一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料及其生产工艺的制作方法

1.本发明属于防水涂料技术领域，特别是涉及一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料及其生产工艺。


背景技术：

2.随着经济的发展和城市化进程的不断加快，我国各地区道路与桥梁的建设规模也在不断的扩大，道路与桥梁施工质量的高低直接决定着道桥的使用寿命。我国上世纪90年代初建设的道桥基本上不在其表面上铺设防水层，投入使用后不久，道桥表面就会出现严重的破损、开裂、坑槽、涌包等现象。道桥表面铺设的防水层质量的优劣，直接影响到道桥的正常使用和其寿命的长短。现有技术中常用的道桥专用防水涂料主要为聚合物改性沥青防水涂料、聚氨酯防水涂料、水泥基渗透结晶型防水涂料等。然而，上述防水涂料在道桥使用中依然存在以下弊端：防水涂料与基面之间的粘结性比较差，耐高温和抗剪切性能差，施工涂膜表面会出现气泡、堆积严重、路面出现波形推移、容易开裂等问题；且现有技术中常用的聚合物改性沥青防水涂料常采用丁苯橡胶对沥青进行改性，由于丁苯橡胶中含有有毒的苯环结构，会对环境造成污染，不符合环保要求。因此，急需研发出一种具有良好的耐热性、粘结型和抗剪切性能，且绿色环保的道桥专用防水涂料。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料及其生产工艺，用以解决现有的防水涂料粘结性、耐高温和抗剪切性能差以及不符合环保要求的技术问题。
4.本发明提供一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料，该防水涂料由如下质量百分比的原料组成：沥青40％-60％、sbs4％-6％、改性水性氯丁胶乳20％-30％、乙四胺四乙酸1％-2％、复合稳定剂1％-2％、复合乳化剂2％-3％、水1％-10％；所述改性水性氯丁胶乳由如下质量百分比的原料组成：固含量为55-60wt％的阳离子氯丁胶乳10％-20％、丙烯酸丁酯35％-45％、阳离子型乳化剂3％-5％、引发剂1％-2％、缓冲剂2％-4％、交联剂2％-3％以及余量的水。
5.优选地，所述复合稳定剂由如下质量百分比的原料组成：三聚磷酸钠20％-30％、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷3％-5％、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚5％-7％、聚乙烯吡咯烷酮5％-10％、草酸二酰肼1％-3％以及余量的松香皂。
6.优选地，所述复合乳化剂由如下质量百分比的原料组成：聚氧乙烯醚25％-30％、季铵盐1％-2％以及余量的烷基芳基磺酸盐。
7.优选地，所述阳离子型乳化剂为烷基胺类、丙烯二胺、木质胺类中的一种或多种。
8.优选地，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、n,n-二甲基苯胺中的一种或多种。
9.优选地，所述缓冲剂为碳酸氢钠、醋酸钠、磷酸二氢钠中的任意一种。
10.优选地，所述交联剂为草酸二酰肼、碳酸二酰肼、丁二酸二酰肼中的任意一种。
11.本发明还提供一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料的生产工艺，包括以下步骤：步骤(1)sbs乳化沥青的制备：a.制备sbs改性沥青：将各个原料按质量百分比准确称量，将沥青、sbs分别加热熔化，控制加热温度为140℃-150℃，手动搅拌混合5min后采用高速剪切机进行剪切处理，自然冷却后得到sbs改性沥青；b.乳化：将sbs改性沥青加热到熔融状态，将复合乳化剂溶于水中并将其缓慢加入至呈熔融状态的sbs改性沥青中，并对其进行高速搅拌，加料完毕，再持续高速搅拌50min，最终制得sbs乳化沥青；
12.步骤(2)改性水性氯丁胶乳的制备：将阳离子氯丁胶乳、丙烯酸丁酯加入到部分的水中并混合搅拌均匀得到组分a；将阳离子型乳化剂、占引发剂总质量5％～10％的引发剂、缓冲剂加入到剩余的水中并混合搅拌均匀得到组分b；在不断搅拌下，将组分b缓慢加入到组分a中，加料完毕，向反应体系中加入交联剂和剩余的引发剂，并对反应体系进行加热，加热温度控制在40℃-45℃，反应时间为2小时，反应结束，停止加热，自然冷却恢复至室温后，得到改性水性氯丁胶乳；
13.步骤(3)sbs乳化沥青与改性水性氯丁胶乳的混合：将步骤(1)制备得到的sbs乳化沥青和步骤(2)制备得到的改性水性氯丁胶乳分别加入到搅拌釜中，控制搅拌釜的转速为300-400rpm，搅拌混合10min后，将搅拌釜的转速提升至600-800rpm，向搅拌釜中依次缓慢加入乙四胺四乙酸、复合稳定剂，加料完毕，在600-800rpm的转速条件下继续搅拌10min，随后将转速降低至300-400rpm继续搅拌30mim，最终制得终产品。
14.本发明的有益效果：(1)本发明首先利用sbs对沥青进行改性，并将其乳化形成sbs乳化沥青，再使sbs乳化沥青与改性水性氯丁胶乳之间发生聚合反应，得到聚合物改性沥青防水涂料，在sbs乳化沥青与改性水性氯丁胶乳反应时，通过加入乙二胺四乙酸和复合稳定剂，使sbs乳化沥青与改性水性氯丁胶乳形成的聚合物的性能显著提高，极大的提高了防水涂料的强度、延伸性、耐热性能，该防水涂料与水凝土粘结强度可以达到1.56，断裂延伸率可以达到2000％，耐热度可以达到200℃，符合jc/t 975-2005道桥用防水涂料的行业标准，具有优良的耐热性，低温柔性，粘结性和抗剪切性能，可防止因渗水造成的结构破坏，延长道桥的使用寿命，环保无毒，不污染环境，且制备工艺简单，可在常温下进行冷施工，便于推广应用；且改性水性氯丁胶乳的加入除了和sbs乳化沥青结合形成聚合物外，还能够起到粘合的作用，可以在断裂基面上直接使用，有利于防水涂料与基面之间的结合；(2)通过丙烯酸丁酯对阳离子氯丁胶乳进行改性，从而制备得到改性水性氯丁胶乳，改性水性氯丁胶乳具有优良的粘性、耐水性和热稳定性，有利于进一步提高防水涂料的粘结性、耐热性和防水性能。
具体实施方式
15.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
16.本发明提供一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料，该防水涂料由如下质量百分比的原料组成：沥青40％-60％、sbs4％-6％、改性水性氯丁胶乳20％-30％、乙四胺四乙酸1％-2％、复合稳定剂1％-2％、复合乳化剂2％-3％、水1％-10％；所述改性水性氯丁胶乳由如下质量百分比的原料组成：固含量为55-60wt％的阳离子氯丁胶乳10％-20％、丙烯酸丁
酯35％-45％、阳离子型乳化剂3％-5％、引发剂1％-2％、缓冲剂2％-4％、交联剂2％-3％以及余量的水。
17.所述复合稳定剂由如下质量百分比的原料组成：三聚磷酸钠20％-30％、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷3％-5％、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚5％-7％、聚乙烯吡咯烷酮5％-10％、草酸二酰肼1％-3％以及余量的松香皂。其中三聚磷酸钠作为分散剂，调整整个体系的表面张力，提高产品的附着能力；异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂，促进sbs乳化沥青与改性水性氯丁胶乳之间的结合；聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚作为消泡剂，减少涂料中的气泡，有利于提高涂料的致密性、防水性，并改善涂料的外观；聚乙烯吡咯烷酮作为增稠剂，用于防止涂料发生沉降，提高防水涂料的抗流挂性能；草酸二酰肼作为交联剂；松香皂作为活化剂，将上述各个原料进行复配，不仅有利于促进sbs乳化沥青与改性水性氯丁胶乳之间聚合反应的发生，提高生成的聚合物改性沥青防水涂料的性能，而且还显著提高了防水涂料的热稳定性和存储稳定性。
18.所述复合乳化剂由如下质量百分比的原料组成：聚氧乙烯醚25％-30％、季铵盐1％-2％以及余量的烷基芳基磺酸盐。通过将非离子型乳化剂、阳离子型乳化剂与阴离子型乳化剂复配，不仅降低了各个原料之间的静电张力，使乳化效果大大增强，还改善了体系的溶解性，提高了整个乳化体系的稳定性。
19.所述阳离子型乳化剂为烷基胺类、丙烯二胺、木质胺类中的一种或多种。
20.所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、n,n-二甲基苯胺中的一种或多种。
21.所述缓冲剂为碳酸氢钠、醋酸钠、磷酸二氢钠中的任意一种。
22.所述交联剂为草酸二酰肼、碳酸二酰肼、丁二酸二酰肼中的任意一种。
23.本发明还提供一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料的生产工艺，包括以下步骤：步骤(1)sbs乳化沥青的制备：a.制备sbs改性沥青：将各个原料按质量百分比准确称量，将沥青、sbs分别加热熔化，控制加热温度为140℃-150℃，手动搅拌混合5min后采用高速剪切机进行剪切处理，自然冷却后得到sbs改性沥青；b.乳化：将sbs改性沥青加热到熔融状态，将复合乳化剂溶于水中并将其缓慢加入至呈熔融状态的sbs改性沥青中，并对其进行高速搅拌，加料完毕，再持续高速搅拌50min，最终制得sbs乳化沥青；
24.步骤(2)改性水性氯丁胶乳的制备：将阳离子氯丁胶乳、丙烯酸丁酯加入到部分的水中并混合搅拌均匀得到组分a；将阳离子型乳化剂、占引发剂总质量5％～10％的引发剂、缓冲剂加入到剩余的水中并混合搅拌均匀得到组分b；在不断搅拌下，将组分b缓慢加入到组分a中，加料完毕，向反应体系中加入交联剂和剩余的引发剂，并对反应体系进行加热，加热温度控制在40℃-45℃，反应时间为2小时，反应结束，停止加热，自然冷却恢复至室温后，得到改性水性氯丁胶乳；
25.步骤(3)sbs乳化沥青与改性水性氯丁胶乳的混合：将步骤(1)制备得到的sbs乳化沥青和步骤(2)制备得到的改性水性氯丁胶乳分别加入到搅拌釜中，控制搅拌釜的转速为300-400rpm，搅拌混合10min后，将搅拌釜的转速提升至600-800rpm，向搅拌釜中依次缓慢加入乙四胺四乙酸、复合稳定剂，加料完毕，在600-800rpm的转速条件下继续搅拌10min，随后将转速降低至300-400rpm继续搅拌30mim，最终制得终产品。
26.实施例1
27.一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料，该防水涂料由如下质量百分比的原料组
成：沥青40％、sbs4％、改性水性氯丁胶乳20％、乙四胺四乙酸1％、复合稳定剂1％、复合乳化剂2％、水1％；所述改性水性氯丁胶乳由如下质量百分比的原料组成：固含量为55wt％的阳离子氯丁胶乳10％、丙烯酸丁酯35％、阳离子型乳化剂3％、引发剂1％、缓冲剂2％、交联剂2％以及余量的水；所述复合稳定剂由如下质量百分比的原料组成：三聚磷酸钠20％、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷3％、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚5％、聚乙烯吡咯烷酮5％、草酸二酰肼1％以及余量的松香皂；所述复合乳化剂由如下质量百分比的原料组成：聚氧乙烯醚25％、季铵盐1％以及余量的烷基芳基磺酸盐；所述阳离子型乳化剂为烷基胺类；所述引发剂为过硫酸钾，所述缓冲剂为碳酸氢钠，所述交联剂为草酸二酰肼。
28.上述道桥专用聚合物改性沥青防水涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)sbs乳化沥青的制备：a.制备sbs改性沥青：将各个原料按质量百分比准确称量，将沥青、sbs分别加热熔化，控制加热温度为140℃-150℃，手动搅拌混合5min后采用高速剪切机进行剪切处理，自然冷却后得到sbs改性沥青；b.乳化：将sbs改性沥青加热到熔融状态，将复合乳化剂溶于水中并将其缓慢加入至呈熔融状态的sbs改性沥青中，并对其进行高速搅拌，加料完毕，再持续高速搅拌50min，最终制得sbs乳化沥青；
29.步骤(2)改性水性氯丁胶乳的制备：将阳离子氯丁胶乳、丙烯酸丁酯加入到部分的水中并混合搅拌均匀得到组分a；将阳离子型乳化剂、占引发剂总质量5％～10％的引发剂、缓冲剂加入到剩余的水中并混合搅拌均匀得到组分b；在不断搅拌下，将组分b缓慢加入到组分a中，加料完毕，向反应体系中加入交联剂和剩余的引发剂，并对反应体系进行加热，加热温度控制在40℃-45℃，反应时间为2小时，反应结束，停止加热，自然冷却恢复至室温后，得到改性水性氯丁胶乳；
30.步骤(3)sbs乳化沥青与改性水性氯丁胶乳的混合：将步骤(1)制备得到的sbs乳化沥青和步骤(2)制备得到的改性水性氯丁胶乳分别加入到搅拌釜中，控制搅拌釜的转速为300-400rpm，搅拌混合10min后，将搅拌釜的转速提升至600-800rpm，向搅拌釜中依次缓慢加入乙四胺四乙酸、复合稳定剂，加料完毕，在600-800rpm的转速条件下继续搅拌10min，随后将转速降低至300-400rpm继续搅拌30mim，最终制得终产品。
31.实施例2
32.一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料，该防水涂料由如下质量百分比的原料组成：沥青60％、sbs6％、改性水性氯丁胶乳30％、乙四胺四乙酸2％、复合稳定剂2％、复合乳化剂3％、水10％；所述改性水性氯丁胶乳由如下质量百分比的原料组成：固含量为60wt％的阳离子氯丁胶乳20％、丙烯酸丁酯45％、阳离子型乳化剂5％、引发剂2％、缓冲剂4％、交联剂3％以及余量的水；所述复合稳定剂由如下质量百分比的原料组成：三聚磷酸钠30％、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷5％、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚7％、聚乙烯吡咯烷酮10％、草酸二酰肼3％以及余量的松香皂；所述复合乳化剂由如下质量百分比的原料组成：聚氧乙烯醚30％、季铵盐2％以及余量的烷基芳基磺酸盐；所述阳离子型乳化剂为烷基胺类、丙烯二胺、木质胺类的混合物；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、n,n-二甲基苯胺的混合物，所述缓冲剂为醋酸钠，所述交联剂为碳酸二酰肼。该道桥专用聚合物改性沥青防水涂料的生产工艺同实施例1。
33.实施例3
34.一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料，该防水涂料由如下质量百分比的原料组
成：沥青50％、sbs5％、改性水性氯丁胶乳25％、乙四胺四乙酸2％、复合稳定剂1％、复合乳化剂2％、水8％；所述改性水性氯丁胶乳由如下质量百分比的原料组成：固含量为57wt％的阳离子氯丁胶乳20％、丙烯酸丁酯40％、阳离子型乳化剂4％、引发剂2％、缓冲剂3％、交联剂2％以及余量的水；所述复合稳定剂由如下质量百分比的原料组成：三聚磷酸钠25％、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷4％、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚6％、聚乙烯吡咯烷酮7％、草酸二酰肼2％以及余量的松香皂；所述复合乳化剂由如下质量百分比的原料组成：聚氧乙烯醚28％、季铵盐2％以及余量的烷基芳基磺酸盐；所述阳离子型乳化剂为烷基胺类与丙烯二胺的混合物；所述引发剂为过硫酸钾与n,n-二甲基苯胺的混合物，所述缓冲剂为磷酸二氢钠，所述交联剂为丁二酸二酰肼。该道桥专用聚合物改性沥青防水涂料的生产工艺同实施例1。
35.实施例4
36.一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料，该防水涂料由如下质量百分比的原料组成：沥青45％、sbs5％、改性水性氯丁胶乳23％、乙四胺四乙酸2％、复合稳定剂2％、复合乳化剂3％、水5％；所述改性水性氯丁胶乳由如下质量百分比的原料组成：固含量为59wt％的阳离子氯丁胶乳18％、丙烯酸丁酯44％、阳离子型乳化剂5％、引发剂2％、缓冲剂4％、交联剂3％以及余量的水；所述复合稳定剂由如下质量百分比的原料组成：三聚磷酸钠28％、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷5％、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚7％、聚乙烯吡咯烷酮9％、草酸二酰肼2％以及余量的松香皂；所述复合乳化剂由如下质量百分比的原料组成：聚氧乙烯醚26％、季铵盐1％以及余量的烷基芳基磺酸盐；所述阳离子型乳化剂为丙烯二胺；所述引发剂为过硫酸铵，所述缓冲剂为碳酸氢钠，所述交联剂为草酸二酰肼。该道桥专用聚合物改性沥青防水涂料的生产工艺同实施例1。
37.实施例5
38.一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料，该防水涂料由如下质量百分比的原料组成：沥青43％、sbs4％、改性水性氯丁胶乳21％、乙四胺四乙酸1％、复合稳定剂2％、复合乳化剂2％、水2％；所述改性水性氯丁胶乳由如下质量百分比的原料组成：固含量为56wt％的阳离子氯丁胶乳12％、丙烯酸丁酯36％、阳离子型乳化剂3％、引发剂1％、缓冲剂3％、交联剂2％以及余量的水；所述复合稳定剂由如下质量百分比的原料组成：三聚磷酸钠22％、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷3％、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚6％、聚乙烯吡咯烷酮6％、草酸二酰肼1％以及余量的松香皂；所述复合乳化剂由如下质量百分比的原料组成：聚氧乙烯醚25％、季铵盐1％以及余量的烷基芳基磺酸盐；所述阳离子型乳化剂为木质胺类；所述引发剂为过硫酸钠，所述缓冲剂为醋酸钠，所述交联剂为碳酸二酰肼。该道桥专用聚合物改性沥青防水涂料的生产工艺同实施例1。
39.实施例6
40.一种道桥专用聚合物改性沥青防水涂料，该防水涂料由如下质量百分比的原料组成：沥青48％、sbs5％、改性水性氯丁胶乳24％、乙四胺四乙酸2％、复合稳定剂1％、复合乳化剂2％、水5％；所述改性水性氯丁胶乳由如下质量百分比的原料组成：固含量为57wt％的阳离子氯丁胶乳14％、丙烯酸丁酯42％、阳离子型乳化剂4％、引发剂2％、缓冲剂2％、交联剂2％以及余量的水；所述复合稳定剂由如下质量百分比的原料组成：三聚磷酸钠28％、异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷4％、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚5％、聚乙烯吡咯烷酮8％、草
酸二酰肼2％以及余量的松香皂；所述复合乳化剂由如下质量百分比的原料组成：聚氧乙烯醚27％、季铵盐2％以及余量的烷基芳基磺酸盐；所述阳离子型乳化剂为丙烯二胺与木质胺类的混合物；所述引发剂为过硫酸铵与过硫酸钠的混合物，所述缓冲剂为磷酸二氢钠，所述交联剂为碳酸二酰肼。该道桥专用聚合物改性沥青防水涂料的生产工艺同实施例1。
41.对实施例1-6制备得到的道桥专用聚合物改性沥青防水涂料按照防水涂料jc/t 975-2005道桥用防水涂料的行业标准进行性能测试，测试结果见表1。
42.表1
[0043][0044]
由表1可以看出，采用本发明所述的原料组成及生产工艺，制得的聚合物改性沥青防水涂料具有优良的耐热性，低温柔性，粘结性和抗剪切性能，可防止因渗水造成的结构破坏，延长道桥的使用寿命，环保无毒，不污染环境，且制备工艺简单，具有广泛的工业应用前景。
[0045]
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。