生土防水保溫涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于綠色建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說(shuō)，涉及一種生土防水保溫涂料 的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生土建筑泛指未經(jīng)焙燒而僅僅經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單密實(shí)加工的原狀土類材料，營(yíng)造主體結(jié)構(gòu) 的建筑體。生土建筑是一種最古老而迄今還一直被廣泛采用的建筑類型。由于生土分布廣 泛，取土方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，并且采用生土建造的建筑具有冬暖夏涼，堅(jiān)固耐久的特性，所以長(zhǎng) 期以來(lái)，生土材料是廣大人民普遍采用的一種建筑材料（《生土建筑現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查》，張延年等 著，科學(xué)出版社，2014)。從人類社會(huì)形成以來(lái)，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，我國(guó)農(nóng)村至今尚有1億多人口居住在生土建筑中，因此， 如何在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展當(dāng)下和新農(nóng)村建設(shè)中發(fā)展和改進(jìn)傳統(tǒng)的生土建筑，對(duì)我國(guó)農(nóng)村居住條 件的改善，以及擴(kuò)大生土材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)用都具有十分重大的意義。傳統(tǒng)混凝土等建 筑材料中水泥砂漿固化后會(huì)形成牢固的化學(xué)鍵，給與建筑物強(qiáng)大的支撐力，與此同時(shí)，廢棄 的混凝土變得非常穩(wěn)定、難以重復(fù)利用，對(duì)資源和環(huán)境造成嚴(yán)重危害。由于生土材料源于天 然原土，土壤顆粒之間鮮有強(qiáng)化學(xué)鍵，使其具有極為優(yōu)異的可循環(huán)利用潛力，但正是因?yàn)樯?土材料特殊結(jié)構(gòu)，也會(huì)給其帶來(lái)致命缺陷，嚴(yán)重威脅著生土建筑的使用壽命，尤其是生土材 料不耐水，遇水軟化、強(qiáng)度降低等缺點(diǎn)，使生土建筑的使用受到限制（《生土建筑的生命機(jī) 制》，王曉華著，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010)。因此，如何對(duì)生土材料進(jìn)行改性，增強(qiáng)生土材 料的耐水性和耐久性，提高生土建筑的使用年限，就成為生土材料研究必須首先解決的問(wèn) 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服了現(xiàn)有生土材料耐水性差、保 溫隔熱性能不佳的缺點(diǎn)，提供了一種生土防水保溫涂料的制備方法，有利于顯著提高生土 材料的耐水性和保溫隔熱性能。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0005] 生土防水保溫涂料及其制備方法，按照下述步驟進(jìn)行：
[0006] 步驟1，在80-150重量份正硅酸乙酯中加入0.1-1重量份12mol/L的氯化氫的水溶 液中（即鹽酸），室溫20-25攝氏度下攪拌5-30min后靜置30-180min，隨后加入0.01-0.2重 量份氫氧化鈉固體，攪拌至其完全溶解，將上述溶液靜置2_6h后得到濕凝膠，在濕凝膠中加 入0.W重量份甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨，靜置2-6h后，將產(chǎn)物置于⑶ 2超 臨界高壓萃取裝置中，以C02為介質(zhì)在溫度30-50Γ和氣壓7-10MPa下進(jìn)行超臨界干燥至少 lh，即可得到二氧化硅氣凝膠。
[0007] 在所述步驟1中，進(jìn)行超臨界干燥時(shí)間為2-3h。
[0008] 在所述步驟1中，以C〇2為介質(zhì)進(jìn)行超臨界干燥，溫度為35-40°C，氣壓為8-9MPa。
[0009] 在所述步驟1中，正娃酸乙酯為100-120重量份，氫氧化鈉固體為0.05-0.1重量 份，甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨為0.3-0.8重量份，12mol/L的氯化氫的水溶 液為0.3-0.8重量份。
[0010] 在所述步驟1中，在正硅酸乙酯中加入氯化氫的水溶液中后，室溫20-25攝氏度下 攪拌10-20min后靜置60-120min，攪拌速度為每分鐘100-150轉(zhuǎn)；隨后加入氫氧化鈉固體， 攪拌至其完全溶解，攪拌速度為每分鐘100-150轉(zhuǎn)，將上述溶液靜置3-5h后得到濕凝膠， 在濕凝膠中加入甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨，靜置3-5h。
[0011] 步驟2，將0.1-0.5重量份十二烷基硫酸鈉溶于50-100重量份去離子水，將步驟1得 到的二氧化硅氣凝膠10-20重量份均勻分散在50-60重量份無(wú)水乙醇中，然后將分散有二 氧化硅氣凝膠的無(wú)水乙醇加入到溶有十二烷基硫酸鈉的去離子水中并分散均勻，使用惰性 氣體進(jìn)行排除空氣，以使反應(yīng)在無(wú)氧條件下進(jìn)行，并升溫至50-70°C;在維持?jǐn)嚢钘l件下滴 加80-90重量份甲基丙烯酸甲酯在15-30min內(nèi)滴加完畢，升溫至70-90°C，加入0.1-0.5重量 份過(guò)硫酸鉀和0.01-0.05重量份碳酸鉀，反應(yīng)5-10h后冷卻，即得到生土防水保溫涂料。
[0012] 在所述步驟2中，使用惰性氣體為氮?dú)?、氦氣或者氬氣?br>[0013] 在所述步驟2中，十二烷基硫酸鈉為0.2-0.3重量份，去離子水為60-80重量份， 步驟1得到的二氧化硅氣凝膠為15-18重量份，無(wú)水乙醇為55-60重量份，過(guò)硫酸鉀為 0.2-0.3重量份，碳酸鐘為0.02-0.04重量份。
[0014]在所述步驟2中，使用惰性氣體通入反應(yīng)體系至少30min進(jìn)行排除空氣，以使反應(yīng) 在無(wú)氧條件下進(jìn)行，優(yōu)選30-40min。
[0015] 在所述步驟2中，滴加完畢甲基丙烯酸甲酯后，使用惰性氣體通入反應(yīng)體系進(jìn)行排 除空氣，以使反應(yīng)在無(wú)氧條件下進(jìn)行，通入時(shí)間為10-20min，再進(jìn)行升溫。
[0016] 在所述步驟2中，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至25-40°C，即得到生土防水保溫涂料。
[0017] 采用美國(guó)Brookhaven的ZetaPALS型高分辨Zeta電位及粒度分析儀分別測(cè)定Zeta 電位，結(jié)果如附圖1所示，a為采用本發(fā)明步驟1的工藝方法制備的二氧化硅氣凝膠(未經(jīng)甲 基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨修飾），b為甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化 銨和甲基丙烯酸甲酯的共聚物溶液(采用本發(fā)明步驟2的工藝方法進(jìn)行制備，不添加二氧化 硅氣凝膠，直接將甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨和甲基丙烯酸甲酯進(jìn)行共聚）， c為采用本發(fā)明步驟1的工藝方法制備的二氧化硅氣凝膠濕凝膠(經(jīng)甲基丙烯酰氧乙基十二 烷基三甲基氯化銨修飾），d為采用本發(fā)明步驟1的工藝方法制備的二氧化硅氣凝膠(經(jīng)甲基 丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨修飾）。由附圖1所示可知，未經(jīng)改性的二氧化硅氣凝 膠的Zeta電位為負(fù)值(-38.6lmV)。其原因是由于未經(jīng)疏水化改性的二氧化硅(SA)表面帶有 大量硅羥基，與空氣中的水作用而發(fā)生電離，形成帶負(fù)電荷的離子Si〇-;甲基丙烯酰氧乙基 十二烷基三甲基氯化銨和甲基丙烯酸甲酯的共聚物溶液的Zeta電位為正值(24.43mV)是由 于甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨作為陽(yáng)離子單體，與水作用可以產(chǎn)生帶正電荷 的季銨基團(tuán)-n+(ch 3)3;通過(guò)氣凝膠骨架表面的負(fù)電荷與甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基 氯化銨分子上正電荷間的相互吸引作用構(gòu)建相界面得到的經(jīng)甲基丙烯酰氧乙基十二烷基 三甲基氯化銨修飾的二氧化硅氣凝膠濕凝膠的Zeta電位為-18.61mV。這是由于在相界面構(gòu) 建以及共聚物聚合過(guò)程中，帶正電荷的甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨分子能夠 被吸引到帶負(fù)電荷的凝膠骨架上，使復(fù)合材料電性得以中和，Zeta電位值介于未修飾氣凝 膠與共聚物之間，而Zeta電位為負(fù)值，說(shuō)明氣凝膠骨架表面仍有部分負(fù)電荷未被中和。而當(dāng) 濕凝膠經(jīng)過(guò)超臨界干燥過(guò)程得到經(jīng)甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨修飾的二氧 化硅氣凝膠后，Zeta電位較干燥前并未發(fā)生明顯變化，可見(jiàn)靜電吸引作用足夠強(qiáng)，使得氣凝 膠表面依靠靜電作用吸附的甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨并未發(fā)生明顯的脫 附現(xiàn)象。
[0018]采用美國(guó)Nicolet--5DX傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定得到紅外光譜圖，其中a為未 經(jīng)甲基丙烯酰氧乙基十二烷基三甲基氯化銨修飾的二氧化硅氣凝膠，b為經(jīng)甲基丙烯酰氧 乙基十二烷基三甲基氯化銨修飾的二氧化硅氣凝膠。從譜圖中可以看到，未經(jīng)修飾的氣凝 膠的譜線(a)在803CHT 1和1103CHT1處有吸收峰，分別對(duì)應(yīng)的是Si02中Si-Ο的對(duì)稱和不對(duì)稱伸 縮振動(dòng)的特征吸收峰，3442CHT 1處對(duì)應(yīng)的是Si02表面羥基的伸縮振動(dòng)吸收峰，而1630CHT1處 對(duì)應(yīng)的則是測(cè)試樣品中殘留水的吸收峰。而當(dāng)二氧化硅氣凝膠經(jīng)甲基丙烯酰氧乙基十二烷 基三甲基氯化銨修飾后，在譜線(b)的1453CHT 1處出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)于甲基丙烯酰氧乙基十二烷基 三甲基氯化銨中