城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料

摘要

本发明公开了一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料，其由A、B、C三组份组成；A组分的原料包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸戊酯、萜烯树脂、环氧树脂、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、碳酸丙烯酯、阻聚剂、空心介孔二氧化硅纳米球、蒙脱土、石墨烯、颜料、N,N‑二甲基对甲苯胺、N,N‑二乙基苯胺、异辛酸钴、紫外线吸收剂、防沉淀助剂；B组分的原料包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸甲酯‑丙烯酸全氟烷基乙基酯两嵌段共聚物、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、层状磷酸铝、水滑石、多壁碳纳米管、防沉淀助剂、颜料；C组分包括固化剂。

说明书

技术领域

本发明涉及防水涂料技术领域，尤其涉及一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料。

背景技术

混凝土桥梁易受雨水的侵蚀，在桥梁面层铺装上设防水层可以减轻或抑制混凝土桥面因受水侵蚀带来的各种病害，有效提高桥梁结构的耐久性，延长混凝土桥梁的使用寿命。聚甲基丙烯酸树脂防水涂料是一种全新的混凝土防水材料，其施工后能够在室温或低温下迅速固化成型，形成整体致密、连续无接缝的高强度、高弹性涂层，实现了包括拉伸强度、撕裂强度、冲击韧性、硬度、耐低温性以及断裂伸长率在内的各种物理特性的平衡组合，目前已被用作混凝土桥梁结构的防水层，但是现有的聚甲基丙烯酸树脂防水涂料存在耐水性和耐紫外线性能欠佳的缺陷，限制了其应用。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料，其耐水性好，耐热耐紫外线性能优异，用于城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁中防护时间长。

本发明提出的一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料，其由A组份、B组份和C组份三部分组成，且A组份、B组份、C组份的重量比为95-120：70-85：3-5.8；

A组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂20-55份、甲基丙烯酸甲酯10-15份、丙烯酸戊酯3-13份、萜烯树脂2-9份、环氧树脂3-11份、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯3-11份、碳酸丙烯酯2-5份、阻聚剂0.05-0.3份、空心介孔二氧化硅纳米球2-9份、蒙脱土4-13份、石墨烯5-18份、颜料2-4份、N,N-二甲基对甲苯胺0.1-0.55份、N,N-二乙基苯胺0.05-0.38份、异辛酸钴0.05-0.38份、紫外线吸收剂0.1-0.7份、防沉淀助剂0.1-1份；

B组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂20-55份、甲基丙烯酸甲酯10-15份、丙烯酸戊酯3-13份、丙烯酸甲酯-丙烯酸全氟烷基乙基酯两嵌段共聚物1-8份、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯5-13份、层状磷酸铝3-11份、水滑石5-9份、多壁碳纳米管1-6份、防沉淀助剂0.1-1份、颜料2-4份；

C组分包括固化剂。

优选地，所述阻聚剂为对苯二酚、叔丁基对苯二酚、对苯醌中的一种或者多种的混合物。

优选地，所述空心介孔二氧化硅纳米球为改性空心介孔二氧化硅纳米球；所述改性空心介孔二氧化硅纳米球按照以下工艺进行制备：将姜黄素加入无水乙醇中搅拌均匀，加入空心介孔二氧化硅纳米球，在室温下避光搅拌20-35h，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，在室温下搅拌7-12h，将产物洗涤后干燥得到改性纳米球；将八氨丙基POSS分散在甲苯中搅拌均匀，加入邻羟基苯甲酰氯，滴加吡啶，在氮气的保护下室温搅拌30-45h，反应结束后加入改性纳米球，在65-75℃下搅拌30-45h，过滤、干燥得到所述改性空心介孔二氧化硅纳米球。

优选地，姜黄素、无水乙醇、空心介孔二氧化硅纳米球、3-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为10-15：15-20：3-8：1-3；八氨丙基POSS、甲苯、邻羟基苯甲酰氯、吡啶、改性纳米球的重量比为3-5：50-150：5-20：0.05-0.2：50-75。

优选地，在A组份和B组份中，所述颜料为滑石粉、炭黑按重量比为1-3：12-23的混合物。

优选地，所述紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P、苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327、二苯甲酮紫外线吸收剂UV-1按重量比为2-10：1-4：3-11的混合物。

优选地，在A组份和B组份中，所述防沉淀助剂为有机改性膨润土或气相法二氧化硅。

优选地，所述固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化氢异丙苯按重量比为3-10：0.5-2的混合物。

优选地，所述甲基丙烯酸甲酯预聚树脂可以将硬单体甲基丙烯酸甲酯、软单体丙烯酸丁酯和过氧化苯甲酰投入带有控温和搅拌装置的反应器中，升温进行聚合反应后加入链终止剂停止聚合反应并降温得到。

优选地，所述八氨丙基POSS可以以3-氨丙基三乙氧基硅烷为原料，在四甲基氢氧化铵催化作用下，以醇类和去离子水为溶剂，经水解缩合反应制备而成。

本发明所述城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料的原料中，具体以甲基丙烯酸甲酯预聚树脂为主料，同时加入了甲基丙烯酸甲酯作为硬单体，丙烯酸戊酯作为软单体，聚丙二醇二甲基丙烯酸酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联单体，并控制了各单体的含量，调节了涂料的刚性和柔韧性，并使涂料具有优异的柔韧性和硬度，同时提高了涂料的交联密度，并形成了互穿网络结构，提高了涂膜的强度和抗撕裂性能；加入了萜烯树脂、环氧树脂和丙烯酸甲酯-丙烯酸全氟烷基乙基酯两嵌段共聚物进行了改性，在体系中形成了粗糙结构，发挥多种物质的协同作用，使所得涂料防水性好，附着力高，耐热性好，具体选择了空心介孔二氧化硅纳米球、蒙脱土、石墨烯、层状磷酸铝、水滑石、多壁碳纳米管配合作为填料，发挥协同作用，使所得涂料防水性好，耐腐蚀性优异，热稳定性和耐紫外老化性好，优选方式改性空心介孔二氧化硅纳米球的制备过程中，首先以姜黄素和空心介孔二氧化硅纳米球为原料，在室温下避光搅拌将姜黄素吸附到了空心介孔二氧化硅纳米球上，之后以3-氨丙基三乙氧基硅烷为改性剂对其进行了改性，在其表面引入了氨基，得到了改性纳米球；以八氨丙基POSS、邻羟基苯甲酰氯为原料，控制反应的条件使八氨丙基POSS中的氨基与邻羟基苯甲酰氯中的酰氯进行了反应，将具有紫外线吸收基团的邻羟基苯甲酰基团引入到了POSS中，加入改性纳米球后能与改性纳米球中的活性基团作用，将两者结合，将得到的改性空心介孔二氧化硅纳米球加入体系中，一方面，与蒙脱土、石墨烯、层状磷酸铝、水滑石、多壁碳纳米管协同，赋予涂料优异的防水性、防腐蚀性和耐热性，另一方面，与苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P、苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327、二苯甲酮紫外线吸收剂UV-1组成的特定的紫外线吸收剂具有协同作用，能高效捕捉因紫外线引发的游离基，赋予涂料优异的耐紫外老化性能，延长了其使用寿命；具体选择了N,N-二甲基对甲苯胺、N,N-二乙基苯胺、异辛酸钴配合作为促进剂，使所得涂料固化快，且固化彻底，交联密度高。

对本发明所述涂料制备的涂膜进行性能检测可知，其拉伸强度(GB/T 528)≥17MPa，断裂伸长率(GB/T 528)＞167％，低温柔性(-25℃)无裂纹(GB/T 16777)。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本发明提出的一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料，其由A组份、B组份和C组份三部分组成，且A组份、B组份、C组份的重量比为120：70：5.8；

A组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂20份、甲基丙烯酸甲酯15份、丙烯酸戊酯3份、萜烯树脂9份、环氧树脂3份、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯11份、碳酸丙烯酯4份、阻聚剂0.1份、空心介孔二氧化硅纳米球2份、蒙脱土13份、石墨烯5份、颜料4份、N,N-二甲基对甲苯胺0.55份、N,N-二乙基苯胺0.05份、异辛酸钴0.38份、紫外线吸收剂0.1份、防沉淀助剂1份；

B组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂20份、甲基丙烯酸甲酯15份、丙烯酸戊酯3份、丙烯酸甲酯-丙烯酸全氟烷基乙基酯两嵌段共聚物8份、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯7份、层状磷酸铝5份、水滑石5份、多壁碳纳米管6份、防沉淀助剂1份、颜料4份；

C组分包括固化剂。

实施例2

本发明提出的一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料，其由A组份、B组份和C组份三部分组成，且A组份、B组份、C组份的重量比为95：85：3；

A组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂55份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸戊酯13份、萜烯树脂2份、环氧树脂8份、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯3份、碳酸丙烯酯2份、阻聚剂0.3份、空心介孔二氧化硅纳米球9份、蒙脱土4份、石墨烯18份、颜料2份、N,N-二甲基对甲苯胺0.3份、N,N-二乙基苯胺0.38份、异辛酸钴0.05份、紫外线吸收剂0.7份、防沉淀助剂0.1份；

B组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂55份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸戊酯13份、丙烯酸甲酯-丙烯酸全氟烷基乙基酯两嵌段共聚物1份、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯5份、层状磷酸铝11份、水滑石7份、多壁碳纳米管1份、防沉淀助剂0.1份、颜料2份；

C组分包括固化剂。

实施例3

本发明提出的一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料，其由A组份、B组份和C组份三部分组成，且A组份、B组份、C组份的重量比为120：77：5；

A组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂28份、甲基丙烯酸甲酯14份、丙烯酸戊酯6份、萜烯树脂9份、环氧树脂11份、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯9份、碳酸丙烯酯5份、对苯二酚0.05份、空心介孔二氧化硅纳米球8份、蒙脱土8份、石墨烯13份、滑石粉0.8份、炭黑3.2份、N,N-二甲基对甲苯胺0.1份、N,N-二乙基苯胺0.3份、异辛酸钴0.3份、苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P 0.3份、苯并三唑类紫外线吸收剂UV-3270.03份、二苯甲酮紫外线吸收剂UV-1 0.27份、防沉淀助剂有机改性膨润土0.87份；

B组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂28份、甲基丙烯酸甲酯14份、丙烯酸戊酯6份、丙烯酸甲酯-丙烯酸全氟烷基乙基酯两嵌段共聚物2份、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯13份、层状磷酸铝3份、水滑石9份、多壁碳纳米管5份、防沉淀助剂有机改性膨润土0.87份、滑石粉0.8份、炭黑3.2份；

C组分包括过氧化甲乙酮、过氧化氢异丙苯按重量比为3：2的混合物；

其中，所述空心介孔二氧化硅纳米球为改性空心介孔二氧化硅纳米球；所述改性空心介孔二氧化硅纳米球按照以下工艺进行制备：将姜黄素加入无水乙醇中搅拌均匀，加入空心介孔二氧化硅纳米球，在室温下避光搅拌35h，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，在室温下搅拌7h，将产物洗涤后干燥得到改性纳米球；将八氨丙基POSS分散在甲苯中搅拌均匀，加入邻羟基苯甲酰氯，滴加吡啶，在氮气的保护下室温搅拌45h，反应结束后加入改性纳米球，在65℃下搅拌45h，过滤、干燥得到所述改性空心介孔二氧化硅纳米球；其中，姜黄素、无水乙醇、空心介孔二氧化硅纳米球、3-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为10：15：3：3；八氨丙基POSS、甲苯、邻羟基苯甲酰氯、吡啶、改性纳米球的重量比为3：150：5：0.2：56。

实施例4

本发明提出的一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料，其由A组份、B组份和C组份三部分组成，且A组份、B组份、C组份的重量比为95：82：4；

A组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂50份、甲基丙烯酸甲酯11份、丙烯酸戊酯8份、萜烯树脂3份、环氧树脂8份、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯5份、碳酸丙烯酯2.3份、阻聚剂0.11份、空心介孔二氧化硅纳米球3份、蒙脱土11份、石墨烯8份、颜料2.8份、N,N-二甲基对甲苯胺0.32份、N,N-二乙基苯胺0.15份、异辛酸钴0.21份、紫外线吸收剂0.1份、防沉淀助剂气相法二氧化硅0.35份；

B组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂50份、甲基丙烯酸甲酯11份、丙烯酸戊酯8份、丙烯酸甲酯-丙烯酸全氟烷基乙基酯两嵌段共聚物7份、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯8份、层状磷酸铝5.7份、水滑石6.7份、多壁碳纳米管2份、防沉淀助剂气相法二氧化硅0.35份、颜料2.8份；

C组分包括过氧化甲乙酮、过氧化氢异丙苯按重量比为10：0.5的混合物；

其中，所述阻聚剂为对苯二酚、对苯醌按重量比为5：2的混合物；

所述空心介孔二氧化硅纳米球为改性空心介孔二氧化硅纳米球；所述改性空心介孔二氧化硅纳米球按照以下工艺进行制备：将姜黄素加入无水乙醇中搅拌均匀，加入空心介孔二氧化硅纳米球，在室温下避光搅拌20h，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，在室温下搅拌12h，将产物洗涤后干燥得到改性纳米球；将八氨丙基POSS分散在甲苯中搅拌均匀，加入邻羟基苯甲酰氯，滴加吡啶，在氮气的保护下室温搅拌30h，反应结束后加入改性纳米球，在75℃下搅拌30h，过滤、干燥得到所述改性空心介孔二氧化硅纳米球；其中，姜黄素、无水乙醇、空心介孔二氧化硅纳米球、3-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为15：20：7：1；八氨丙基POSS、甲苯、邻羟基苯甲酰氯、吡啶、改性纳米球的重量比为5：50：20：0.05：75；

在A组份和B组份中，所述颜料为滑石粉、炭黑按重量比为1：23的混合物；

所述紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P、苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327、二苯甲酮紫外线吸收剂UV-1按重量比为2：4：3的混合物。

实施例5

本发明提出的一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料，其由A组份、B组份和C组份三部分组成，且A组份、B组份、C组份的重量比为100：83：4；

A组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂38份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸戊酯11份、萜烯树脂5份、环氧树脂4份、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯3.3份、碳酸丙烯酯3份、阻聚剂叔丁基对苯二酚0.21份、空心介孔二氧化硅纳米球2份、蒙脱土4.5份、石墨烯7份、颜料2.2份、N,N-二甲基对甲苯胺0.4份、N,N-二乙基苯胺0.12份、异辛酸钴0.1份、紫外线吸收剂0.17份、防沉淀助剂有机改性膨润土0.35份；

B组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂38份、甲基丙烯酸甲酯10份、丙烯酸戊酯11份、丙烯酸甲酯-丙烯酸全氟烷基乙基酯两嵌段共聚物4份、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯8份、层状磷酸铝5份、水滑石6份、多壁碳纳米管4份、防沉淀助剂有机改性膨润土0.35份、颜料2.2份；

C组分包括过氧化甲乙酮、过氧化氢异丙苯按重量比为6：1的混合物；

其中，所述空心介孔二氧化硅纳米球为改性空心介孔二氧化硅纳米球；所述改性空心介孔二氧化硅纳米球按照以下工艺进行制备：将姜黄素加入无水乙醇中搅拌均匀，加入空心介孔二氧化硅纳米球，在室温下避光搅拌20h，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，在室温下搅拌9h，将产物洗涤后干燥得到改性纳米球；将八氨丙基POSS分散在甲苯中搅拌均匀，加入邻羟基苯甲酰氯，滴加吡啶，在氮气的保护下室温搅拌38h，反应结束后加入改性纳米球，在68℃下搅拌42h，过滤、干燥得到所述改性空心介孔二氧化硅纳米球；其中，姜黄素、无水乙醇、空心介孔二氧化硅纳米球、3-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为11：17：8：2；八氨丙基POSS、甲苯、邻羟基苯甲酰氯、吡啶、改性纳米球的重量比为4：120：11：0.1：50；

在A组份和B组份中，所述颜料为滑石粉、炭黑按重量比为1：17的混合物；

所述紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P、苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327、二苯甲酮紫外线吸收剂UV-1按重量比为3：2：11的混合物。

实施例6

本发明提出的一种城际高速铁路和城市轻轨混凝土桥梁用PMMA防水涂料，其由A组份、B组份和C组份三部分组成，且A组份、B组份、C组份的重量比为110：80：5；

A组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂40份、甲基丙烯酸甲酯11份、丙烯酸戊酯5份、萜烯树脂6份、环氧树脂7份、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯5.5份、碳酸丙烯酯3份、阻聚剂对苯二酚0.18份、空心介孔二氧化硅纳米球5份、蒙脱土9份、石墨烯11份、颜料3.1份、N,N-二甲基对甲苯胺0.28份、N,N-二乙基苯胺0.3份、异辛酸钴0.2份、紫外线吸收剂0.4份、防沉淀助剂有机改性膨润土0.6份；

B组分的原料按重量份包括：甲基丙烯酸甲酯预聚树脂48份、甲基丙烯酸甲酯14份、丙烯酸戊酯7份、丙烯酸甲酯-丙烯酸全氟烷基乙基酯两嵌段共聚物4.3份、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯8.7份、层状磷酸铝6.5份、水滑石6份、多壁碳纳米管2份、防沉淀助剂有机改性膨润土0.1份、颜料3.2份；

C组分包括过氧化甲乙酮、过氧化氢异丙苯按重量比为3：1.6的混合物；

其中，所述空心介孔二氧化硅纳米球为改性空心介孔二氧化硅纳米球；所述改性空心介孔二氧化硅纳米球按照以下工艺进行制备：将姜黄素加入无水乙醇中搅拌均匀，加入空心介孔二氧化硅纳米球，在室温下避光搅拌30h，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，在室温下搅拌8.5h，将产物洗涤后干燥得到改性纳米球；将八氨丙基POSS分散在甲苯中搅拌均匀，加入邻羟基苯甲酰氯，滴加吡啶，在氮气的保护下室温搅拌36h，反应结束后加入改性纳米球，在70℃下搅拌40h，过滤、干燥得到所述改性空心介孔二氧化硅纳米球；其中，姜黄素、无水乙醇、空心介孔二氧化硅纳米球、3-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为12：17：5：2；八氨丙基POSS、甲苯、邻羟基苯甲酰氯、吡啶、改性纳米球的重量比为3：100：10：0.1：70；

在A组份和B组份中，所述颜料为滑石粉、炭黑按重量比为2.2：19的混合物；

所述紫外线吸收剂为苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P、苯并三唑类紫外线吸收剂UV-327、二苯甲酮紫外线吸收剂UV-1按重量比为5：3：9的混合物。

将实施例6中的涂料用于防水层制作试件，实干后将试件在标准条件下养护7天后进行整体性能的试验，测试结果如下：不透水性(0.6MPa，24h)：不透水(GB/T 16777)；耐碱性(饱和氢氧化钙溶液，240h)：不起泡、不龟裂、不脱落(GB/T 9274)；耐酸性(2％硫酸、2％盐酸，240h)：不起泡、不龟裂、不脱落(GB/T 9274)；耐盐雾试验(1000h)：不起泡、不龟裂、不脱落(GB/T 1771)；耐紫外线加速老化(1000h)：表面无明显变色、无粉化开裂(GB/T14522)；附着力(GB/T 5210-2006)为3.5MPa；耐热性(100℃，2h)无起鼓起泡流淌(GB/T16777)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。