專利名稱：一種氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚合物水泥防水涂料的制備方法；具體涉及一種氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法。
背景技術：
聚合物水泥防水涂料是以丙烯酸酯類聚合物乳液和水泥為主要原料，加入其它外加劑制得的雙組份水性建筑防水涂料。產品分為I型和II型，I型以聚合物為主，主要用于非長期浸水環(huán)境下的建筑物防水工程；II型以水泥為主，主要用于長期浸水環(huán)境下的建筑物防水工程。這種涂料既有聚合物涂膜的延伸性、防水性，也有水性膠凝材料強度高、易與潮濕基層粘結的優(yōu)點。但目前仍存在力學性能不夠理想、抗?jié)B性、耐久性差等問題，嚴重限制了該類涂料的推廣和應用。目前，聚合物水泥防水涂料的研究主要聚焦在丙烯酸酯類聚合物乳液的化學改性上，對于防水涂料的研究起到了一定的作用。但是由于丙烯酸酯類聚合物為有機物，對于長期困擾聚合物水泥防水涂料發(fā)展的涂料耐久性和力學強度較低等問題作用有限。因此，利用一種物質既能改善丙烯酸酯類聚合物乳液膜的力學性能及耐久性，又能提高水泥水化產物的耐久性及抗拉強度是解決聚合物水泥防水涂料存在問題的一條不可忽視的方法。石墨稀是迄今為止發(fā)現(xiàn)的強度最聞、朝性最好、比表面積最大的材料。氧化石墨稀(GO)就是石墨的氧化產物超聲分散以后的產物，能夠穩(wěn)定的分散在水溶液中，除了導電性與光學性能較差外，力學性能與石墨烯沒有區(qū)別，且環(huán)境友好，這使得GO適合于與高分子材料、無機非金屬材料等制備納米插層復合材料。利用氧化石墨烯優(yōu)異的力學性能可以顯著改善高分子材料的抗拉強 和韌性。除此之外，可以利用氧化石墨烯豐富的含氧官能團調節(jié)水泥水化產物晶體的生長，弓I導水化產物生成微晶體，從而改變水化產物的晶型結構，提高水化產物的抗拉強度以及韌性。因此，利用氧化石墨烯可以提高聚合物水泥防水涂料的性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種物理力學性能好高、抗?jié)B性好、耐久性高以及環(huán)境友好的氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法。本發(fā)明所采用的技術方案是:
氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法。其特征在于:
由以下步奏實現(xiàn)
I)氧化石墨稀的制備:
按質量份數(shù)，將50份濃硫酸在攪拌下緩慢加入到5份石墨粉和5份硝酸鈉混合物中，控制體系溫度小于10°C，加完攪拌均勻后緩慢加入18份高錳酸鉀，然后在35°C下反應9小時，升溫至80°C后反應I小時，再緩慢加入600份去離子水，然后加入濃度為30%的過氧化氫，反應至沒有氣泡產生后，過濾，洗滌，用30%的NaOH調節(jié)pH到7，超聲2h得到氧化石墨烯溶液；
2)氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備:
按照液粉比為1: 2，將106 352份填料、I 3份消泡劑、I 3份防腐劑、I 3份聚羧酸系減水劑、6 20份自制的氧化石墨烯溶液加入到100 332份丙烯酸酯類聚合物乳液中，使用電動攪拌器進行攪拌，同時將106 352份水泥緩慢加入到攪拌器中，勻速攪拌5 10分鐘。用玻璃棒蘸取涂料，觀察是否含有顆粒，如果仍含有少許顆粒則應繼續(xù)攪拌I 2分鐘直至顆粒全部溶解為止。靜置5分鐘，待涂料中不再有氣泡冒出時制成了氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。氧化石墨烯懸浮液濃度為0.65%。填料是石英粉或者方解石粉或者滑石粉。消泡劑是氨基硅油或者正辛醇。丙烯酸酯類聚合物乳液固含量為50%±1。本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明利用氧化石墨烯納米材料改性聚合物水泥防水涂料，氧化石墨烯在小摻量時就可以使聚合物水泥防水涂料具有較好的力學性能和耐久性，抗?jié)B性和也得到一定程度的提高，不僅改善了涂料的整體性能，而且環(huán)境友好、無污染。
具體實施例方式下面結合具體的實施方式對發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明所述的制備方法首先是利用高錳酸鉀和濃硫酸等對石墨進行氧化，目的是在石墨的片層結構上引入羥基、羧基以及環(huán)氧基等活性基團，同時使石墨層間距變大。然后超聲分散使氧化石墨分散成為單片層或者少數(shù)幾個片層的氧化石墨烯。再將氧化石墨烯加入到聚合物水泥防水涂料中。氧化石墨烯本身具有優(yōu)異的力學性能，而且氧化石墨烯上的羧基、羥基等活性基團以氫鍵或范德華力與聚合物分子相連接，可以顯著增強乳液膜的抗拉強度；同時，氧化石墨烯的加入可以使大分子間的交聯(lián)度增加，分子間的作用力增強，從而使膜的吸水溶脹程度減弱；雖然含氧官能團具有一定的親水性，但是納米級別的氧化石墨烯片層具有良好的阻水作用，自然界的液態(tài)水通常處于締合狀態(tài)，所以，浸潤在氧化石墨烯表面的水分子通過氫鍵締合在一起，在乳液膜的表面形成了一層薄薄的締合水分子膜，反而阻止了其他的水分子通過，起到了一定的防水作用，也就是所謂的“以水止水”，可以使丙烯酸乳液膜的耐水性和涂料的抗?jié)B性得到一定程度的提高。另一方面，分布在水泥水化產物和填料中的氧化石墨烯，其豐富的含氧官能團可以引導水化產物晶體的生長，誘導其生成微晶體，提高水泥水化產物的抗拉強度和韌性。因此，氧化石墨烯可以改善聚合物水泥防水涂料的力學強度、耐久性和抗?jié)B性。實例一
本發(fā)明所述的氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法，由以下步奏實現(xiàn):
1)氧化石墨稀的制備:
按質量份數(shù)，將50份濃硫酸在攪拌下緩慢加入到5份石墨粉和5份硝酸鈉混合物中，控制體系溫度小于10°C，加完攪拌均勻后緩慢加入18份高錳酸鉀，然后在35°C下反應9小時，升溫至80°C后反應I小時，再緩慢加入600份去離子水，然后加入濃度為30%的過氧化氫，反應至沒有氣泡產生后，過濾，洗滌，用30%的NaOH調節(jié)pH到7，超聲2h得到氧化石墨烯溶液；
2)氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備:
按照液粉比為1: 2，將106份方解石粉、I份正辛醇、I份防腐劑、I份聚羧酸系減水劑、6份自制的氧化石墨烯溶液加入到100份丙烯酸酯聚合物乳液中，使用電動攪拌器進行攪拌，同時將106份水 泥緩慢加入到攪拌器中，勻速攪拌5分鐘。用玻璃棒蘸取涂料，觀察是否含有顆粒，如果仍含有少許顆粒則應繼續(xù)攪拌I分鐘直至顆粒全部溶解為止。靜置5分鐘，待涂料中不再有氣泡冒出時制成了氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。實例二
1)氧化石墨稀的制備:
按質量份數(shù)，將50份濃硫酸在攪拌下緩慢加入到5份石墨粉和5份硝酸鈉混合物中，控制體系溫度小于10°C，加完攪拌均勻后緩慢加入18份高錳酸鉀，然后在35°C下反應9小時，升溫至80°C后反應I小時，再緩慢加入600份去離子水，然后加入濃度為30%的過氧化氫，反應至沒有氣泡產生后，過濾，洗滌，用30%的NaOH調節(jié)pH到7，超聲2h得到氧化石墨烯溶液；
2)氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備:
按照液粉比為1: 2，將352份方解石粉、3份正辛醇、3份防腐劑、3份聚羧酸系減水劑、20份自制的氧化石墨烯溶液加入到332份丙烯酸酯聚合物乳液中，使用電動攪拌器進行攪拌，同時將352份水泥緩慢加入到攪拌器中，勻速攪拌10分鐘。用玻璃棒蘸取涂料，觀察是否含有顆粒，如果仍含有少許顆粒則應繼續(xù)攪拌2分鐘直至顆粒全部溶解為止。靜置5分鐘，待涂料中不再有氣泡冒出時制成了氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。實例三
1)氧化石墨稀的制備:
按質量份數(shù)，將50份濃硫酸在攪拌下緩慢加入到5份石墨粉和5份硝酸鈉混合物中，控制體系溫度小于10°C，加完攪拌均勻后緩慢加入18份高錳酸鉀，然后在35°C下反應9小時，升溫至80°C后反應I小時，再緩慢加入600份去離子水，然后加入濃度為30%的過氧化氫，反應至沒有氣泡產生后，過濾，洗滌，用30%的NaOH調節(jié)pH到7，超聲2h得到氧化石墨烯溶液；
2)氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備:
按照液粉比為1: 2，將212份石英粉、2份氨基硅油、2份防腐劑、2份聚羧酸系減水劑、12份自制的氧化石墨烯溶液加入到200份丙烯酸酯聚合物乳液中，使用電動攪拌器進行攪拌，同時將212份水泥緩慢加入到攪拌器中，勻速攪拌8分鐘。用玻璃棒蘸取涂料，觀察是否含有顆粒，如果仍含有少許顆粒則應繼續(xù)攪拌1.5分鐘直至顆粒全部溶解為止。靜置5分鐘，待涂料中不再有氣泡冒出時制成了氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。實例四
I)氧化石墨稀的制備:
按質量份數(shù)，將50份濃硫酸在攪拌下緩慢加入到5份石墨粉和5份硝酸鈉混合物中，控制體系溫度小于10°C，加完攪拌均勻后緩慢加入18份高錳酸鉀，然后在35°C下反應9小時，升溫至80°C后反應I小時，再緩慢加入600份去離子水，然后加入濃度為30%的過氧化氫，反應至沒有氣泡產生后，過濾，洗滌，用30%的NaOH調節(jié)pH到7，超聲2h得到氧化石墨烯溶液；
2)氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備:
按照液粉比為1: 2，將267份滑石粉、2.5份氨基硅油、2.3份防腐劑、2份聚羧酸系減水劑、17份自制的氧化石墨烯溶液加入到250份丙烯酸酯聚合物乳液中，使用電動攪拌器進行攪拌，同時將267份水泥緩慢加入到攪拌器中，勻速攪拌8分鐘。用玻璃棒蘸取涂料，觀察是否含有顆粒，如果仍含有少許顆粒則應繼續(xù)攪拌3分鐘直至顆粒全部溶解為止。靜置5分鐘，待涂料中不再有氣泡冒出時制成了氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。將配置好的涂料按照GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》中的要求制備涂膜并進行物理力學性能測試。由于氧化石墨烯溶液濃度非常小，因此氧化石墨烯的質量可以忽略不計，不納入液粉比的計算。但是卻引入一定質量的水，所以為了保證測試結果的準確，對照樣品中采用與氧化石墨烯溶液同用量的水來保證液粉比一致。自制涂料配方和對照樣品配方見表1，性能測試結果見表2。
表1，性能檢測涂料及對照樣品配方
權利要求
1.一種氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法，其特征在于: 由以下步驟實現(xiàn) 1)氧化石墨稀的制備: 按質量份數(shù)，將50份濃硫酸在攪拌下緩慢加入到5份石墨粉和5份硝酸鈉混合物中，控制體系溫度小于10°C，加完攪拌均勻后緩慢加入18份高錳酸鉀，然后在35°C下反應9小時，升溫至80°C后反應I小時，再緩慢加入600份去離子水，然后加入濃度為30%的過氧化氫，反應至沒有氣泡產生后，過濾，洗滌，用30%的NaOH調節(jié)pH到7，超聲2h得到氧化石墨烯溶液； 2)氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備: 按照液粉比為1: 2，將106 352份填料、I 3份消泡劑、I 3份防腐劑、I 3份聚羧酸系減水劑、6 20份自制的氧化石墨烯溶液加入到100 332份丙烯酸酯類聚合物乳液中，使用電動攪拌器進行攪拌，同時將106 352份水泥緩慢加入到攪拌器中，勻速攪拌5 12分鐘，直至顆粒全部 溶解為止；靜置5分鐘，待涂料中不再有氣泡冒出時制成了氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法，其特征在于:所述的氧化石墨烯懸浮液濃度為0.65%。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法，其特征在于:所述的填料是石英粉、方解石粉或滑石粉。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法，其特征在于:所述的消泡劑是氨基硅油或正辛醇。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法，其特征在于:所述的丙烯酸酯類聚合物乳液固含量為50%±1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化石墨烯改性聚合物水泥防水涂料的制備方法。聚合物水泥防水涂料是以丙烯酸酯類聚合物乳液和水泥為主要原料，加入其它外加劑制得的雙組份水性建筑防水涂料；因困擾聚合物水泥防水涂料發(fā)展的主要問題是力學性能不夠理想、抗?jié)B性、耐久性差等問題，嚴重限制了該類涂料的推廣和應用。本發(fā)明利用氧化石墨烯優(yōu)異的力學性能顯著增加了丙烯酸酯類聚合物乳液成膜的抗拉強度；耐水性也得到一定程度的提高；此外，氧化石墨烯豐富的含氧官能團可以調節(jié)水泥水化產物晶體的生長，提高水泥水化產物的抗拉強度和韌性；因此，氧化石墨烯改性的聚合物水泥防水涂料具有良好的耐久性、抗?jié)B性以及物理力學性，應用前景廣闊。
文檔編號C04B22/02GK103193426SQ20131012309
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權日2013年4月10日
發(fā)明者呂生華, 巨浩波 申請人:陜西科技大學