生土防水保温涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开生土防水保温涂料及其制备方法，将甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵吸附于湿凝胶表面，经过超临界干燥后，利用气凝胶表面静电吸引作用吸附的甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵分子上的不饱和键与甲基丙烯酸甲酯在乳液体系下共聚，将共聚物分子链引入气凝胶表面。本发明专利技术技术方案中共聚物大分子链均匀包裹在气凝胶骨架表面，可使涂料产物保持三维网状结构，拥有绝佳的保温性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于绿色建筑材料
，更加具体地说，涉及一种生土防水保温涂料的制备方法。
技术介绍
生土建筑泛指未经焙烧而仅仅经过简单密实加工的原状土类材料，营造主体结构的建筑体。生土建筑是一种最古老而迄今还一直被广泛采用的建筑类型。由于生土分布广泛，取土方便，经济实用，并且采用生土建造的建筑具有冬暖夏凉，坚固耐久的特性，所以长期以来，生土材料是广大人民普遍采用的一种建筑材料(《生土建筑现场调查》，张延年等著，科学出版社，2014)。从人类社会形成以来，生土一直是最主要的建筑材料，世界上有1/3以上的人口居住在生土建筑之中，我国农村至今尚有1亿多人口居住在生土建筑中，因此，如何在经济高速发展当下和新农村建设中发展和改进传统的生土建筑，对我国农村居住条件的改善，以及扩大生土材料在其他领域的应用都具有十分重大的意义。传统混凝土等建筑材料中水泥砂浆固化后会形成牢固的化学键，给与建筑物强大的支撑力，与此同时，废弃的混凝土变得非常稳定、难以重复利用，对资源和环境造成严重危害。由于生土材料源于天然原土，土壤颗粒之间鲜有强化学键，使其具有极为优异的可循环利用潜力，但正是因为生土材料特殊结构，也会给其带来致命缺陷，严重威胁着生土建筑的使用寿命，尤其是生土材料不耐水，遇水软化、强度降低等缺点，使生土建筑的使用受到限制(《生土建筑的生命机制》，王晓华著，中国建筑工业出版社，2010)。因此，如何对生土材料进行改性，增强生土材料的耐水性和耐久性，提高生土建筑的使用年限，就成为生土材料研究必须首先解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，克服了现有生土材料耐水性差、保温隔热性能不佳的缺点，提供了一种生土防水保温涂料的制备方法，有利于显著提高生土材料的耐水性和保温隔热性能。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：生土防水保温涂料及其制备方法，按照下述步骤进行：步骤1，在80-150重量份正硅酸乙酯中加入0.1-1重量份12mol/L的氯化氢的水溶液中(即盐酸)，室温20—25摄氏度下搅拌5-30min后静置30-180min，随后加入0.01-0.2重量份氢氧化钠固体，搅拌至其完全溶解，将上述溶液静置2-6h后得到湿凝胶，在湿凝胶中加入0.1-1重量份甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵，静置2-6h后，将产物置于CO2超临界高压萃取装置中，以CO2为介质在温度30-50℃和气压7-10MPa下进行超临界干燥至少1h，即可得到二氧化硅气凝胶。在所述步骤1中，进行超临界干燥时间为2—3h。在所述步骤1中，以CO2为介质进行超临界干燥，温度为35—40℃，气压为8—9MPa。在所述步骤1中，正硅酸乙酯为100—120重量份，氢氧化钠固体为0.05—0.1重量份，甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵为0.3—0.8重量份，12mol/L的氯化氢的水溶液为0.3—0.8重量份。在所述步骤1中，在正硅酸乙酯中加入氯化氢的水溶液中后，室温20—25摄氏度下搅拌10-20min后静置60-120min，搅拌速度为每分钟100—150转；随后加入氢氧化钠固体，搅拌至其完全溶解，搅拌速度为每分钟100—150转，将上述溶液静置3—5h后得到湿凝胶，在湿凝胶中加入甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵，静置3—5h。步骤2，将0.1-0.5重量份十二烷基硫酸钠溶于50-100重量份去离子水，将步骤1得到的二氧化硅气凝胶10-20重量份均匀分散在50—60重量份无水乙醇中，然后将分散有二氧化硅气凝胶的无水乙醇加入到溶有十二烷基硫酸钠的去离子水中并分散均匀，使用惰性气体进行排除空气，以使反应在无氧条件下进行，并升温至50-70℃；在维持搅拌条件下滴加80-90重量份甲基丙烯酸甲酯在15-30min内滴加完毕，升温至70-90℃，加入0.1-0.5重量份过硫酸钾和0.01-0.05重量份碳酸钾，反应5-10h后冷却，即得到生土防水保温涂料。在所述步骤2中，使用惰性气体为氮气、氦气或者氩气。在所述步骤2中，十二烷基硫酸钠为0.2—0.3重量份，去离子水为60—80重量份，步骤1得到的二氧化硅气凝胶为15—18重量份，无水乙醇为55—60重量份，过硫酸钾为0.2—0.3重量份，碳酸钾为0.02—0.04重量份。在所述步骤2中，使用惰性气体通入反应体系至少30min进行排除空气，以使反应在无氧条件下进行，优选30—40min。在所述步骤2中，滴加完毕甲基丙烯酸甲酯后，使用惰性气体通入反应体系进行排除空气，以使反应在无氧条件下进行，通入时间为10—20min，再进行升温。在所述步骤2中，反应结束后自然冷却至25-40℃，即得到生土防水保温涂料。采用美国Brookhaven的ZetaPALS型高分辨Zeta电位及粒度分析仪分别测定Zeta电位，结果如附图1所示，a为采用本专利技术步骤1的工艺方法制备的二氧化硅气凝胶(未经甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵修饰)，b为甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸甲酯的共聚物溶液(采用本专利技术步骤2的工艺方法进行制备，不添加二氧化硅气凝胶，直接将甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸甲酯进行共聚)，c为采用本专利技术步骤1的工艺方法制备的二氧化硅气凝胶湿凝胶(经甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵修饰)，d为采用本专利技术步骤1的工艺方法制备的二氧化硅气凝胶(经甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵修饰)。由附图1所示可知，未经改性的二氧化硅气凝胶的Zeta电位为负值(-38.61mV)。其原因是由于未经疏水化改性的二氧化硅(SA)表面带有大量硅羟基，与空气中的水作用而发生电离，形成带负电荷的离子SiO-；甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸甲酯的共聚物溶液的Zeta电位为正值(24.43mV)是由于甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵作为阳离子单体，与水作用可以产生带正电荷的季铵基团-N+(CH3)3；通过气凝胶骨架表面的负电荷与甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵分子上正电荷间的相互吸引作用构建相界面得到的经甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵修饰的二氧化硅气凝胶湿凝胶的Zeta电位为-18.61mV。这是由于在相界面构建以及共聚物聚合过程中，带正电荷的甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵分子能够被吸引到带负电荷的凝胶骨架上，使复合材料电性得以中和，Zeta电位值介于未修饰气凝胶与共聚物之间，而Zeta电位为负值，说明气凝胶骨架表面仍有部分负电荷未被中和。而当湿凝胶经本文档来自技高网...

【技术保护点】
生土防水保温涂料，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，在80‑150重量份正硅酸乙酯中加入0.1‑1重量份12mol/L的氯化氢的水溶液中，室温20—25摄氏度下搅拌5‑30min后静置30‑180min，随后加入0.01‑0.2重量份氢氧化钠固体，搅拌至其完全溶解，将上述溶液静置2‑6h后得到湿凝胶，在湿凝胶中加入0.1‑1重量份甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵，静置2‑6h后，将产物置于CO2超临界高压萃取装置中，以CO2为介质在温度30‑50℃和气压7‑10MPa下进行超临界干燥至少1h，即可得到二氧化硅气凝胶；步骤2，将0.1‑0.5重量份十二烷基硫酸钠溶于50‑100重量份去离子水，将步骤1得到的二氧化硅气凝胶10‑20重量份均匀分散在50—60重量份无水乙醇中，然后将分散有二氧化硅气凝胶的无水乙醇加入到溶有十二烷基硫酸钠的去离子水中并分散均匀，使用惰性气体进行排除空气，以使反应在无氧条件下进行，并升温至50‑70℃；在维持搅拌条件下滴加80‑90重量份甲基丙烯酸甲酯在15‑30min内滴加完毕，升温至70‑90℃，加入0.1‑0.5重量份过硫酸钾和0.01‑0.05重量份碳酸钾，反应5‑10h后冷却，即得到生土防水保温涂料。...

【技术特征摘要】
1.生土防水保温涂料，其特征在于，按照下述步骤进行：
步骤1，在80-150重量份正硅酸乙酯中加入0.1-1重量份12mol/L的氯化氢的水溶液
中，室温20—25摄氏度下搅拌5-30min后静置30-180min，随后加入0.01-0.2重量份氢
氧化钠固体，搅拌至其完全溶解，将上述溶液静置2-6h后得到湿凝胶，在湿凝胶中加入
0.1-1重量份甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵，静置2-6h后，将产物置于CO2超临界高压萃取装置中，以CO2为介质在温度30-50℃和气压7-10MPa下进行超临界干
燥至少1h，即可得到二氧化硅气凝胶；
步骤2，将0.1-0.5重量份十二烷基硫酸钠溶于50-100重量份去离子水，将步骤1得
到的二氧化硅气凝胶10-20重量份均匀分散在50—60重量份无水乙醇中，然后将分散有
二氧化硅气凝胶的无水乙醇加入到溶有十二烷基硫酸钠的去离子水中并分散均匀，使用
惰性气体进行排除空气，以使反应在无氧条件下进行，并升温至50-70℃；在维持搅拌条
件下滴加80-90重量份甲基丙烯酸甲酯在15-30min内滴加完毕，升温至70-90℃，加入
0.1-0.5重量份过硫酸钾和0.01-0.05重量份碳酸钾，反应5-10h后冷却，即得到生土防水
保温涂料。
2.根据权利要求1所述的生土防水保温涂料，其特征在于，在所述步骤1中，进行超
临界干燥时间为2—3h，以CO2为介质进行超临界干燥，温度为35—40℃，气压为8—
9MPa。
3.根据权利要求1所述的生土防水保温涂料，其特征在于，在所述步骤1中，正硅
酸乙酯为100—120重量份，氢氧化钠固体为0.05—0.1重量份，甲基丙烯酰氧乙基十二
烷基三甲基氯化铵为0.3—0.8重量份，12mol/L的氯化氢的水溶液为0.3—0.8重量份；在
正硅酸乙酯中加入氯化氢的水溶液中后，室温20—25摄氏度下搅拌10-20min后静置
60-120min，搅拌速度为每分钟100—150转；随后加入氢氧化钠固体，搅拌至其完全溶
解，搅拌速度为每分钟100—150转，将上述溶液静置3—5h后得到湿凝胶，在湿凝胶中
加入甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化铵，静置3—5h。
4.根据权利要求1所述的生土防水保温涂料，其特征在于，在所述步骤2中，使用
惰性气体为氮气、氦气或者氩气；使用惰性气体通入反应体系至少30min进行排除空气，
以使反应在无氧条件下进行，优选30—40min；滴加完毕甲基丙烯酸甲酯后，使用惰性
气体通入反应体系进行排除空气，以使反应在无氧条件下进行，通入时间为10—20min，

\t再进行升温；反应结束后自然冷却至25-40℃，即得到生土防水保温涂料。
5.根据权利要求1所述的生土防水保温涂料，其特征在于，在所述步骤2中，十二
烷基硫酸钠为0.2—0.3重量份，去离子水为60—80重量份，步骤1得到的二氧化硅气凝
胶为15—18重量份，无水乙醇为55—60重量份，过硫酸钾为0.2—0.3重量份，碳酸钾
为0.02—0.04重量份。
6.生土防水保温涂料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪彦，刘洪丽，李婧，李亚静，杨久俊，张磊，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津;12