水泥基用含氟共聚物乳液、基于该乳液的超疏水混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种水泥基用含氟共聚物乳液、基于该乳液的超疏水混凝土及其制备方法，通过乳液聚合的方法合成水泥基用含氟共聚物乳液，先将含氟单体与非氟单体、乳化剂、无机纳米材料、水混合后分散，得到预乳化液；再向预乳化液中加入引发剂，聚合反应，调节pH并冷却即得含氟共聚物乳液。本发明专利技术的水泥基用含氟共聚物乳液选用不含硫酸根、氯离子等腐蚀混凝土的组分，不与水泥水化物发生反应，乳液稳定耐储存、使用方便，制备方法简单易于大规模生产。本发明专利技术的超疏水混凝土表面和内部都具有超疏水特性，拥有高抗渗和超疏水特性、耐磨损能力，可显著提高混凝土的耐久性，在高温差、多雨雪、沿海等地区拥有良好的应用前景。等地区拥有良好的应用前景。等地区拥有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
水泥基用含氟共聚物乳液、基于该乳液的超疏水混凝土及其制备方法


[0001]本专利技术属于超疏水材料
，涉及一种水泥基用含氟共聚物乳液、基于所述乳液的超疏水混凝土及其制备方法。

技术介绍

[0002]混凝土是人类在地球上使用最多、应用最广的土木工程材料之一，但由于腐蚀问题每年都会造成大量的建筑事故和财产损失。混凝土的腐蚀包括物理腐蚀(冻融循环、溶出、干湿循环)、化学腐蚀(氯离子侵蚀、硫酸盐腐蚀、碱一骨料反应、碳化现象)和微生物腐蚀，都与水的渗透有关。由于混凝土的多孔性和亲水性，水很容易吸附在混凝土表面，然后通过毛细孔渗透混凝土内部，引起腐蚀。因此，提高混凝土结构的耐久性和延长其使用寿命的最有效方法是防止水在其中的渗透。
[0003]超疏水混凝土是通过对普通混凝土进行表面或整体超疏水改性而制成的新型建筑材料，与普通混凝土相比，具有更好的疏水性、抗渗性、抗离子侵蚀性和抗冻性，能显著提高混凝土的耐久性和使用寿命。专利CN106187314A公开了一种硅酸盐水泥制品超疏水表面的加工方法，将硅酸盐水泥制品浸渍在长链烷基脂肪酸、甲基三乙氧基硅烷和乙醇的混合溶液中，取出，自然干燥后表面即具有超疏水性。专利CN111548095A公开了一种硅酸盐水泥硬化浆体表面超疏水改性方法，将月桂酸钠水溶液喷涂到硅酸盐水泥硬化浆体样品表面，自然风干，清洗干燥后品表面即具有超疏水性。专利CN111410454A公开了一种制备高效内掺型纳米超疏水混凝土或水泥砂浆的方法，将活性物为含氢硅氧烷聚合物的纳米超疏水乳液内掺入新拌混凝土或水泥砂浆，养护成型，制得的超疏水混凝土或水泥砂浆具有很强的疏水性，水很难渗透到水泥内部。相较于表面超疏水处理，整体化超疏水混凝土在使用过程中，即使表面被磨损或出现裂缝，新暴露的表面仍然是超疏水性的，其抗渗性也不会受到影响，具有更优秀的耐久性。
[0004]整体化超疏水处理，是指在制备混凝土时，掺入低表面能化合物，以使混凝土表面和毛细孔内壁达到超疏水状态，从而阻止水在混凝土表面的吸附和内部的渗透。制备整体化超疏水混凝土的关键在于核心材料低表面能混合物的制备，有文献(Cement&Concrete Research,2020.131)记载将疏水性非晶态纳米二氧化硅、异丁基三乙氧基硅烷加入到水中，超声分散得到混合溶液，用该溶液作为低表面能掺加剂制备整体超疏水砂浆。论文Applied Surface Science,2020.507将端羟基聚二甲基硅氧烷、四乙氧基硅烷、二丁基二脲酸酯按100:5:1加入到塑料杯中，手动搅拌得到混合溶液，用该溶液作为低表面能掺加剂制备整体超疏水砂浆。论文Construction&Building Materials,2020.238将二氧化硅涂层处理后的沙子或水泥用乙醇分散，加入到CTAB水溶液中，搅拌，滴加正硅酸乙酯，离心分离，乙醇洗涤，干燥，得到超疏水性的沙子或水泥颗粒，用该颗粒作为低表面能掺加剂制备整体超疏水砂浆。上述这些方法中制备的低表面能混合物都具有制备工艺复杂、低表面能混合物储存稳定性差且会与水泥水化产物发生作用(硅烷化合物的水解产物会与C
‑
S
‑
H凝胶发
生偶联缩合，从而影响水泥基材料的力学性能)等特点，不适合整体化超疏水混凝土的大规模化制备。为解决这一问题，急需一种超疏水化效果好，存储稳定性佳，与水泥相容性好且不与水泥水化物发生反应的低表面能混合物。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了提供一种水泥基用含氟共聚物乳液、基于该乳液的超疏水混凝土及其制备方法。本专利技术的含氟共聚物乳液具有超疏水化效果好、与水泥相容性好且不与水泥水化物发生反应、机械性能稳定等特点，且使用方便、易于整体化超疏水混凝土的大规模制备，制得的所述超疏水混凝土具有很好的超疏水性能，表面和剖面接触角都在150
°
以上。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的技术方案之一提供了一种水泥基用含氟共聚物乳液，包括以下重量百分比的原料组分：聚合单体2～50wt％，乳化剂0～5wt％，无机纳米材料0～5wt％，余量为水，其中，所述聚合单体由15～60wt％含氟单体和40～85wt％非氟单体构成。
[0008]进一步的，所述的含氟单体选自全氟壬基乙基甲基丙烯酸酯、全氟壬基乙基丙烯酸酯、全氟壬基乙烯、全氟辛基乙基丙烯酸酯、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯、全氟辛基乙烯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸十二氟庚酯、全氟己基乙基丙烯酸酯、全氟己基乙基甲基丙烯酸酯、全氟己基乙烯、全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯、全氟丁基乙基丙烯酸酯、全氟丁基乙烯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟丁酯的任意一种或任意多种。
[0009]进一步的，所述非氟单体选自碳链数为1
‑
18的丙烯酸烷基酯或碳链数为1
‑
18的甲基丙烯酸烷基酯的任意一种或任意多种。
[0010]进一步的，所述无机纳米材料选自二氧化硅、二氧化钛、氧化石墨烯的任意一种或任意多种。
[0011]进一步的，所述无机纳米材料的粒度为30～200nm。
[0012]进一步的，所述乳化剂由非离子表面活性剂和/或阴离子表面活性剂组成。所述的乳化剂在水中不解离出游离的硫酸根离子和氯离子，两类表面活性剂的混合比例不限。更进一步的，所述非离子表面活性剂为烷基链长3
‑
25的脂肪醇聚氧乙烯醚、环氧乙烷数量6
‑
12的烷基酚聚氧乙烯醚的任意一种或任意多种。更进一步的，所述阴离子表面活性剂为硬脂酸钠、月桂醇聚醚
‑
11羧酸钠、磷酸十六烷基酯钾盐的任意一种或任意多种。
[0013]本专利技术的技术方案之二提供了一种水泥基用含氟共聚物乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0014](1)预乳液的合成：将乳化剂、水、含氟单体、非氟单体、无机纳米材料混合分散，得到预乳液；
[0015](2)含氟共聚物乳液的合成：将重量为聚合单体总重量0.5％～3wt％的引发剂加入到预乳液中，在温度40℃～90℃下聚合反应1～12小时，反应完成后再用碱溶液调节pH至7～14，即得到含氟共聚物乳液。
[0016]进一步的，所述的碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水中的任一种。
[0017]进一步的，所述的引发剂为4,4
’‑
偶氮双(4
‑
氰基戊酸)。
[0018]本专利技术的技术方案之三提供了一种超疏水混凝土，以及掺杂在常规混凝土中的水
泥基用含氟共聚物乳液。制备超疏水混凝土，含氟共聚物乳液的掺杂量为水泥用量的0.5％～5wt％。此处的常规混凝土采用本领域的常规配方制成即可。
[0019]本专利技术的技术方案之四提供了一种超疏水混凝土制备方法，包括以下步骤：
[0020](1)取水泥、细沙、水，以及所述水泥基用含氟共聚物乳液混合，搅拌形成水泥浆；
[0021](2)将水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥基用含氟共聚物乳液，其特征在于，包括以下重量百分比的原料组分：聚合单体2～50wt％，乳化剂0～5wt％，无机纳米材料0～5wt％，余量为水，其中，所述聚合单体由15～60wt％含氟单体和40～85wt％非氟单体构成。2.根据权利要求1所述的一种水泥基用含氟共聚物乳液，其特征在于，所述的含氟单体选自全氟壬基乙基甲基丙烯酸酯、全氟壬基乙基丙烯酸酯、全氟壬基乙烯、全氟辛基乙基丙烯酸酯、全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯、全氟辛基乙烯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸十二氟庚酯、全氟己基乙基丙烯酸酯、全氟己基乙基甲基丙烯酸酯、全氟己基乙烯、全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯、全氟丁基乙基丙烯酸酯、全氟丁基乙烯、甲基丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟丁酯的任意一种或任意多种；所述非氟单体选自碳链数为1
‑
18的丙烯酸烷基酯或碳链数为1
‑
18的甲基丙烯酸烷基酯的任意一种或任意多种。3.根据权利要求1所述的一种水泥基用含氟共聚物乳液，其特征在于，所述无机纳米材料选自二氧化硅、二氧化钛、氧化石墨烯的任意一种或任意多种。4.根据权利要求1所述的一种水泥基用含氟共聚物乳液，其特征在于，所述乳化剂由非离子表面活性剂和/或阴离子表面活性剂组成。5.如权利要求1至4任一所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋正武，张斌，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：