中的一种或几种的组合。
优选的，所述有机硅单体为乙烯基三异丙氧基硅烷或γ-甲基丙稀酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
优选的，所述引发剂为过硫酸铵。
优选的，所述分散剂为聚丙烯酸钠盐P30。
优选的，所述消泡剂Ⅰ为FoamStar%20ST2438。
优选的，所述防腐剂为Lanxess%20D7。
优选的，所述成膜助剂为伊士曼Texanol。
优选的，所述石英粉为50～100目石英粉或70～140目石英粉中一种或两种的组合。
优选的，所述粉煤灰为满足GB/T%201596-2017标准的I级粉煤灰。这种粉煤灰的优点为可改善砂浆的和易性，其独特的多孔型蜂窝状结构使制得的砂浆有良好的透气性。
优选的，所述憎水剂为道康宁SHP50、易来泰SEAL80中的一种。
优选的，所述抗裂纤维为3mm聚丙烯纤维、木质纤维中的一种。
优选的，所述消泡剂Ⅱ为P803、DEFOMEX%20AP199中的一种。
本发明的另一个目的，是提供一种防水透气水泥基聚合物防水砂浆的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备液料：将硅丙乳液、分散剂、消泡剂Ⅰ、防腐剂、成膜助剂和水Ⅰ加入到反应器中，控制转速300～500r/min，搅拌20～30min，得到液料；
(2)制备粉料：将水泥、石英粉，粉煤灰，憎水剂，消泡剂Ⅱ、抗裂纤维、减水剂和保水剂加入到反应釜中，搅拌混合均匀，得到粉料；
(3)使用方法：将液料组份与粉料组分按质量比为1：3～4的比例混合搅拌均匀使用。
优选的，所述步骤(1)中硅丙乳液的制备方法为：
a.在反应器中加入水Ⅱ和1/3总量的阴/非离子可聚合乳化剂，搅拌均匀，缓慢加入1/3总量的丙烯酸类聚合物单体，搅拌升温至50℃，保温反应30min，得到稳定的预乳化液；
b.向预乳化液中加入pH调节剂调节预乳化液pH值至7.5±0.1，升温至80℃，然后滴加1/3总量的引发剂-水Ⅲ配置的溶液，反应30～40min后，得到种子乳液；
c.依次将剩余的丙烯酸类聚合物单体、有机硅单体、阴离子与非离子混合型可聚合乳化剂和引发剂-水Ⅲ配置的溶液滴加入反应器中，确保在2～3h滴加完，继续保温反应2～3h，反应结束后用pH调节剂调节pH值至7.5±0.1，降至20～30℃，得到硅丙乳液。
优选的，所述pH调节剂为陶氏AMP-95。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中制备的硅丙乳液，选用可聚合型的乳化剂，其分子结构中含有亲水亲油的乳化基团及参与聚合的双键，可确保乳化剂分子键合至聚合物主链上，避免小分子乳化剂迁移至表面，从而提高乳液耐水性及贮存稳定性等，并且分子结构中引入的硅氧烷分子结构呈螺旋状，Si-O键上环绕的甲基向外排列并旋转，且分子体积大，内聚能低，使制得的砂浆具有良好的防水透气性；再结合粉料制备中选用的粉煤灰，微观结构呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有多孔结构，通过合理的级配并引入憎水性颗粒等，预留防水砂浆足够的微孔结果，以使水分子透过，即外部的水无法渗入，而内部的水气可自由排出，使得该砂浆具有良好的防水透气性。
(2)本发明以有机硅、丙烯酸类聚合物单体为原料，通过乳液聚合法制得的具有硬核-软壳结构的硅丙乳液，再搭配与消泡剂、分散剂、防腐剂、成膜助剂、水混合制成；粉料为以水泥、石英粉、粉煤灰为主，与憎水剂、消泡剂、减水剂、抗裂纤维、保水剂混合均匀制得。将将液料和粉料按合理配比混合均匀得防水透气水泥基聚合物防水砂浆。本发明制得的液料具有独特的防水性和透气性，且粉料通过合理的级配及引入的透气憎水颗粒，预留防水砂浆足够的微孔结果，以使水分子透过，即外部的水无法渗入，而内部的水气可自由排出，从而制得透气性能好且防水效果佳的防水透气水泥基聚合物防水砂浆。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例中所使用物料的具体型号如下：
pH调节剂为陶氏AMP-95；
分散剂为聚丙烯酸钠盐P30；
消泡剂Ⅰ为FoamStar%20ST2438；
防腐剂为Lanxess%20D7；
成膜助剂为伊士曼Texanol；
憎水剂为道康宁SHP50或易来泰SEAL80中的一种；
抗裂纤维为3mm聚丙烯纤维或木质纤维中的一种；
消泡剂Ⅱ为P803或DEFOMEX%20AP199中的一种；
本发明中其他原材料均为市售产品。
实施例1
一种防水透气水泥基聚合物防水砂浆，具体制备步骤如下：
(1)制备硅丙乳液：
a.在反应器中加入水Ⅱ165份、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚0.6份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵1.8份，搅拌均匀，缓慢加入丙烯酸丁酯36份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸羟丙酯8份的混合聚合单体，搅拌升温至50℃，保温反应30min，得到稳定的预乳化液；
b.向预乳化液中加入pH调节剂调节预乳化液pH值至7.5，升温至80℃，然后滴加过硫酸铵0.3份和水Ⅲ15份配置的溶液，反应30min后，得到种子乳液；
c.依次将剩余的丙烯酸丁酯72份、甲基丙烯酸甲酯20份、丙烯酸羟丙酯16份混合聚合单体；乙烯基三异丙氧基硅烷18份；烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚1.2份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵3.6份的混合可聚合乳化剂；过硫酸铵0.6份、水Ⅲ30份配置的溶液滴加入反应器中，2.5h滴加完，继续保温反应2.5h，反应结束后用pH调节剂调节pH值至7.5，降至20～30℃，得到硅丙乳液；
(2)制备液料：将步骤(1)制备的硅丙乳液62份、分散剂0.6份、消泡剂Ⅰ0.2份、防腐剂0.1份、成膜助剂2.0份和水Ⅰ25份加入到反应器中，控制转速300～500r/min，搅拌20～30min，得到液料；
(3)制备粉料：将水泥46份、50～100目石英粉40份，粉煤灰14份，道康宁SHP500.5份，P803%200.6份、3mm聚丙烯纤维0.2份、减水剂0.6份和保水剂0.1份加入到反应釜中，搅拌混合均匀，得到粉料；
(4)使用方法：将液料组份与粉料组分按质量比为1：3.5的比例混合搅拌均匀使用。
实施例2
一种防水透气水泥基聚合物防水砂浆，具体制备步骤如下：
(1)制备硅丙乳液：
a.在反应器中加入水Ⅱ159份、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚0.7份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵1.6份，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酸丁酯33份、甲基丙烯酸甲酯11份、丙烯酸羟丙酯10份的混合聚合单体，搅拌升温至50℃，保温反应30min，得到稳定的预乳化液；
b.向预乳化液中加入pH调节剂调节预乳化液pH值至7.5，升温至80℃，然后滴加过硫酸铵0.28份和水Ⅲ15份配置的溶液，反应30分钟后，得到种子乳液；
c.依次将剩余的丙烯酸丁酯66份、甲基丙烯酸甲酯26份、丙烯酸羟丙酯20份混合聚合单体；γ-甲基丙稀酰氧基丙基三甲氧基硅烷12份；烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚1.4份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵3.2份的混合可聚合乳化剂；过硫酸铵0.56份、水Ⅲ30份配置的溶液滴加入反应器中，2.5h滴加完，继续保温反应2.5h，反应结束后用pH调节剂调节pH值至7.5，降至20～30℃，得到硅丙乳液；
(2)制备液料：将步骤(1)制备的硅丙乳液64份、分散剂0.7份、消泡剂Ⅰ0.3份、防腐剂0.1份、成膜助剂3.0份和水Ⅰ22份加入到反应器中，控制转速300～500r/min，搅拌20～30min，得到液料；
(3)制备粉料：将水泥43份、50～100目石英粉15份、70～140目石英粉30份、粉煤灰12份、易来泰SEAL80%200.6份、DEFOMEX%20AP199%200.5份、木质纤维0.2份、减水剂0.6份和保水剂0.1份加入到反应釜中，搅拌混合均匀，得到粉料；
(4)使用方法：将液料组份与粉料组分按质量比为1：3.5的比例混合搅拌均匀使用。
实施例3
一种防水透气水泥基聚合物防水砂浆，具体制备步骤如下：
(1)制备硅丙乳液：
a.在反应器中加入水Ⅱ162份、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚0.8份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵1.6份，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酸丁酯30份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸羟丙酯11份的混合聚合单体，搅拌升温至50℃，保温反应30min，得到稳定的预乳化液；
b.向预乳化液中加入pH调节剂调节预乳化液pH值至7.5，升温至80℃，然后滴加过硫酸铵0.3份和水Ⅲ15份配置的溶液，反应25分钟后，得到种子乳液；
c.依次将剩余的丙烯酸丁酯60份、甲基丙烯酸甲酯20份、丙烯酸羟丙酯22份混合聚合单体；γ-甲基丙稀酰氧基丙基三甲氧基硅烷24份；烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚1.6份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵3.2份的混合可聚合乳化剂；过硫酸铵0.6份、水Ⅲ30份配置的溶液滴加入反应器中，2h滴加完，继续保温反应3h，反应结束后用pH调节剂调节pH值至7.5，降至20～30℃，得到硅丙乳液；
(2)制备液料：将步骤(1)制备的硅丙乳液66份、分散剂0.8份、消泡剂Ⅰ0.4份、防腐剂0.2份、成膜助剂4.0份和水Ⅰ28.6份加入到反应器中，控制转速300～500r/min，搅拌20～30min，得到液料；
(3)制备粉料：将水泥47份、50～100目石英粉10份、70～140目石英粉30份、粉煤灰13份、易来泰SEAL80%200.8份、DEFOMEX%20AP199%200.4份、聚丙烯纤维0.2份、减水剂0.5份和保水剂0.1份加入到反应釜中，搅拌混合均匀，得到粉料；
(4)使用方法：将液料组份与粉料组分按质量比为1：3.5的比例混合搅拌均匀使用。
实施例4
一种防水透气水泥基聚合物防水砂浆，具体制备步骤如下：
(1)制备硅丙乳液：
a.在反应器中加入水Ⅱ168份、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚0.7份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵1.8份，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酸丁酯33份、甲基丙烯酸甲酯12份、丙烯酸羟丙酯12份的混合聚合单体，搅拌升温至50℃，保温反应30min，得到稳定的预乳化液；
b.向预乳化液中加入pH调节剂调节预乳化液pH值至7.5，升温至80℃，然后滴加过硫酸铵0.35份和水Ⅲ18份配置的溶液，反应25分钟后，得到种子乳液；
c.依次将剩余的丙烯酸丁酯66份、甲基丙烯酸甲酯24份、丙烯酸羟丙酯24份混合聚合单体；乙烯基三异丙氧基硅烷18份；烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚1.4份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵3.6份的混合可聚合乳化剂；过硫酸铵0.7份、水Ⅲ36份配置的溶液滴加入反应器中，2.5h滴加完，继续保温反应2.5h，反应结束后用pH调节剂调节pH值至7.5，降至20～30℃，得到硅丙乳液；
(2)制备液料：将步骤(1)制备的硅丙乳液68份、分散剂0.9份、消泡剂Ⅰ0.5份、防腐剂0.2份、成膜助剂5.0份和水Ⅰ25.4份加入到反应器中，控制转速300～500r/min，搅拌20～30min，得到液料；
(3)制备粉料：将水泥45份、50～100目石英粉20份、70～140目石英粉20份、粉煤灰15份、道康宁SHP50%200.6份、P803%20AP199%200.3份、木质纤维0.3份、减水剂0.8份和保水剂0.1份加入到反应釜中，搅拌混合均匀，得到粉料；
(4)使用方法：将液料组份与粉料组分按质量比为1：3.5的比例混合搅拌均匀使用。
对比例1
一种水泥基聚合物防水砂浆，具体制备步骤如下：
(1)制备液料：将硅丙乳液R161N%2062份、分散剂0.6份、消泡剂Ⅰ0.2份、防腐剂0.1份、成膜助剂2.0份和水Ⅰ25份加入到反应器中，控制转速300～500r/min，搅拌20～30min，得到液料；
(2)制备粉料：将水泥46份、50～100目石英粉40份，粉煤灰14份，道康宁SHP500.5份，P803%200.6份、3mm聚丙烯纤维0.2份、减水剂0.6份和保水剂0.1份加入到反应釜中，搅拌混合均匀，得到粉料；
(3)使用方法：将液料组份与粉料组分按质量比为1：3.5的比例混合搅拌均匀使用。
对比例2
一种水泥基聚合物防水砂浆，具体制备步骤如下：
(1)制备硅丙乳液：
a.在反应器中加入水Ⅱ165份、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚0.6份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵1.8份，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酸丁酯36份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸羟丙酯8份的混合聚合单体，搅拌升温至50℃，保温反应30min，得到稳定的预乳化液；
b.向预乳化液中加入pH调节剂调节预乳化液pH值至7.5，升温至80℃，然后滴加过硫酸铵0.3份和水Ⅲ15份配置的溶液，反应25分钟后，得到种子乳液；
c.依次将剩余的丙烯酸丁酯72份、甲基丙烯酸甲酯20份、丙烯酸羟丙酯16份混合聚合单体；乙烯基三异丙氧基硅烷18份；烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚1.2份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵3.6份的混合可聚合乳化剂；过硫酸铵0.6份、水Ⅲ30份配置的溶液加入反应器中，在2.5h滴加完，继续反应2.5h，反应结束后用pH调节剂调节pH值至77.5，降至20～30℃，得到硅丙乳液；
(2)制备液料：将步骤(1)制备的硅丙乳液62份、分散剂0.6份、消泡剂Ⅰ0.2份、防腐剂0.1份、成膜助剂2.0份和水25份加入到反应器中，控制转速300～500r/min，搅拌20～30min，得到液料；
(3)制备粉料：将水泥46份、50～100目石英粉40份，碳酸钙粉料14份，道康宁SHP500.5份，P803%200.6份、3mm聚丙烯纤维0.2份、减水剂0.6份和保水剂0.1份加入到反应釜中，搅拌混合均匀，得到粉料；
(4)使用方法：将液料组份与粉料组分按质量比为1：3.5的比例混合搅拌均匀使用。
对比例3
一种水泥基聚合物防水砂浆，具体制备步骤如下：
(1)制备硅丙乳液：
a.在反应器中加入水Ⅱ165份、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚0.6份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵1.8份，搅拌均匀；缓慢加入丙烯酸丁酯36份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸羟丙酯8份的混合聚合单体，搅拌升温至50℃，保温反应30min，得到稳定的预乳化液；
b.向预乳化液中加入pH调节剂调节预乳化液pH值至7.5，升温至80℃，然后滴加过硫酸铵0.3份和水Ⅲ15份配置的溶液，反应30分钟后，得到种子乳液；
c.依次将剩余的丙烯酸丁酯72份、甲基丙烯酸甲酯20份、丙烯酸羟丙酯16份混合聚合单体；乙烯基三异丙氧基硅烷18份；烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚1.2份和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵3.6份的混合可聚合乳化剂；过硫酸铵0.6份、水Ⅲ30份配置的溶液加入反应器中，在2.5h滴加完，继续反应约2.5h，反应结束后用pH调节剂调节pH值至7.5，降至20～30℃，得到硅丙乳液；
(2)制备液料：将步骤(1)制备的硅丙乳液62份、分散剂0.6份、消泡剂Ⅰ0.2份、防腐剂0.1份、成膜助剂2.0份和水Ⅰ25份加入到反应器中，控制转速300～500r/min，搅拌20～30min，得到液料；
(3)制备粉料：将水泥46份、50～100目石英粉40份，粉煤灰14份，P803%200.6份、3mm聚丙烯纤维0.2份、减水剂0.6份和保水剂0.1份加入到反应釜中，搅拌混合均匀，得到粉料；
(4)使用方法：将液料组份与粉料组分按质量比为1：3.5的比例混合搅拌均匀使用。
将实施例1～实施例4和对比例1～对比例3所制备的砂浆采用JC/T984-2011进行砂浆抗渗性、抗压抗折、粘结强度、收缩率、吸水率等检测；按GB/T17146-2015的规定进行透气性测试。检测结果如下表1：
表1-检测结果
由实施例和对比例的检测结果可知，对比例1没有使用本发明的苯丙乳液，在此条件下，该防水砂浆性能参考JC/T984-2011合格，但其砂浆透气性差；对比例2中使用碳酸钙粉料替代粉煤灰，在此条件下，该砂浆抗渗性稍差且砂浆透气性差；对比例3的粉料中不加憎水剂，在此条件下，该防水砂浆吸水率超标，但其砂浆透气性良好。由此可见，只有按照本发明限定的组分用量及制备方法所制得的砂浆，才能达到具有良好的防水透气性能。
综上，本发明制备的硅丙乳液，选用可聚合型的乳化剂，其分子结构中含有亲水亲油的乳化基团及参与聚合的双键，可确保乳化剂分子键合至聚合物主链上，避免小分子乳化剂迁移至表面，从而提高乳液耐水性及贮存稳定性等，并且分子结构中引入的硅氧烷分子结构呈螺旋状，Si-O键上环绕的甲基向外排列并旋转，且分子体积大，内聚能低，使制得的砂浆具有良好的防水透气性；再结合粉料制备中选用的粉煤灰，微观结构呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有多孔结构，通过合理的级配并引入憎水性颗粒等，预留防水砂浆足够的微孔结果，以使水分子透过，即外部的水无法渗入，而内部的水气可自由排出，使得该砂浆具有良好的防水透气性。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
